國家電力公司成套設備部（北京100011）　　吳旭東

摘　要：通過介紹旋膜除氧器的結構、特點和百余臺國產旋膜除氧器的運行業績，進而分析了國產旋膜除氧器的生產技術和生產能力，指出了旋膜除氧器應用于300 MW級火電機組的可行性，提出了試驗項目和技術鑒定的建議。
關鍵詞：旋膜除氧器；淋水密度；提升溫度；出入口濃度差；排汽量；滑壓率
　

1　旋膜除氧器的特點
　　隨著高參數大容量發電機組的發展，對熱力除氧器的技術性能和特殊功能的要求愈來愈高，為使除氧水中溶氧趨于零，除氧器適應范圍更寬，提高運行經濟性和安全性，許多國家都進行了大量的研究工作，取得了很多成果。
　　當前熱力除氧器從傳熱傳質的機理上可分為霧化、泡沸和旋轉膜3種，從形式上可分為立塔、臥塔和隱塔（亦稱無塔）3種。
　　旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基礎上制造的。旋膜除氧器、霧化除氧器和泡沸除氧器主要參數比較見表1。由表1可知，與霧化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器具有淋水密度大、提升溫度高、出入口氧濃度差大、排汽量小和全滑壓的特點，適于補水率大、入口水溶氧高、入口水溫低、負荷變化大的調峰機組和熱電廠，更適于凝汽式機組配套使用。旋膜除氧器在國內300 MW以下機組已應用百余臺，為擴大其應用范圍，特進行應用于300 MW機組的可行性研究。
                           

2　設計參數的確定
　　《火力發電廠設計技術規程》規定：“除氧器的總容量，應根據最大給水消耗量選擇”；“給水箱的貯水量，200 MW及以下機組為10～15 min的鍋爐最大連續蒸發量時的給水消耗量。200 MW以上機組為5～10 min的鍋爐最大連續蒸發量時的給水消耗量。給水箱的貯水量是指給水箱正常水位至水箱出水管頂部水位之間的貯水量。”　　　因此，根據300 MW火電機組鍋爐最大連續蒸發量為1 025 t／h，給水消耗量為最大連續蒸發量105％，即1 076．25 t／h。300 MW火電機組旋膜除氧器的水箱貯水量（有效容積）可以確定為90～180 m³之間。水箱的全幾何容積為有效容積的1．25倍，水箱的全幾何容積可以確定為112．5～225 m³之間。
　　旋膜除氧器的設計壓力、設計溫度等技術參數應符合能源安保［1991］709號文《電站壓力式除氧器安全技術規定》、《壓力容器安全技術監察規程》和GB 150—98《鋼制壓力容器》的有關規定。

3　國產旋膜除氧器應用的技術保證
3．1　旋膜除氧器的原理
　　旋膜除氧器是將旋膜管垂直放置，內外壁用隔板隔開，將一定壓力的水引至噴管外壁，在壓差的作用下，水自小孔噴射入管內，形成短暫的射流，由于管內充滿了加熱蒸汽，射流的水便卷吸了大量的蒸汽，產生混合加熱作用。
　　射流結束后，旋轉水流往往很快進入紊流狀態，加熱蒸汽迅速加熱旋轉水流，析出大量不凝結氣體，由于旋轉水流基本上是緊貼管壁旋轉而下，在旋膜管中間形成汽—氣通道，不存在氣體流動死區，析出的不凝結氣體被訊速排出。
　　在離心力和重力的作用下，旋轉水流于旋膜管的出口形成張開的水膜裙。由于水膜裙自上而　　下運動，加熱蒸汽自下而上運動，強化了水膜裙的波動，使水膜裙迅速進入紊流狀態，增強了加熱蒸汽的凝結放熱。旋膜管的結構和工作過程如圖1。

　

    300 MW火電機組旋膜除氧器由除氧塔和水箱兩大部套組成。
3．2．1　旋膜除氧塔的構造　　
　　旋膜除氧塔結構如圖2，給水除氧和加熱主要在除氧塔內完成。除氧塔由1級、2級除氧組件和其它部件組成。
3．2．1．1　1級除氧組件
　　它由筒體、多層隔板、旋膜管、雙流連通管、水入口混管和蒸汽管組焊為一體，并分有水室、汽室和水膜裙室。
　　（1）隔板用來將一次除氧組件分隔成水室和
汽室。（2）全部給水（含各種補給水）經水入口混管混合后送入水室，供除氧用�；旃艿奶攸c是利用噴射器的原理混合不同壓力的水。（3）旋膜管用無縫鋼管，并上、下鉆有射流孔、泡沸孔制成。旋膜管排列示意如圖3。旋膜管為傳熱傳質主要部件，依其功能分為3種，即主件管、排水管和排汽管，按設計要求選擇旋膜管的數量和進行工藝布置。排水旋膜管具有射流、旋膜和泡沸功能，當停用時可排出水汽室內的積水。排汽旋膜管除具有傳熱傳質功能外，還可排除1級除氧組件下隔板上部的氣（汽）體。(4）雙流連通管由無縫鋼管制成，示意如圖4，它的主要作用是導回汽水分離室內分離下來的積水和旋膜管帶出的積水，排出除氧塔自由空間上部的氣（汽）體，并在管內使兩種介質進行換熱。（5）自由空間亦稱水膜裙室，相當于除氧器的霧化區，它是旋轉膜作用的終程。每個旋膜器的水裙最大可用面積由試驗確定。由于除氧水溫在自由空間內已近于飽和溫度，水中氧的解析也應該全部或接近于全部完成。實測結果說明，水膜裙形態及自由空間的容積對除氧效果有直接影響�！�
3．2．1．2　2級除氧組件
它由篦組和填料組兩大部件組成。　　

    （1）篦組由薄鋼板，并經切割、壓制成弧形的管條和框架組成。篦條等距焊在框架上，框架為可卸式。篦組的主要作用是將1級除氧后的水進　　行二次分配。篦條空間面積不小于總截面的50％�！　�

　

　

　�。�2）填料組是用網波填料和框架組成�？蚣転榭尚妒�。網波填料亦稱液汽網，是用0．1 mm×0．4 mm扁不銹鋼絲編制成的具有Ω型孔眼的網帶，固定在框架內，如圖5。依其卷制的松緊可以調整網波填料的比表面積，網波填料的調整范圍為：重量可為80～400 kg／m³，比表面積為160～1 800 m²／m³，空隙率為（99～94）％。除氧器依據需要一般選用比表面積為250～350 m²／m³、空隙率為94％的填料層，通常不超過2層。

　

　　
　　（1）排汽系統改為兩個去向：排向大氣；增設排汽管，且引向汽機凝汽器的頸部，為能做到鍋爐上水時和機組啟動時溶氧合格，在引向凝汽器的負壓管道上又裝一引向抽真空系統入口的管道，以保證在汽機軸封沒有送汽密封前能使除氧器負壓運行。當汽機沖轉后排汽引至凝汽器頸部，當汽機帶負荷后，除氧器水溫達107℃以上時，改為對大氣排汽（氣）。排汽（氣）母管和支管均裝有相應閥門�！�
　�。�2）低水位緊急補水管。為防止除氧器水位降至危險低水位時正常系統能補上水，特增設由化學除鹽水箱直接補水系統�？稍O專用管路，亦可在正常補水管路上接管。但要保證泵和電動閥門開啟靈活方便。
　　除氧器采用滑壓運行不僅可避免啟動和運行中復雜的操作程序，更可使機組經濟運行。經研究，一臺200 MW機組采用滑壓運行時熱耗值可降低（3～4）×4．186 8 kJ／（kW·h），每年可節標準煤800 t。
3．4　旋膜除氧器的保護與報警
　�。�1）水箱和除氧塔上設有足夠數量的全啟式安全閥，安全閥數量和規格應滿足設計技術規程。（2）旋膜除氧器應裝設就地和遠方水位計，
并具有水位高、低報警裝置和危險高、低水位動作裝置。
　�。�3）滑壓運行除氧器可取消壓力調節閥，加裝緊急閉汽閥。
　�。�4）增加緊急補水開啟水泵（或閥）。
3．5　試驗
　　為滿足大型發電機組對除氧器的要求，應對國產300 MW火電機組旋膜除氧器進行下列項目的試驗研究。
（1）真空除氧試驗。（2）隨機組滑啟試驗。（3）大負荷下水中溶氧試驗。（4）降低給水溫度和突變負荷試驗。（5）隨機滑停試驗。（6）瞬間直補疏水試驗。（7）排汽量試驗。
（8）旋膜管水裙面積和流量試驗。

4　國內各廠旋膜除氧器技術和生產狀況
4．1　技術狀況
　　從技術來源分析，瓦房店東大熱電設備有限公司，朝陽市電力機械廠，青島磐石容器制造有限公司的技術都來源于東北電力科學研究院（下稱東電技術）；中州汽輪機廠，哈爾濱鍋爐有限責任公司的技術來源于西安熱工研究所（下稱西安技術）。
4．1．1　東電技術
　　1974年，與撫順石油二廠熱電廠合作，將該　　廠25 MW供熱機組配套的G－225型淋水盤式低壓除氧器改為低壓旋膜除氧器，首次應用的旋膜管由D108×4．5無縫鋼管制成，單管出力為3～4t／h，作為一次除氧，以不銹鋼網波填料作為二次除氧，即深度除氧。改造后效果良好，顯示旋膜管填料裝置除氧效率高，穩定性好，適應性強的特點。旋膜管及網波填料技術系來自化工設備，加以改進，形成了旋膜除氧設備的雛形。
　　1983年，與渾江電廠合作，將旋膜除氧技術推廣應用到100 MW機組配套的GC－420型噴霧填料式高壓除氧器的改造。這次應用的旋膜管由D133×4．5無縫鋼管制成，單管出力為4～7 t／h，單管出力增大，改造后分別進行了在變負荷70～100 MW，變補水量（5～13）％，變進水溫度和最低進水溫度97℃的情況下的試驗，經測試，給水溶氧量合格。試驗結果由吉林電力工業局組織鑒定，肯定了改造的效果。
　　1987年，與朝陽電廠合作，將一臺200 MW機組配套的GC－670型噴霧填料式高壓除氧器改為旋膜除氧器。旋膜管由D133×4．5無縫鋼管制成，改造后效果良好，經東北電業管理局組織鑒定，認為“其除氧效果和適應性具有國內先進水平”。
　　最近幾年，北京第一熱電廠，山西太原第一熱電廠，河南洛陽熱電廠，山西漳澤電廠先后訂貨和運行了幾臺根據東電技術生產的300 MW火電機組等級的旋膜除氧器，但由于投運時間短等原因，均未進行技術鑒定。
　　原東電技改局于90年代初完成了為300MW火電機組配套的旋膜除氧器的設計方案。
4．2．1　西安技術
　　70年代末，為掌握旋膜除氧器的噴淋特性及傳熱傳質機理，西安熱工研究所籌建了冷態試驗臺、單管熱態試驗臺。
　　隨著電力工業的發展，科技的進步，早期投運的除氧器除氧效果不能滿足要求，各電廠要求對其進行技術改造，為此西安熱工研究所將試驗研究成果應用于改造中。
　　1983年，壩橋熱電廠3號機除氧器技術改造時，將C－150型除氧器改為旋膜除氧器，改造后運行穩定，出口溶氧小于5μg／L，低負荷時也能滿足出口溶氧要求。
    1988年，壩橋熱電廠又對8號機230 t／h除氧器進行技術改造，改造后出力可達290 t／h，運行穩定無振動，出口溶氧合格，在進水溫度降低到85～90℃時，仍能滿足出口溶氧要求。
　　最近幾年，根據西安技術，在河南洛陽熱電廠訂貨并運行了1臺300 MW火電機組等級的旋膜除氧器，但由于投運時間短等原因，未進行技術鑒定。
　　1991年西安熱工研究所完成了300 MW火電機組配套的旋膜除氧器的設計。
4．2　生產情況
　　目前，國內能生產旋膜除氧器的有瓦房店東大熱電設備有限公司，中州汽輪機廠，朝陽市電力機械廠，青島磐石容器制造有限公司，哈爾濱鍋爐有限責任公司等制造廠。他們都具有旋膜除氧器的壓力容器設計和制造許可證，有相應的加工、檢測和試驗設備，共生產了百余臺旋膜除氧器，可以說國內已具備生產300 MW級旋膜除氧器的制造能力。

5　結論
　　據統計，國內各廠生產的旋膜除氧器已先后應用了300臺，其中，50 MW級的旋膜除氧器64臺，100 MW級的旋膜除氧器24臺，200 MW級的旋膜除氧器8臺，300 MW級的旋膜除氧器7臺。20年來的運行實踐表明，發展旋膜除氧器的方向是正確的，旋膜除氧器的技術性能優于霧化除氧器和泡沸除氧器。國內已有幾家制造廠有一定的生產300 MW級旋膜除氧器的技術能力和制造能力，應抓緊進行旋膜除氧器的技術鑒定，促進國產旋膜除氧器全面應用于300 MW火電機組。

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