(全自動濾水器)真空除氧器與旋膜式除氧器中噴嘴結(jié)構(gòu)性能對除氧的影響
真空除氧機理：
真空除氧也是基于亨利定律，將水加熱至沸點，使氧的溶解度減小而逸出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣排除。不同于大氣式熱力除氧，真空除氧是一種中溫除氧技術(shù)，一般在30~60"C溫度下進行，可實現(xiàn)水面低溫狀態(tài)下除氧(在60C或常溫)。
相對于大氣式熱力除氧來說，真空除氧是消耗電力抽真空，因此，對于蒸汽比電力緊張的鍋爐房，真空除氧更為適合。同時，真空除氧的負荷波動也比大氣式熱力除氧小。對熱水鍋爐和負荷波動大而熱力除氧效果不佳的蒸汽鍋爐，均可用真空除氧而獲得滿意的除氧效果。由于真空除氧使用常溫水，可以利用它來回收低品位的廢熱后再進入鍋爐，達到節(jié)能的效果。
由于真空除氧器在低于大氣壓力下工作，所以系統(tǒng)必須有良好的密封。從真空系統(tǒng)通過水泵將除氧水輸送到鍋爐房的管路中不能有任何與外界連通的水箱，水泵的軸封和閥桿處需要加裝水封，以免漏入空氣，影響除氧效果。
(全自動濾水器)汽輪機凝汽器在運行時，有較高的真空度，類似真空式除氧器，很適合對低溫補充水和凝結(jié)水進行預除氧。由于凝汽器的抽氣器的出力在設計上都有一定的富裕度，因此適量的補充水補入不會影響汽輪機的真空度。
無頭除氧器
無頭除氧器(如圖2-1) 是一種新型的熱力除氧器，除氧原理與熱力除氧相同。無頭除氧器是將除氧頭內(nèi)的設備放置到除氧水箱的汽空間中，有效地節(jié)約空間，減少設備的成本。
凝結(jié)水從盤式恒速噴嘴噴入除氧器汽空間，進行初步除氧，然后落入水空間流向出水口；加熱蒸汽排管沿除氧器筒體軸向均勻排布，加熱蒸汽通過排管從水下送入除氧器，與水混合加熱，同時對水流進行擾動，并將水中的溶解氧及其他不凝結(jié)氣體從水中帶出水面，達到對凝結(jié)水進行深度除氧的目的。水在除氧器中的流程越長，對水進行深度除氧的效果越好。
蒸汽從水下送入，未凝結(jié)的加熱蒸汽(此時為飽和蒸汽) 攜帶不凝結(jié)氣體逸出水面，流向噴嘴的排汽區(qū)域(噴嘴周圍排汽區(qū)域為未飽和水噴霧區(qū))，在排汽區(qū)域未凝結(jié)的加熱蒸汽凝結(jié)為水，不凝結(jié)氣體則從排氣口排出。
不凝結(jié)氣體在流向排氣口的流程中，在水容積一定的情況下，除氧器筒體直徑越大，汽空間不凝結(jié)氣體分壓力越小，這樣就能有效控制不凝結(jié)氣體在液面的擴散，避免二次溶氧的發(fā)生，因此，除氧器筒體采用大直徑為好。
旋膜式除氧器
(全自動濾水器)旋膜式除氧器就是將原來的噴霧填料式除氧器的固定式或彈簧式噴嘴改為由噴管和通氣管組成的水室而成，噴管管壁上開有與管壁相切且向下傾斜109螺旋形布置的數(shù)個小孔。在噴管裝置下部增設一水篦子裝置，水篦子由角鋼組合而成，分幾層錯列布置。旋膜式除氧器的主要裝置由噴管、水篦子和填料組成。其中噴管是最為關(guān)鍵的部件。
汽水分離裝置裝于除氧頭頂部，主要是防止水滴帶出。將加熱蒸氣從除氧器的水箱引入，使其有足夠的蒸汽加熱填料層內(nèi)的水，同時水箱內(nèi)上部蒸汽的流動，將水箱內(nèi)水中不斷析出的氧氣迅速帶走，有利于穩(wěn)定除氧效果。
在水箱底部設置輔助加熱裝置，以幫助啟動時縮短啟動周期，以及在水溫發(fā)生極大波動時，開啟底部輔助加熱裝置進行輔助加熱，以保證除氧效果。
旋膜除氧器有很好的除氧效果是因為它的除氧由三級除氧裝置組成，而常規(guī)除氧器只有兩級除氧裝置。旋膜除氧器的三級除氧裝置為:D一級除氧裝置由噴管和通氣管組成的水室以及蒸汽管組成。在噴管內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)的水膜卷吸大量的蒸汽，形成強烈的模式凝結(jié)換熱。噴管與水篦子之間有足夠的高度，有利于汽水充分接觸，經(jīng)過一級除氧，此時水的溫度已經(jīng)接近飽和溫度，水中大量的氧氣被除去。
二級除氧裝置
四層水篦子組成。水篦子由30X30的角鋼制作，相互交叉排列。在這一層，水流被打散，同時被不斷上升的蒸汽加熱，進一步除氧。
三級除氧裝置
由不銹鋼填料組成。這一層主要是除去水中的殘余氧，因此只需一定高度，并且不銹鋼填料具有通氣阻力小，有利于蒸汽攜帶析出的氧氣迅速上升排出，以保證除氧效果，且拆換方便。
旋膜式熱力除氧器，除了具備噴霧填料式除氧器的特點外，對壓力和流量變化不敏感，因此具有很好的負荷適應性。
真空式除氧
真空除氧是一種中溫除氧技術(shù)，一般在30C~60C溫度下進行。可實現(xiàn)水面低溫狀態(tài)下除氧(在60C或常溫)。相對于其他熱力除氧技術(shù)來說，它的加熱條件有所改善，鍋爐房自耗汽量減少，但熱力除氧的大部分缺點仍存在，并且真空除氧的高位布置，對運行管理噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設備的要求比熱力除氧更高。低位布置也需要一定的高度差，而且對噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設備的運行管理要求也很高。另外還增加了換熱設備和循環(huán)水箱。
原理與裝置
真空除氧原理和大氣式熱力除氧相同，差別在于將除氧器內(nèi)壓力降低。隨著壓力降低，對應飽和溫度也相應降低。對給水加熱，使其達到除氧器內(nèi)壓力對應的飽和溫度，水開始沸騰，大量溶解氣體從水中逸出。及時排出除氧水上氣空間的氣體，使氣空間內(nèi)氣體分壓力減小，水中氣體能持續(xù)逸出，從而實現(xiàn)除氧。
由于真空除氧過程中，除氧器內(nèi)壓力較低，與該壓力對應的飽和溫度也較低(見表2-1)，因此，需要很少的加熱量就能使除氧水達到飽和狀態(tài)。真空除氧器結(jié)構(gòu)與大氣式熱力除氧器相同，采用噴霧一填料式和噴霧一淋水盤式者較多。在系統(tǒng)上只是多一套抽真空設備，如圖2-2 所示。水由除氧頭上部進入，經(jīng)噴嘴使之在全部斷面上噴成霧狀，再經(jīng)中部填料呈水膜下流。噴嘴霧化給水使給水具有較大的表面積。表面積增大，不但能增強給水的加熱能力，而且利于水中溶氧逸出。噴嘴下部的淋水盤或填料能延長給水除氧過程，進一步深化給水除氧。而從水中解吸出的氧、二氧化碳等氣體由塔體頂部被抽氣裝置抽出體外。
為達到良好的除氧效果，真空式除氧器的噴嘴的數(shù)量應與除氧器的出力相適應。噴嘴數(shù)量過多，霧化效果不好; 噴嘴數(shù)量過少，則水流通過的阻力增大。為防止噴嘴被堵塞而影響噴水器，在除氧器進水管道上應裝過濾器。
填料的作用主要是加強傳質(zhì)，可用不銹鋼2環(huán)，紙質(zhì)或塑料質(zhì)蜂窩格填料。在保證填料層有一定高度的條件下，上述填料均可獲得較好的除氧效果。
除氧器的真空可借抽氣裝置達到。抽氣裝置有蒸汽噴射泵、水噴射泵及水環(huán)式真空泵等。抽氣裝置的抽氣能力應與處理水量相適應。另外，整個系統(tǒng)應具有良好密封性能，管道盡可能采用焊接，抽氣管應盡可能短。一般，進水溫度應在15C以上。深度除氧時，可用預熱法提高進水溫度，以降低設備的必要真空。因除氧水箱內(nèi)水位波動會影響到真空度變化，故應控制除氧水箱液位， 以保持穩(wěn)定。
真空除氧由于給水(或補給水) 溫度要求低，可用低品位蒸汽或用熱水加熱，因此，對于工業(yè)鍋爐而言，便于充分利用省煤器降低鍋爐排煙溫度，節(jié)約能源，且熱水鍋爐房無蒸汽源時也可采用；對于電站鍋爐則可利用汽輪機排汽的余熱，提高電廠的熱經(jīng)濟性。真空除氧與大氣式熱力除氧一樣，要考慮給水泵的氣蝕問題，除氧水箱都須放在一定的標高位置上，故對小型鍋爐房布置帶來一定的麻煩。
要使真空除氧在鍋爐給水除氧中得以推廣，還必須解決以下問題:一是進一步研究真空除氧的主要參數(shù)之間的定量關(guān)系；二是進一步提高和穩(wěn)定除氧水的質(zhì)量; 三是盡量降低生產(chǎn)成本，并在耗能盡量少的情況下實現(xiàn)除氧器的低位安裝。
真空除氧的影響因素
真空除氧性能與除氧器工作壓力、給水加熱情況、給水在除氧器內(nèi)停留時間、給水含氧量和給水流量等因素有關(guān)。
除氧器工作壓力
除氧器內(nèi)工作壓力決定除氧器內(nèi)水的飽和溫度。壓力越低，水的飽和溫度越低，加熱水到飽和溫度需要的熱量也會越少；反之，飽和溫度越高，需要的熱量越多。盡量降低工作壓力，能利用回收的鍋爐余熱實現(xiàn)除氧。但是工作壓力降低，會增加抽氣機組負荷，因此工作壓力應當綜合蒸汽耗量與抽氣機組能力決定。同時，在除氧過程中，除氧器內(nèi)壓力的穩(wěn)定情況對除氧效果影響很大。由于水的熱容較大導致除氧器內(nèi)水溫變化較慢，但是壓力變化較快，除氧器內(nèi)壓力不穩(wěn)定會導致除氧器內(nèi)的水偶爾未完全達到飽和狀態(tài)，從而導致除氧效果變差。
給水加熱情況
除氧器給水加熱能力直接影響除氧效果。根據(jù)真空除氧原理，除氧過程中必須將給水加熱到除氧器內(nèi)壓力下的飽和溫度，即使很小的過冷度也會導致除氧效果的惡化，因此必須保證除氧器給水能被充分加熱。對給水加熱能力由蒸汽的品質(zhì)、流量、除氧器結(jié)構(gòu)特點以及給水的溫度決定。蒸汽的壓力、溫度越高，對給水的加熱能力越強; 蒸汽進入除氧器的量越大，給水越容易被加熱。同時，當給水溫度較低時，給水被加熱到飽和溫度越困難。
此外，除氧器內(nèi)除氧頭的結(jié)構(gòu)特點對給水加熱能力和深度除氧有直接影響。
給水在除氧器內(nèi)停留時間
除氧過程中，給水和蒸汽需要充足的接觸時間。接觸時間越長，除氧的效果越好。通過在除氧器內(nèi)設置淋水盤或者填料的方法阻滯水流下降，延長汽、水的接觸時間，提高除氧效果。
給水含氧量
給水含氧量變化時，除氧后水的含氧量會有一定變化，且除氧后水的含氧量的變化規(guī)律與除氧器結(jié)構(gòu)、給水停留時間以及給水流量等因素密切相關(guān)。對不同結(jié)構(gòu)的除氧器，給水含氧量的變化對除氧性能的影響需通過實驗進行分析研究。
給水流量
給水流量增大時，水流速度較快，給水在除氧器內(nèi)停留的時間較短。由于給水與蒸汽接觸時間減少，水中溶氧不能及時從水中析出，從而影響了除氧效果。對于淋水盤形式的除氧裝置，給水流量增加會導致溢流產(chǎn)生的水膜變厚，增加蒸汽流通的阻力，從而影響的給水加熱情況。給水流量減少時，水流速度減慢，給水在除氧器內(nèi)停留的時間延長，除氧效果改善。
此外，除氧過程解析出的不凝結(jié)氣體需要通過抽氣系統(tǒng)排出除氧器，從而實現(xiàn)除氧器連續(xù)穩(wěn)定地工作。因此，抽氣系統(tǒng)的性能也將影響除氧效果。
除氧頭結(jié)構(gòu)對除氧效果的影響
給水加熱和除氧基本上是在除氧頭內(nèi)進行的。除氧頭應能使給水和蒸汽在除氧器內(nèi)分布均勻、流動通暢，同時還要使水和蒸汽之間有盡可能大的接觸面積及足夠的接觸時間。在除氧器內(nèi)設置淋水盤或者填料是增加汽、水接觸面積，延長汽、水接觸時間，提高除氧效果的重要方法。
除氧頭通常采用噴霧一淋水盤或者噴霧一填料結(jié)構(gòu)。此外有其他一些結(jié)構(gòu),如: 噴霧一溢水槽、噴霧一角鋼柵盤、噴霧一扁鋼柵盤、噴霧一2填料等。這些結(jié)構(gòu)也是噴霧一淋水盤或者噴霧一填料結(jié)構(gòu)的改進。
淋水盤
淋水盤(如圖2-3)在除氧頭內(nèi)，其底板上有大量通孔，邊緣為擋板，以擋住水，使水在盤內(nèi)形成一定水位。由于水自重力作用,以水位高度為壓頭使水成細小圓柱狀自孔內(nèi)向下流出。由于孔數(shù)量很多，使水流散播成大量的圓柱細流而形成傳熱面積，也是氧氣析出的傳質(zhì)面積。上一層淋水盤的淋水孔內(nèi)流出的水流到下一層淋水盤，上、下水盤淋水孔錯列布置，最后一層淋水盤流出的水向下流入水箱。
加熱蒸汽從下部接管進入除氧器內(nèi)，由配汽裝置作均布，流向四周空間，蒸汽向上流動，在最下層淋水盤中央通氣口處轉(zhuǎn)彎向上，然后經(jīng)其上一層的中央淋水盤阻擋而轉(zhuǎn)彎，在中央淋水盤與圓筒內(nèi)壁間的環(huán)形空間處轉(zhuǎn)彎向上，如此一層層向上流動，最終到達除氧器頂部，蒸汽攜帶著氧氣由頂部排氣管流出。這樣，加熱蒸汽垂直于水流，二者成十字形接觸，呈直接接觸的傳熱，水流自最上層淋水盤起一層層逐步加熱到飽和溫度，而逐步加熱的過程也是溶解氧因溫度升高而溶解度降低的逐步脫氧過程。
由于在設計時按額定出力計算并確定了淋水孔的數(shù)量，所以運行時希望經(jīng)常保持在額定出力工況。在負荷變化時，淋水盤水位就發(fā)生變化。
若出力超過額定值，需要更多熱量才能將水加熱到飽和溫度，但淋水孔數(shù)量是按額定出力計算確定的，出力增加只是淋水盤內(nèi)水位升高，孔內(nèi)水流水柱的流速加快，而水柱數(shù)量沒有增加，傳熱面積、傳質(zhì)面積沒有增加，只能依靠設計的富裕量保持設計的除氧效果。如果負荷過大，淋水盤水位超過邊緣擋板的高度時，水從邊緣溢出，這時溢出的水幅厚，重量大，可能造成淋水盤震動，而且會形成圓筒形瀑布似的水幅，阻礙蒸汽的通路，并在除氧器下部產(chǎn)生蒸汽的間斷凝結(jié)，從而發(fā)生水震。這樣進水不能被充分加熱，而出水之中的殘余含氧量會迅速升高。
如果出力過低，水流將不能流過所有的孔，因此出現(xiàn)淋水水柱數(shù)量減少和大滴的水不規(guī)則地下落等情況，使傳熱面積減少，水與加熱蒸汽之間的溫度差可能增大，水中的氧氣等氣體不能很好地析出，由于淋水盤直徑很大，而淋水盤上水位較低，因此淋水盤裝配的傾斜度和翹曲度將加劇這種水柱分布不均勻的現(xiàn)象。
淋水盤結(jié)構(gòu)簡單，運行工況較穩(wěn)定時，除氧效果能滿足要求。但是其負荷適應性差，尤其是淋水盤在制造安裝中存在傾斜度及翹曲度較大時則會加劇; 長期運行中可能由于水震等原因造成淋水盤等損壞，同時由于氧腐蝕， 會對淋水盤等造成腐蝕損壞、淋水孔腐蝕變形，從而影響水流，造成除氧效果變壞。
噴嘴性能對除氧的影響
霧化噴嘴(如圖2-4)安裝在除氧頭上部，并在霧化噴嘴下面留出霧化區(qū)。給水通過霧化噴嘴后，水滴很小，比表面積很大，有利于給水與蒸汽在霧化區(qū)內(nèi)傳熱和傳質(zhì)。水滴被蒸汽加熱到飽和狀態(tài)，水滴中的溶氧析出，隨余汽排出除氧器。
噴嘴結(jié)構(gòu)
噴嘴是除氧器內(nèi)主要工作元件之一，其結(jié)構(gòu)特點直接影響除氧器工作效果。
旋流式噴嘴
旋流式噴嘴(如圖2-5)的原理是使水在噴嘴內(nèi)旋轉(zhuǎn),然后從噴口噴出，從而形成細小的液滴。旋流式噴嘴可以有不同的設計形狀，但基本原理相似。
水進入噴嘴腔室內(nèi)，經(jīng)過4 條切向槽道進入旋流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)噴口噴出，成霧狀散布，霧化液滴在呈錐形的霧化區(qū)內(nèi)。噴嘴的形狀、尺寸對流量系數(shù)、流量、霧化角、液滴分布和液滴直徑都有影響。切向槽道越多，霧化出的液滴越細小。一般選擇4 條槽道比較合適。
彈簧噴嘴
彈簧式噴嘴(如圖2-6)是一種在國內(nèi)外除氧器中廣泛采用的噴嘴，主要由芯軸、彈簧限位塊、彈簧、閥瓣與閥座組成。彈簧噴嘴噴出的水形成水膜，在負荷變動時，噴口面積會變化。當負荷降低、水量減少時，噴嘴前后壓差隨之減小，引起彈簧回縮，噴嘴噴口截面積減少，從而使噴出的水流速度基本保持不變，仍能保持良好的水流成膜性，水膜面積不因破膜而減小。彈簧噴嘴也稱為恒速噴嘴。
對于非彈簧式噴嘴，當負荷降低時，因流量減少，水的壓頭降低，霧化狀況惡化，液滴變得粗大。因此，彈簧噴嘴更適合除氧器滑壓運行。
彈簧噴嘴在不同負荷條件下能保持良好的水流成膜性，從20世紀80年代起曾得到較廣泛推廣應用。但是，由于彈簧在較高溫度下不斷伸縮運動，長時間會引起疲勞變形，使噴嘴頭工作狀況惡化。
螺旋旋流霧化噴嘴
螺旋旋流霧化噴嘴屬于旋流霧化噴嘴，利用羅紋邊緣螺距的空隙使水成螺旋形旋轉(zhuǎn)，然后從噴口噴出，旋轉(zhuǎn)的水流散布成細小的液滴。
螺旋旋流霧化噴嘴(如圖2-7)結(jié)構(gòu)較簡單，由外殼腔室和旋流子組成。圓形旋流子邊緣加工出矩形螺紋，旋流子放在外殼內(nèi)，則矩形螺紋與內(nèi)壁之間矩形空隙槽道為水流旋流通道。外殼頂部呈錐形，旋流子頂端是平面，外殼頂部內(nèi)壁與旋流子頂部平面之間形成一個錐形空間，即旋流室。沿矩形螺紋槽道旋轉(zhuǎn)前進的水流進入錐形旋流室，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)前進，從外殼頂部圓形噴口噴出，散布成細小液滴。
在旋流室中心有圓孔，其下部成角度較小圓錐形，此圓孔用于散布液滴，改善液滴分布空間。無圓孔時，僅依靠矩形槽道旋流，則噴出的液滴僅分布在圓錐形周圍邊緣，成一中空的傘狀。當設置中間圓孔通道后，水流從中間底部的圓錐通道被緩沖而逐漸加速到中間圓孔通道，沿著圓孔前進旋流子頂端，進入旋流室,中間圓孔的水流在旋流室與來自矩形槽道的旋轉(zhuǎn)的水流相混合，也被帶動旋轉(zhuǎn)前進，一起從噴口噴出。這樣，噴出的液滴就均勻地散布在圓錐形的霧化空間內(nèi)。
旋膜式噴管
旋膜式噴管相當于一個管式噴嘴，在國內(nèi)應用比較廣泛。采用中33x4.5mm、長度1m 的鋼管，在管壁上鉆有一定切向角和下傾角的射流孔，孔徑為中5mm，每根噴管有15個小孔。水流經(jīng)過小孔以6m/s 的速度射入管內(nèi)。由于存在切向角，水流在射入管內(nèi)時有一切向分力而使水流沿管內(nèi)壁形成連續(xù)激烈地旋轉(zhuǎn)。由于向下傾角以及水自身重力使旋轉(zhuǎn)水流向下流動并形成水膜，水膜厚度約為1~1.3mm。當水由噴管下端出口流出后，形成旋轉(zhuǎn)拋物體的中空圓錐形水膜，加熱蒸汽接觸水膜的內(nèi)外表面，使水與蒸汽有足夠的接觸面積而進行傳熱、傳質(zhì)。
旋膜式噴管的優(yōu)點在于制造簡單，只是在管子上鉆孔，但因使用長度較長的奧氏體不銹鋼管制造，材料較為昂貴，成本較高。
內(nèi)置式旋流噴嘴
內(nèi)置式旋流噴嘴(如圖2-8)結(jié)構(gòu)簡單，只有一個零件，為一頂部封閉的旋流室。旋流室壁上開有4條切向槽道，水流經(jīng)過切向槽道以后在旋流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)，向下經(jīng)過一段距離后從噴口噴出。由于噴口直徑和旋流室直徑相同，噴口大，噴出的速度較小。當壓差為0.138MPa時，噴出的角度在700左右。該噴嘴沒有腔室，通過螺紋旋緊安裝在水室內(nèi)，水室就成為腔室，水直接從水室進入旋流室。
槽板旋流噴嘴
槽板旋流噴嘴(如圖2-9)外殼和切向槽板之間的空間為腔室，進水接管通過絲扣與水室連接。水進入進水管以后，從導向的九個大圓孔進入腔室，再沿著三塊切向槽板流動，通過此槽板與槽板之間形成的槽道口進入旋流室。由于切向槽板為圓弧形，使水流在旋流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)噴口噴出，形成霧狀散布。霧化液滴在錐形霧化區(qū)內(nèi)。在導向板中心區(qū)域有五個小孔，水通過這五個小孔直接進入旋流室，被旋轉(zhuǎn)的水流帶動而一起旋轉(zhuǎn)噴出，使椎體中間也散布著液滴，從而使液滴分布均勻。否則，噴出的液滴集中在中空的傘狀錐體邊緣。
綜上所述，熱力除氧雖然形式多樣，但其基本除氧原理是一致的。無論是真空條件下除氧還是其它熱力除氧方式，也無論采用什么除氧元件和結(jié)構(gòu)，要達到良好的除氧效果，其最有效的途徑就是充分擴大加熱蒸汽與被除氧水的接觸面積，保證被除氧水完全被加熱到飽和狀態(tài)，能在除氧裝置中滯留一定時間，并且保證充足的汽源和通暢的排除氧氣通道。理論上講，滿足這些條件后，除氧水中的含氧量應接近零。當然，在實際的工業(yè)應用中情況要復雜的多。各種因數(shù)都會對除氧效率產(chǎn)生影響，所以以下要著重討論的就是在模擬的實際工況下，一些基本的熱力參數(shù)和采用的元件結(jié)構(gòu)會對除氧效果產(chǎn)生什么影響。
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