热力除氧器改造旋膜式除氧器技术方案，结构特点及改造效果
电厂用户以前使用的老式除氧器产品为了防止锅炉给水管道、省煤器及其他热力设备的腐蚀,必须除去锅炉给水中的氧及其他气体。给水除氧分为热力除氧和化学除氧两种方法,而热力除氧是主要手段。热力除氧原理是亨利定律和道尔顿定律,对于溶解在水中的各种气体,在一定的压力下水的温度越高,其溶解度越低。
热力除氧器就是利用蒸汽把给水加热到相应压力下的饱和温度时,蒸汽分压力接近于水面上的全压力,溶解于水中的各种气体分压力接近于零,在这种情况下,水就不具有溶解气体的能力,溶解于水中的气体析出,从而清除水中的氧气和其他气体。
现有75t/h除氧器三台,工作压力0.118MPa,工作温度104℃,额定出力75t/h,水箱有效容积35m3,为三台锅炉提供给水。除氧器采用喷雾填料式,它利用弹簧喷嘴将给水喷射成锥形水膜与加热蒸汽完成传质传热过程,这种喷嘴能够适应负荷变化,通过弹簧的作用调节喷口大小,但是这种喷淋装置的关键部件制作复杂,本身安装调试精度要求较高,长期运行以来由于弹簧的腐蚀、喷嘴卡涩容易使其性能退化。经测定除氧水的含氧量为18μg/L,高于国标15μg/L的标准,为此决定将原除氧器改造为旋膜式除氧器。
旋膜式除氧器由除氧头和水箱两部分组成,除氧头内部装有一级除氧装置起膜器和二级除氧装置水蓖组与填料层,如图1所示。
一级除氧装置的核心部件是起膜器,它由水室、隔板、起膜管等部件组成,其中起膜管是强化传质传热的主要场所,承担着一级除氧的任务,一般选用φ108mm或φ133mm的不锈钢管制作,在管壁圆周方向钻若干小孔与管壁相切并向下倾斜。
二级除氧装置由淋水蓖子和填料组成,用以深度除氧;水蓖组由数层交错排列的角钢组成,是二级除氧时水的再分配装置,它使汽水接触均匀以达到深度除氧的要求;填料层为不锈钢丝网,它是将具有Ω形网眼的网套压平后卷绕成不同规格的填料块,再用大孔径的金属丝网包装成型,特点是空隙率大、压力损失小、分离效率高。
传热传质过程一级除氧在起膜器中完成,它可以将给水加热到相应压力下饱和温度以下2～3℃,除去给水中含氧量的90%～95%,经计算传热系数可以达到30kW/m2·K,它包含两个过程,即起膜管内的旋流段和起膜管外的水膜裙段。
在旋流段给水先进入水室,在水压和除氧器工作压差下,水以较高的流速从起膜管的切向小孔喷射到起膜管内壁,水沿着起膜管内壁离心旋转而下,起膜管内的水膜很容易达到紊流状态,水的表面不断翻滚,水的表层分子不断地被内层分子置换,形成不规则表面,同时由于高速的旋转水流具有卷吸作用,运行时大量的蒸汽被卷吸到近壁面,在近壁面处与旋转管内中空的低压通道排到排气口。在水膜裙段,旋转水流从起膜管出口以一定的速度和角度离开起膜管,因此形成了中空的旋转裙状水膜,常称作水膜裙,有利于传热。
首先运行时水膜裙内外两侧同时与加热蒸汽接触,大大增加了汽水接触面积。
其次水膜裙水流向下运动,而加热蒸汽向上运动,这种相对运动强化了凝结液膜的波动,凝结液膜的流动容易达到紊流状态,并且水膜裙是往下张开的,越往下面积越大,液膜越薄,减小了凝结液膜的热阻,所以能够瞬间被蒸汽加热到接近于除氧器工作压力下的饱和温度。
同时少量的不凝汽体克服表面张力析出。二级除氧在水蓖组和填料层完成。经过一级除氧的给水经水蓖组再分配,以薄膜的形式分布到不锈钢丝网上,与二次蒸汽充分接触,进行泡沸式热交换,深度除氧后汇集到水箱。
改造方案和效果改造:
主要集中在除氧头部分。具体做法是,从水箱上割去除氧头,割去除氧头顶部的球形封头,拆除原除氧头内部的所有部件,包括弹簧喷嘴、布水装置、塑料填料等。用一定长度的φ108mm不锈钢管钻孔制作起膜管并与隔板装配成起膜器,焊到除氧头的适当位置。然后安装水蓖组和填料层,最后将除氧头、封头、水箱组装在一起。
为了验证改造效果,进行了试验,试验在除氧器的额定出力下进行,经测定,除氧水的含氧量为10μg/L,低于国家标准。
旋膜式除氧器因其主要除氧元件起膜管结构简单,没有活动部件,能够很好地克服传统的弹簧喷嘴性能易退化的缺点,所以运行更加平稳可靠。特别是其高的传热传质性能,保证了良好的除氧效果。另外喷雾填料式除氧器改造为旋膜式除氧器,改造费用低,切实可行。