旋膜除氧器应用于 300MW 火电机组的可行性
通过介绍旋膜除氧器的结构、特点和百余台国产旋膜除氧器的运行业绩，进而分析了国产旋膜除氧器的生产技术和生产能力，指出了旋膜除氧器应用于300MW级火电机组的可行性，提出了试验项目和技术鉴定的建议。
关键词：旋膜除氧器，淋水密度，提升温度，出入口浓度差，排汽量，滑压率。
1、旋膜除氧器的特点：
随着高参数大容量发电机组的发展，对热力除氧器的技术性能和特殊功能的要求愈来愈高，为使除氧水中溶氧趋于零，除氧器适应范围更宽，提高运行经济性和安全性，许多国家都进行了大量的研究工作，取得了很多成果。当前热力除氧器从传热传质的机理上可分为雾化、泡沸和旋转膜3种从形式上可分为立塔、卧塔和隐塔(亦称无塔)3种。旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基础上制造的。旋膜除氧器、雾化除氧器和泡沸除氧器主要参数比较见表1。由表1可知与雾化除氧器和泡沸除氧器相比旋膜除氧器具有淋水密度大、提升温度高、出入口氧浓度差大、排汽量小和全滑压的特点：适于补水率大、入口水溶氧高、入口水温低、负荷变化大的调峰机组和热电厂更适于凝汽式机组配套使用。旋膜除氧器在国内300 MW以下机组已应用百余台为扩大其应用范围特进行应用于300 MW机组的可行性研究。
2设计参数的确定《火力发电厂设计技术规程》规定“除氧器的总容量，应根据最大给水消耗量选择”“给水箱的贮水量200 MW及以下机组为10-15 min的锅炉最大连续蒸发量时的给水消耗量。200MW以上机组为5-10 min的锅炉最大连续蒸发量时的给水消耗量。给水箱的贮水量是指给水箱正常水位至水箱出水管顶部水位之间的贮水量。”因此，根据300MW火电机组锅炉最大连续蒸发量为1025th，给水消耗量为最大连续蒸发量105%，即1076.25th。300MW火电机组旋膜除氧器的水箱贮水量(有效容积)可以确定为90-180m3之间。水箱的全几何容积为有效容积的1.25倍，水箱的全几何容积可以确定为112.5-225m3之间。
旋膜除氧器的设计压力、设计温度等技术参数应符合能源安保《电站压力式除氧器安全技术规定》、《压力容器安全技术监察规程》和GB 150—98《钢制压力容器》的有关规定。
3国产旋膜除氧器应用的技术保证3.1旋膜除氧器的原理：旋膜除氧器是将旋膜管垂直放置，内外壁用隔板隔开，将一定压力的水引至喷管外壁，在压差的作用下，水自小孔喷射入管内，形成短暂的射流，由于管内充满了加热蒸汽，射流的水便卷吸了大量的蒸汽，产生混合加热作用。
射流结束后，旋转水流往往很快进入紊流状态，加热蒸汽迅速加热旋转水流，析出大量不凝结气体，由于旋转水流基本上是紧贴管壁旋转而下，在旋膜管中间形成汽—气通道，不存在气体流动死区，析出的不凝结气体被讯速排出。
在离心力和重力的作用下，旋转水流于旋膜管的出口形成张开的水膜裙。由于水膜裙自上而下运动，加热蒸汽自下而上运动，强化了水膜裙的波动，使水膜裙迅速进入紊流状态，增强了加热蒸汽的凝结放热。
旋膜管的结构和工作过程如图1
1旋膜管的结构和工作过程射流、旋膜和悬挂式泡沸3种传热传质方式源于石化系统设备的喷射、降膜、泡沸传热传质方式。旋膜除氧器将射流、旋转膜和悬挂式泡沸3种传热、传质方式缩为一体在一个单元的部件内完成提高了除氧效率。与雾化除氧器和泡沸除氧器相比旋膜除氧器在技术上是一种创新。国产300 MW火电机组旋膜除氧器的构造300 MW火电机组旋膜除氧器由除氧塔和水箱两大部套组成。
旋膜除氧塔的构造：
旋膜除氧塔结构如图
2给水除氧和加热主要在除氧塔内完成。除氧塔由1级、2级除氧组件和其它部件组成。1级除氧组件：它由筒体、多层隔板、旋膜管、双流连通管、水入口混管和蒸汽管组焊为一体并分有水室、汽室和水膜裙室。(1) 隔板用来将一次除氧组件分隔成水室和汽室。(2) 全部给水(含各种补给水)经水入口混管混合后送入水室供除氧用。混管的特点是利用喷射器的原理混合不同压力的水。
(3) 旋膜管用无缝钢管，并上、下钻有射流孔、泡沸孔制成。旋膜管排列示意如图3。旋膜管为传热传质 主要部件：依其功能分为3种，即主件管、排水管和排汽管，按设计要求选择旋膜管的数量和进行工艺布置。排水旋膜管具有射流、旋膜和泡沸功能，当停用时可排出水汽室内的积水。排汽旋膜管除具有传热传质功能外还可排除
1级除氧组件下隔板上部的气(汽)体。
(4) 双流连通管由无缝钢管制成示意如图4它的主要作用是导回汽水分离室内分离下来的积水和旋膜管带出的积水排出除氧塔自由空间上部的气(汽)体并在管内使两种介质进行换热。
(5) 自由空间亦称水膜裙室相当于除氧器的雾化区它是旋转膜作用的终程。每个旋膜器的水裙最大可用面积由试验确定。由于除氧水温在自由空间内已近于饱和温度水中氧的解析也应该全部或接近于全部完成。实测结果说明：水膜裙形态及自由空间的容积对除氧效果有直接影响。级除氧组件：它由篦组和填料组两大部件组成。
(1) 篦组由薄钢板并经切割、压制成弧形的管条和框架组成。篦条等距焊在框架上框架为可卸式。篦组的主要作用是将1级除氧后的水进行二次分配。篦条空间面积不小于总截面的50%。
(2) 填料组是用网波填料和框架组成。框架为可卸式。网波填料亦称液汽网是用0.1 mm×0.4 mm扁不锈钢丝编制成的具有Ω型孔眼的网带固定在框架内如图5。依其卷制的松紧可以调整网波填料的比表面积网波填料的调整范围为：重量可为80400 kgm3比表面积为1601 800 m2m3空隙率为(9994)%。除氧器依据需要一般选用比表面积为250350 m2m3、空隙率为94%的填料层通常不超过2层。
(3) 为固定二次除氧组件其下部设有托架上部设有可卸式压固件。其它部件：指旋膜除氧塔上、中、下部装设的汽水分离器、高加疏水配管、加热蒸汽导管、落水管。
(1) 汽水分离器由托架、排汽管和填料组成选用网波填料作为分离填料。为简化设备将汽水分离器与除氧塔上部人孔组合为一体检修时要将人孔盖连同汽水分离器一起取下
(2) 高加疏水配管采用孔管配水孔管为侧下喷式孔管内部为可卸式膨胀端采用丁字头固定。
(3) 蒸汽导管均布于除氧塔的下部落水管位于中心与水箱上部相应管口对接蒸汽导管和落水管是现场安装时的主要对接口制造时应配装。
(4) 除氧塔外壳的支腿主要用于安装时吊装对口它与水箱支腿座用法兰连接。水箱的构造：旋膜除氧水箱用于贮水和缓冲及锅炉上水时的加热和辅助除氧。300 MW火电机组旋膜除氧器配套的水箱内装有加热蒸汽导管、配水管、再沸腾管、防旋板及其它必须的部件与接口。加热蒸汽导管除氧塔的加热蒸汽经水箱内上部的蒸汽导管接旋膜除氧塔下部经通汽管送入旋膜除氧塔底部。当蒸汽送入除氧塔底部时采用喷射方式。在向塔内送汽时将水箱内水位上部含有氧的汽体一并带出使水、汽界面以上的汽体中氧的分压降到最低配水管水箱装有再沸腾管，用于锅炉上水时和机组启动时加热除氧机组启动带负荷后即应停止使用。防旋板水箱下部有3个出水口为管端平接内部不留凸头。在各出水箱口装设防旋板防止低水位时水发生旋流相应增加水箱有效容积。试验证明水的旋流对水泵汽蚀影响很大无防旋板时水箱水位必须保持管径的3倍高度有防旋板则可降为1.5倍以下。其它附件包括给水泵再循环管、溢流管及轴封供汽、低位放水等管口。门杆漏汽管直接引入加热蒸汽导管上。
旋膜除氧器系统：国产300MW火电机组旋膜除氧器系统(如图6)的运行方式可为定压和滑压运行其滑压域由负压至0.8MPa，故要求系统作相应改变。
(1) 排汽系统改为两个去向排向大气增设排汽管且引向汽机凝汽器的颈部为能做到锅炉上水时和机组启动时溶氧合格在引向凝汽器的负压管道上又装一引向抽真空系统入口的管道以保证在汽机轴封没有送汽密封前能使除氧器负压运行。当汽机冲转后排汽引至凝汽器颈部当汽机带负荷后除氧器水温达107℃以上时改为对大气排汽(气)。排汽(气)母管和支管均装有相应阀门。
(2) 低水位紧急补水管。为防止除氧器水位降至危险低水位时正常系统能补上水特增设由化学除盐水箱直接补水系统。可设专用管路亦可在正常补水管路上接管。但要保证泵和电动阀门开启灵活方便。除氧器采用滑压运行不仅可避免启动和运行中复杂的操作程序更可使机组经济运行。经研究一台200 MW机组采用滑压运行时热耗值可降低
(34)×4.186 8 kJ/(kW.h)每年可节标准煤800 t。旋膜除氧器的保护与报警：
(1) 水箱和除氧塔上设有足够数量的全启式安全阀安全阀数量和规格应满足设计技术规程。
(2) 旋膜除氧器应装设就地和远方水位计并具有水位高、低报警装置和危险高、低水位动作装置。
(3)滑压运行除氧器可取消压力调节阀加装紧急闭汽阀。
(4) 增加紧急补水开启水泵(或阀)
试验：
为满足大型发电机组对除氧器的要求应对国产300 MW火电机组旋膜除氧器进行下列项目的试验研究。
(1) 真空除氧试验。
(2) 随机组滑启试验。
(3) 大负荷下水中溶氧试验。
(4) 降低给水温度和突变负荷试验。
(5) 随机滑停试验。
(6) 瞬间直补疏水试验。
(7) 排汽量试验。
(8) 旋膜管水裙面积和流量试验。
国内各厂旋膜除氧器技术和生产状况：
生产情况：目前国内能生产旋膜除氧器的有连云港市神美电力辅机有限公司、连云港市宏庆电力辅机开发有限公司、北京益创科技有限公司、连云港市宏琦电力辅机有限公司等制造厂。他们都具有旋膜除氧器的压力容器设计和制造许可证，有相应的加工、检测和试验设备，共生产了百余台旋膜除氧器，可以说国内已具备生产300MW级旋膜除氧器的制造能力。