660MW热力除氧器的工作原理分析

康　雷（中国神华胜利发电厂,内蒙古　锡林浩特　026000）

660MW热力除氧器的工作原理分析

康雷
（中国神华胜利发电厂,内蒙古锡林浩特026000）

摘要：除氧器是一种热力型除氧设备，广泛应用于火力发电厂中。它能有效地除去锅炉给水中的溶解氧以及其他气体，防止热力设备的腐蚀，保证了火力发电厂各个设备的安全，经济运行。本文主要对除氧器的工作原理进行详细分析，最终为除氧器的运行调整以及故障处理提供坚实的理论基础。

关键词：除氧器；腐蚀；热力除氧

0　前言

火力发电厂是利用煤，石油，天然气作为燃料生产电能的工厂。火力发电厂主要包括汽轮机，锅炉，发电机等设备。火力发电厂大多数的生产设备为金属材料制成的。金属材料非常容易与周围环境发生化学以及物理反应，最终导致金属的变质甚至损坏。火力发电厂的金属腐蚀现象非常普遍，例如锅炉给水含氧量大会腐蚀省煤器，水冷壁，过热器以及再热器管壁，造成炉管泄漏甚至发生爆管的危险，危及人身及设备的安全，造成巨大的经济损失。因此金属腐蚀对火力发电厂的安全经济运行危害非常大，采取正确的防腐蚀措施便显得尤为重要。

1　金属腐蚀的机理

金属的腐蚀主要通过两个途径：

1.1化学腐蚀

指的是金属表面与周围介质直接发生氧化还原反应引起的腐蚀。化学腐蚀发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，反应过程中不产生电流。

火力发电厂的化学腐蚀主要是过热器受热面处发生的腐蚀，腐蚀程度不是很严重。

1.2电化学腐蚀

指的是金属与周围介质发生电化学作用而引起的腐蚀。金属与周围介质形成两个电极，组成腐蚀原电池。电化学腐蚀比化学腐蚀普遍的多，并且腐蚀速度也快很多。电化学腐蚀不仅发生在金属表面，而且可以深入金属内部。

火力发电厂的电化学腐蚀主要以氧腐蚀为主。当锅炉给水中含有溶解氧超标时，会对锅炉各受热面产生电化学腐蚀，随着含氧浓度的增加，腐蚀速度加快。它最容易发生在给水管道以及省煤器管道中。电化学腐蚀的破坏性也是最大的。火力发电厂金属腐蚀的防治方法主要是针对电化学腐蚀。

2　火力发电厂的除氧方法

火力发电厂的除氧主要有两种方法：

2.1化学除氧法

是指将某些易与氧发生化学反应的药剂加入锅炉给水中，进而生成对金属不产生腐蚀的物质来达到除氧的目的。

目前火电厂主要采取的化学除氧方法主要有：亚硫酸钠处理，联氨处理，加氧处理，加氧加氨联合水处理等等。由于化学除氧只能出去水中的氧，而不能除去水中其他气体，如氮气，二氧化碳等，同时会增加给水中的含盐量，并且药剂价格较为昂贵，因此应用范围不够广泛。

2.2热力除氧法

指的是利用锅炉蒸汽来加热锅炉给水，将锅炉给水温度加热至除氧器的压力下对应的饱和温度，进而使锅炉给水中溶解的气体析出，最终达到将锅炉给水除氧的目的。

热力除氧是一种物理除氧方法。这种方法不但成本低，而且能够除去锅炉给水中溶解的氧气以及其他不凝结气体，并且没有残留物质，除氧效果非常好，因而在火力发电厂得到了广泛应用。

3　热力除氧的原理

热力除氧的原理主要基于以下四个理论：

3.1道尔顿分压定律

道尔顿定律是描述理想气体的定律。它是由英国人道尔顿于1801年提出的。他指出在任何容器中含有混合气体时，当各种气体不发生化学反应时，每种气体会均匀地分布在该容器内，并且该种气体所产生的压强与它单独存在于容器内时所产生的压强相同。他根据大量的实验数据得出了道尔顿定律，即：

理想气体混合物中某一组分的分压力等于该组分单独存在于混合气体的温度以及总体积的条件下所产生的压力。而混合气体的总压力等于各组分单独存在于混合气体温度，体积下产生压力的总和。

在火力发电厂的实际生产中，由于汽轮机的排气装置始终处于真空状态，因此排气装置管道上的阀门，法兰等不严密处就会有空气漏入排气装置。当排气装置内的凝结水与空气接触时，空气中所含有的氧气，二氧化碳，氮气等气体就会溶解在凝结水中。因此可以得出道尔顿定律在除氧器内的压力方程：

由上式中可以看出除氧器内的混合气体总压力等于所有气体的总压力与水蒸气压力之和。因而可以总结出，将除氧器内的锅炉给水加热至沸腾状态时，此时水蒸汽分压力接近于混合气体总压力。这时水面上其他气体的压力总和接近于零，这些气体便会从水中分离出来，进而达到将锅炉给水进行除氧的目的。

3.2亨利定律

亨利定律是物理化学的基本定律之一，它是由英国人亨利于1803年在研究气体在液体中溶解度规律时发现的。其表述为在一定温度下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比。表达式为：

下面在除氧器工作原理下分析该方程式。上式中B为某气体在水中的溶解度。Kb为该气体的溶解度系数，只与气体的种类以及水面上该气体的分压力以及温度有关系。Ρb为该气体在水面上的分压力。Ρ0为混合气体的总压力。由该式可以得出当该气体在水面上的分压力降低时。该气体在水中的溶解度会随之降低，此时气体会在压力差的作用下不断分离出来。当该气体分压力为零时，该气体便会从水中完全分离出来。

3.3传热方程：

传热方程是用来计算除氧器工作中为达到理想的除氧效果所需要的加热蒸汽的总热量。其表达式为：

式中Qd为计算得出的除氧器的传热量。

Kh为传热系数，它是表述传热过程强弱程度的物理量。传热系数的大小是衡量除氧器工作效率的重要参数，它主要受到流体的性质，传热过程的操作条件以及换热器类型的影响。

A为除氧器的内汽水接触的传热面积

△t为传热温差，也称为传热总推动力。它与传热壁面两侧冷热流体温度以及相对流向有关。

根据传热方程可以计算得出将除氧器内的水加热至除氧器压力下所对应的饱和温度时所需要的热量。在实际生产中即使除氧器的加热温度存在微量的不足都会使除氧效果产生较大恶化，使水中的溶氧量大大超过除氧器允许的含氧量指标。

3.4传质方程

传质方程用来表述水中的各种气体离析出水面所需要的动力。其表达式为：

式中G为离析的气体量

Km为传质系数

A为传质面积，即传热面积

△p为不平衡压差，即平衡压力与实际分压力之差。在除氧初期水中的气体以小气泡的形式从水中离析出来，此时水中溶解的气体较多，并且其分压力大于水面以上气体的分压力，此时△p较大，气体便会以气泡形式克服水面的粘滞力和表面张力而析出。经过初级除氧阶段后，水中含有的气体含量大大减少，气体的不平衡压差较小，气体难以克服水面的粘滞力和表面张力而析出，此时可以加大汽水接触面积以及缩短气体离析路径的方法来强化气体析出。

4　总结

上述四个理论构成了除氧器基本的工作原理。根据上述理论我们可以总结出除氧器的设计要求以及运行规范，可以在火力发电厂的实际生产中解决除氧器的一些异常乃至故障问题。以下为总结出的保证除氧器理想的除氧效果必须具备的条件。

（1）一定要把除氧器内的锅炉给水加热到除氧器压力下对应的饱和温度，以保证水面上水蒸气的分压力接近于水面上的全压力。这是气体离析的首要条件。实际运行中除氧器的加热汽源主要有辅助蒸汽和汽轮机的四段抽汽。当发生除氧器内给水温度达不到要求时，应及时检查加热汽源压力以及温度是否满足要求。辅助蒸汽供除氧器加热的调节门开度是否正常。以免出现除氧器加热蒸汽量不足的情况。

（2）除氧器应具备足够大的空间，使加热蒸汽与水有足够的接触时间来完成换热。汽水接触的时间越长，除氧效果越好。可以在除氧器内设置挡板来延长汽水流通路径进而延长接触时间。除氧器运行中要保证除氧器水位在正常范围内，保证足够的汽水接触空间来进行热量交换。

（3）为了使气体能够顺利的从水中离析出来，应在除氧初期使水通过喷嘴雾化成小液滴，此时不平衡压差较大，气体以小气泡的形式克服水的粘滞力和表面张力析出；而在除氧后期通过加大汽水接触面积的方法使水形成水膜，减小其表面张力，从而使气体容易扩散出来。通过两个阶段的除氧最终使锅炉给水中的溶氧量达到规定值。

（4）在整个除氧过程中要保证能够及时将离析出的气体排出除氧器，以减少水面上该气体分压力，有利于气体的连续析出。否则就会发生返氧现象。在设计排气口时应有足够的排气流量。在实际运行中应该及时根据化验测得的含氧量来及时调整排氧门开度。当发生水中含氧量激增时，应首先检查排氧门开度是否正常，如出现电动门损坏或卡涩现象应及时手动开大排氧门。

参考文献：

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[4]张燕侠.热力发电厂[M].北京中国电力出版社,2006.