真空除氧器加热性能介绍及结构形式选择？ 

目前，市场上主流的真空除氧器型式是一体化真空除氧器。通过试验，模拟了一体化真空除氧器的除氧过程，研究水下加热装置、给水含氧童、给水过冷度、给水流量对一体化真空除氧器除氧性能的影响。
1概述一体化真空除氧器集除氧与储水于一身，是火电和核电机组中处理给水的关键设备，其除氧效果的优劣，直接影响着机组的安全运行。现以一体化真空除氧器为研究对象，对一体化真空除氧器的工作原理和结构特点，以及影响其除氧性能的主要因素进行了分析,通过一体化真空除氧器试验系统，对影响除氧性能的各项因素进行了研究。
2试验过程一体化真空除氧器的除氧效果，主要与真空除氧器雾化喷嘴、给水温度、工作压力、负荷、给水含氧量、水下加热方式等因素有关。通过试验,模拟了一体化真空除氧器的除氧过程。在试验过程中，给水从真空除氧器顶部的弹簧喷嘴喷入,并被雾化。加热蒸汽通过水下加热装置，从真空除氧器的水空间送入，对给水进行加热，实现对给水的除氧。试验中，利用蒸汽作为水下加热热源，在给定的给水流量下，通过2种不同结构的水下蒸汽加热装置，试验研究了给水过冷度、给水含氧量等参数的变化,寻找影响一体化真空除氧器除氧性能的规律。
3试验装置真空除氧器筒体为卧式圆筒形容器，如图1所示。筒体的直段长度为3000mm,直径为2400mm。在真空除氧器顶部布置有给水入口、蒸汽与热水入口、排气孔、压力测量孔及温度测量孔。取样口编号为1〜4,卩〜匸分别代表1〜4号取样口水舱内除氧水含氧量及温度测点,T5代表喷嘴雾化空间内的温度真空除氧器的内部结构，如图2所示。真空除氧器的顶部为水室,水室底部安装有额定流量为13.5t/h的弹簧喷嘴，给水通过喷嘴雾化后进行初步除氧。喷嘴下方为雾化空间，雾化空间之下是真空除氧器的水空间，水空间内安装了水下加热装置。为了研究真空除氧器中除氧水沿流程的含氧量及与温度变化，结合试验实际情况，在水空间内，设置了3块隔板，将水空间分割为4个水舱，如图3所示。真空除氧器的除氧水出口，位于真空除氧器内除氧水流程的末端，即4号水图2真空除氧器的内部结构图3真空除氧器内部水舱的布置图在水下加热装置中，试验时选用J2种不同结构的喷管。喷管的管径、孔径与孔间距等参数，如表1所示。喷管的结构示意图，如图4所示。图4喷管的结构示意图4试验工况进行水下蒸汽加热除氧试验时,设定了各项参数及试验装置。
（1）真空除氧器内参数:压力约0.4MPa（饱和温度约为143.6°C）；水位0.8m。
（2）给水参数:雾化装置为2个弹簧喷嘴，流量约27t/h；给水过冷度分别为3O°C、5O°C；给水含氧量分别为50fzg/L、200"g/L'760昭/L。
（3）加热蒸汽参数:压力约为0.7MPa；温度约170°Co
（4）水下加热装置喷管：1号喷管、2号喷管。为使试验结果更好地反映一体化真空除氧器的实际运行情况,试验中，给水经喷嘴喷入真空除氧器经除氧后排出真空除氧器所需时间，应与真空除氧器实际运行所需时间一致。基于此原则，并结合试验实际情况,经计算后，确定试验过程中真空除氧器筒内水位维持在0.8m左右较为合适。
5调节试验参数的方法
（1）水下加热蒸汽的参数在试验中，通过调节锅炉分汽缸出口处的阀门，控制蒸汽的压力，采用调节阀自动或手动控制蒸汽的流量。当加热蒸汽经喷管进入真空除氧器水空间时,加热蒸汽与除氧水进行热交换，加热蒸汽会发生凝结和放热现象。除氧水吸收热后，部分除氧水产生汽化,汽化后蒸汽穿过水层进入真空除氧器的汽空间，继续对给水进行加热。当加热蒸汽流量较大时，可能有部分加热蒸汽直接穿过水层进入汽空间。
确定水下蒸汽的流量，计算方法为：Qw=Gw(/id—hw) (1)Qv=Gv(hv—hd) (2)Qw=Qv (3)由式(1)〜式(3)得：C (hahw)o5=(知一膈)Gw式(1)中:(丄为给水吸收的总热量,kJ;Q。为水下加热蒸汽放出的热量，心；如为除氧水的比培,kJ/kg；知为蒸汽的比焙,kJ/kgMw为给水的比焰,kJ/kg；G。为蒸汽流量,t/h；G.为给水的流量,t/h。G”可由流量计测得，娘、幻、队可根据其温度查水蒸气热力性质表得到，由此可算出水下蒸汽加热所需的流量G.。给水含氧量试验中，采用除氧水回水与自来水以不同比例混合的方法，调节给水的含氧量，根据质量守恒原理，计算所需自来水的混入量，计算方法为：GbwIObw,Gbw+Otw,GwQwGw由式(5)、式(6)得：Ow=^hw(Qbw—OTO)+OwLrw式(5)〜式(7)中：Ow为给水含氧量,/ig/L;Obw为除氧水含氧量,fig/L}Om为自来水含氧量，昭/L；Gbw为除氧水回水流量,t/buGw为自来水流量,t/h。Gw、Obw、CL可由仪表测量得到,在给水流量不变的条件下，调节除氧水回水和自来水的流量，使其比例发生变化，达到对给水含氧量进行调节目的。给水温度将除氧水的回水通过冷却器降温后，再与自来水混合。通过调节冷却器流量的大小，控制给水的温度，达到试验工况的要求。除氧水回水与自来水混合前温度Gw计算方法：Gbc,九beIGg,/i-tw•hw式(8)中:知e为除氧水回水被冷却后的比焰,kj/kg；A为自来水的比焙,kJ/kg；Gw、0晾、CU等参数，在确定给水的含氧量后，即可获得；Mw可根据给水温度,查水的热力性质表得到，由此，可以算出砧。再依据水的热力性质表,就可得出除氧水回水冷却后的温度，通过调节冷却水量，实现除氧水回水温度的调节，使得给水温度达到试验工况的要求。
6试验结果与分析

6.1加热给水的性能分析真空除氧器运行时，对于不同的给水过冷度,需有足够的性能将其加热至饱和状态，才有利于给水的除氧。为研究一体化真空除氧器对给水加热的能力，当给水流量一定时，通过试验，研究一体化真空除氧器对于不同给水过冷度的加热能力。当水下蒸汽加热装置分别采用1号、2号喷管，给水流量约为27t/h,给水过冷度为30°C与50°C时,一体化真空除氧器筒内温度分布情况，如表2所示。从表2可知，该一体化真空除氧器对给水的加热性能良好。对于2种不同的水下蒸汽加热装置，当给水流量为27t/h、给水过冷度分别为30°C与50°C时，给水均能被真空除氧器内蒸汽加热至真空除氧器内压力相应的饱和温度。真空除氧器的给水被弹簧喷嘴雾化后，给水的受热表面积增加，随后被雾化空间内的蒸汽充分加热，达到了饱和温度，满足初步的除氧要求。真空除氧器内各水舱的除氧水温度,均达到了饱和温度，在水下加热蒸汽的扰动下，进行了深度除氧。
6.2给水含氧畳对除氧性能的影响水下加热装置 给水过冷度/°c 给水流量/t・h-1 真空除氧器内饱和温度/°c 真空除氧器内水舱温度/笆 雾化空间温度/笆
    1号取样口 2号取样口 3号取样口 4号取样口 
1号 30  141.87 142.68 142.45 142.27 142.49 142.36
 50 27 142.15 142.69 142.45 142.62 142.82 142.62
2号 30  142.15 143.29 143.06 143.15 143.35 143.13
 50  142.05 142.69 142.49 142.62 「142.82 142.62
对于2种不同结构的水下蒸汽加热装置，当给水流量为27t/h、给水过冷度30°C与50°C时，不同给水含氧量对一体化真空除氧器除氧性能影响曲线，如图5所示。(d)2号喷管给水的过冷度为50笆
图5除氧性能的影响曲线通过试验,从几个方面分析了试验结果。当利用水下蒸汽进行加热时，在相同的给水过冷度、给水流量下，除氧水的含氧量随着真空除氧器给水含氧量的增加而增加。尽管给水的流量不变，但进入真空除氧器内的氧气总量在增加，使得真空除氧器内传质的负荷增大。当给水含氧量增大时，真空除氧器内蒸汽与除氧水之间的氧传递的平衡被破坏，此时进入真空除氧器内的氧量大于排气的排出氧量，使得真空除氧器内蒸汽中氧气浓度上升,蒸汽中氧气的分压力上升,会直接导致除氧水中氧浓度的上升。随着真空除氧器的持续运行，进入真空除氧器的氧量将与排气的排出氧量达到新的平衡，将除氧水向汽空间产生氧传递的平衡浓度，保持在一个较高的水平。此时，蒸汽中的氧浓度将维持在一个较高水平，也使除氧水的氧浓度维持在较高的水平。
试验中发现,真空除氧器1号水舱内的除氧水含氧量较高,沿除氧水流程(依次流经2号、3号、4号水舱)，除氧水的含氧量依次递减，在4号水舱内除氧水的含氧量达到小值。这是因为真空除氧器的给水，经弹簧喷嘴雾化并初步除氧后，先落入1号水舱,1号水舱的除氧负荷较大，且除氧时间不够充分，但随着除氧水依次经过2号、3号、4号水舱，传热及传质不断加深，除氧水中剩余的溶氧不断被析出，使得除氧水的含氧量不断下降，完成了对给水的深度除氧。当真空除氧器的给水含氧量从50ptg/L升至760Mg/L,4号水舱内除氧水的含氧量增至7昭/L以上。当给水含氧量约为200、g/L时，分别采用了2种不同结构的水下加热装置,4号水舱内除氧水的含氧量仍低于7Mg/Lo此时，真空除氧器的出水满足《火力发电厂及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T12145-2008)对锅炉给水含氧量的要求。




6.3给水过冷度对除氧性能的影响分别采用2种不同结构的水下蒸汽加热装置、给水流量为27t/h,在不同的给水含氧量条件下,分析给水过冷度对一体化真空除氧器除氧性能的影响，给水过冷度对除氧性能的影响曲线，如图6所示。(a)l号喷管的给水过冷度3O°C含氧量48僱/L、过冷度50P含氧量57Mg/(b)l号喷管给水过冷度30P含氧量217席/L、过冷度.50笆含氧量205Mg/L真空除氧器筒内水舱编号(f)2号喷管给水过冷度30P含氧量749昭/L、过冷度50笆含氧量768卩g/L图6给水过冷度对除氧性能的影响曲线-/!•3i、MIw«I嶠遂分析试验结果可知,在给水含氧量、给水流量、水下加热装置一定时,给水过冷度较大，真空除氧器内除氧水的含氧量较低。当给水含氧量较小时，给水过冷度对除氧水含氧量的影响并不明显，但随着给水(c)l号喷管给水过冷度3OP含氧量757昭/L、
过冷度5(TC含氧量753昭/L含氧量不断增大，给水过冷度对除氧水含氧量的影响就越大。这是因为当给水过冷度较大时,加热给水所需的蒸汽量也较大，大量蒸汽从喷管喷入真空除氧器水空间时，对除氧水扰动更加剧烈，使传热传质更加强烈，有利于除氧水中溶氧的析出。
6.4给水流对除氧性能的影响当进行水下蒸汽加热、给水过冷度为30C、给水含氧量不同时，给水流量分别为13.5t/h(单喷嘴)和27t/h(2个喷嘴),分析给水流量对真空除氧器性能的影响,给水流量对真空除氧器性能的影响曲线如图7所示。(d)2号喷管给水过冷度300含氧量48昭/L、过冷度50笆含氧量57Mg/L70(a)给水流量13.5t/h含氧量为61悠/L、
给水流量27t/h含氧量为50jxg/LT-给水过冷度30P—给水过冷度50P真空除氧器筒内水飽编号(e)2号喷管给水过冷度30°C含氧量210Mg/L,
过冷度50°C含氧量236ag/L(b)给水流量13.5t/h含氧量为208昭/L、
给水流量27t/h含氧量为207«g/L真空除氧器筒内水舱编号(c)给水流量13.5t/h含氧量为752昭/L、给水流量2?t/h含氧量为766昭/L图7给水流量对真空除氧器性能的影响曲线由试验结果可知，利用相同的水下加热装置，在给水过冷度、给水含氧量给定的情况下，当给水流量为13.5t/h时,舱内除氧水的含氧量比给水流量为27t/h时的含氧量低，当给水流量增大，而真空除氧器内的水位不变，除氧水在真空除氧器内停留的时间为给水流量为27t/h时的两倍，除氧水在真空除氧器筒体内停留的时间更长，使除氧水中溶氧的析出更加彻底，提高了除氧效果。单喷嘴的雾化效果要优于2个喷嘴的雾化效果，会略微影响除氧的效果。本项目研究的一体化真空除氧器对给水的加热性能良好。利用2种水下加热装置,在给水流量为27t/h、给水过冷度为30°C与50°C的工况下,给水均能被蒸汽加热至与真空除氧器压力相对应的饱和温度。真空除氧器的给水被弹簧喷嘴雾化后，给水的受热表面积增加,随后被雾化空间内的蒸汽充分加热,达到了饱和温度，满足了初步除氧的要求。本项目研究的一体化真空除氧器除氧性能良好。采用2种不同结构的水下蒸汽加热装置，当加热方式为水下蒸汽加热、给水流量为27t/h、给水过冷度为30°C与50°C时，给水的含氧量约为200Mg/L,经真空除氧器处理后，出水的含氧量低于7/g/L。给水过冷度较大时，除氧的效果更好,但过冷度的差异对除氧效果的影响并不明显。当减小给水流量时，真空除氧器内除氧水的含氧量比给水流量大时要更低，这是因为除氧水在真空除氧器内停留的时间比较长，使水中溶氧被充分析出，除氧的效果更好。3.6换热管材质的选择国内高加换热管大多都采用SA—556Gr.C2碳钢管，由于该种材质的耐冲蚀能力较差，导致换热管的管壁减薄量比较大，影响了高加设备的运行寿命。采用不锈钢换热管可有效提高换热管的抗冲刷能力，延长换热管的使用寿命,据统计，不锈钢换热管的有效使用寿命，可达20年，而碳钢换热管的使用寿命，仅为8〜10年。从长远计，不锈钢换热管的前期资金投入较大,但从设备长期运行效益考虑，采用不锈钢换热管更加合理。通过分析高压加热器的爆管原因，对各种影响因素进行了分析，解说了换热管损坏的主要原因，为换热管的损坏分析，提供了很好的借鉴经验。同时,对机组的运行调试,提出了一些操作方面的要求，也为换热管的爆管分析提供了参考。随着科学技术的不断进步，模拟高压加热器运行状况的技术不断出现，可更加充分地分析影响高压加热器使用寿命的各个因素，也为提高高压加热器的使用寿命提供了保障。