除氧塔改造及改进型旋膜除氧器

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造辅机电力设备应用          

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造的传热，传质方式与已有的淋水盘式、旋膜式和雾化式不同，主要是将射流，旋转膜和悬挂式泡佛三种传热方式缩化为一体的传热、传质方式，它具有很高的效率。

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造辅机电力设备结构                  

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造结构型式主要由外壳、汽水分离器、新型旋射起膜器、淋水篦子、规整液汽网、水箱组成。         

• 技术规格

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• 突出优势

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• 工作原理

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• 技术参数

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随着电力工业生产的迅速发展，科学技术的不断进步，我国早年投运的淋水盘式喷雾填料式及旋膜式除氧器，越来越显示出不足，主要表现为除氧效率差、换热不均匀、适应性能低、耗汽量大，不能随着工况负荷的变化而变化等。

新型改进型旋膜除氧器是近年来研究并推广的一种全新结构的除氧器，除氧器采用目前最先进的不锈钢波纹填料代替原来编织的Ω形网状细丝不锈钢网，O型圈填料，该波纹液汽网具有水流冲击不变形、填料不脱落，分离率高，气阻小，可对给水进行二次深度除氧等特点。

旋膜式除氧器设计主要是将原射流式改为旋射膜式，是集旋膜及泡沸缩合为一体的高效能新型水膜式除氧器，具有除氧效率高，换热均匀，耗汽量小，运行稳定，适应性能好，对水质、水温要求不苛刻等优点，而且可超出力运行。 
                       旋膜式除氧器(又称膜式除氧器是一种新型热力除氧器,是利用蒸汽将锅炉给水加热到对应除氧器工作压力下的饱和温度,除去溶解于给水的氧及其它气体,防止和降低锅炉给水管、省煤器和其它附属设备的腐蚀.可用于定压、滑压等方式运行。旋膜式除氧器适用于各类电力系统锅炉、工业锅炉给水及热电厂补给水的除氧。

适用范围：
                     我公司在整套供应新型旋射膜式除氧器的同时，还承接有关电厂对淋水盘式、喷雾填料式旋膜式除氧器的技术改造工作。
                     根据我公司以往对全国各地区的发电厂、热电厂、自备电厂除氧器实施技术改造证明，把淋水盘式、喷雾填料式、旋膜式除氧器改造成新型旋射膜式除氧器是成功的，效果也是显著的。
                     从示意图中可以看出，对原有的除氧器改造是十分方便的。即利用原除氧头的外壳封头部分，将原头内的淋水盘式或喷雾填料式及旋膜式部件全部拆除，保留下部进汽盘，然后在下部进汽盘的上方一定位置加规整液汽网和篦子，然后环形压板进行密封固定，防止今后运行中水汽短路，再把封头与筒体的接口处解开后焊接装进旋射起膜器，按提供的改造方案图连接管道口其它部件，即告完工，验收合格后投运。
                   在改造过程中，一般不增大除氧头的直径，根据具体的实际情况将其高度作适当改变，一般只增高或按原高度焊接。

突出优势

旋膜（膜式）除氧器功能特点：
   旋膜式除氧器是一种新型热力除氧器，利用气体在水中的溶解性，通过加热蒸汽，将进入除氧器的补给水、凝结水（包括疏水）加热到与除氧器内部压力相对的饱和温度，根据亨利定律和道尔顿定律，溶解于水中的氧、二氧化碳等非冷凝气体自水中析出，使水中的含氧量达到全乎规定的标准。 
                                   旋膜式除氧器与其它型式的热力除氧器，在性能上存在着根本不同，其区别在于旋膜式除氧器采作了由多个射流旋膜管（简称起膜管）组成的起膜器，作为汽、水热交换装置，起膜管所形成的水膜贮热系数很高，且具有随水负荷或雷诺Re变化，及随温差成正比的特性，热质交换充分，流通性好，并且起膜管的设计既考虑液态传热传质、又考虑了汽态传质，致使膜式除氧器具有良好的除氧特性。 

旋膜（膜式）除氧器结构特点
                      本公司设计制造的旋膜除氧器由除氧头和水箱两大部件组成，给水的加热和除氧主要在除氧头中完成，水箱作储水、缓冲之用。 
                                      除氧头由二级除氧组件组成： 
一级除氧组件由筒体、隔板、旋膜管、流通管和管组件焊接成为一体，分成水室、汽室、和水膜裙室。 
二级除氧组件由蓖组和填料两部分组成。 
                                       除氧水箱内装有配水管、再沸腾管、防旋板和各接管座。在除氧器上装有就地仪表、位计液和安全阀，满足现场调试、操作需要。 
                                       旋膜除氧器，带有卧式储水箱，采用双鞍座支撑。除氧头与水箱除氧倒裙式弧形连接方式。
我公司提供的除氧器具有以下特点
   除氧效果好
                 在较短时间内，除氧水中溶氧量可达到我国《火力发电厂水汽质量标准》的要求。
                       适应性强 
适应于入口水溶氧量高，入口水温低，压力变化大等情况下运行。 
   稳定性好 
当负荷突变时；瞬间补给水量突变时；当改用不同参数汽源时；当入口水温突降时；除氧水质仍能保持合格标准，且除氧器不会发生震动，给水入口不易出现汽化等情况。 
  节能效果好 
膜式除氧器的排汽量小于入口水量1‰，比同出力其它类型热力除氧器少1/2∽1/3，不需另加排污冷却器，简化了设备、降低了热耗。

除氧器改造: 
                                        我厂在整套供应新型水膜式除氧器的同时，还承接有关电厂对淋水盘式、喷雾填料式除氧器的改造，改造成新型水膜式除氧器是成功的，效果也是显著的。具体表现在: 
改造费用低，是更换除氧头造价的1/2左右。进度快，易加工和现场改造安装，220T/H以下出力的除氧器，一般一周之内即可完式，220T/H以上出力的除氧器，一般半个月内完工。 
                                                               
                                        从图可以看出，对原有的除氧器改造是十分方便的。即利用原除氧头的外壳封头部分，将原除氧头内的淋水盘式或喷雾填料式的部件全部拆除，保留下部进汽盘，然后在下部进汽盘的上方的一定位置加装液汽网和水篦子，然后环形压板进行密封固定，防止今后运行中水汽短路。 
再把封头与筒体的接口处解开后焊接装进起膜器，按提供的改造方案图连接管道口其它部件，即告完工，验收合格后投运。 
                                      在改造过程中，根据具体的实际情况将其高度作适当改变，一般不增大除氧头的直径，一般只增高或按原高度装焊。 

工作原理

旋膜式除氧器原理：
               新型旋膜改进型除氧器的传热，传质方式与已有的淋水盘式、旋膜式和雾化式不同，主要是将射流，旋转膜和县挂式泡佛三种传热方式缩化为一体的传热、传质方式，它具有很高的效率。新型旋射膜管具有很大的解析能力，并造成液膜没管壁强力旋转卷吸大量蒸汽，增强换热，传质功能，将相向泡沸改为悬挂式泡沸，提高各层中蒸汽流速高时泛点(飞溅)并能保持汽(气)体通道；将独立的三种传热、传质装置缩化为一体，在一个单元的部件内完成。由于它具有很高的效率和某些特殊的功能，突破了已有除氧器的技术性能。

旋膜式除氧器用途及型号：
CY-、CYG-系列新型旋射膜式除氧器（下简称除氧器）是用汽轮机抽汽将锅炉给水加热到对应除氧器工作压力下的饱和温度；除去溶解于给水中的氧及其它气体，防止和降低锅炉管道、省煤器和其它附属设备的腐蚀。
                 其型号由汉语拼音字母和除氧器的主要特性数据（处理水量T/H）二部分组成。
               例如：CYG-225T/H表示处理水量225T/H的高压旋射膜式除氧器。

旋膜式除氧器结构：
                 除氧器的结构型式主要由外壳、汽水分离器、新型旋射起膜器、淋水篦子、规整液汽网、水箱组成。
1、外壳：是由筒身和冲压椭圆形封头焊制成。
2、汽水分离器：该种装置取代了原老式除氧器内草帽锥式结构设计，使除氧器消除了排汽带水现象。
3、新型旋射起膜器：由水室、汽室、起膜管、凝结水接管、补充水管、疏水接管和一次进汽接管组成。新型旋射起膜器的旋射膜管内增加了水膜导向装置，即使低负荷运行时也能强力降膜，保持最佳的旋射膜裙。
               凝结水、化学补水、经起膜管呈螺旋状按一定的角度喷出，形成水膜裙，并与一次加热蒸汽接管引进的加热蒸汽和由水箱经液汽网，水篦子上升的二次加热蒸汽接触被加热到接近除氧器工作压力下的饱和温度（即低于饱和温度2-3℃）并进行粗除氧。一般经此起膜段可除去给水中含氧量的90-95%左右。

4、淋水篦子：是由数层交错排列的角形钢制件组成，经起膜段粗除氧的给水及由高加疏水在这里混合时行二次分配，呈均匀淋雨状落到装在其下的液汽网上。
5、规整填料液汽网：是由许多开状尺寸相同的单元组成的SW型网孔波纹填料，组成的一个圆筒体，该规整填料保持丝网波纹填料和孔板波纹填料的优点外，而且比表面积大，压降小，操作弹性大，分离效率高、能耗低，永远不脱落等特点。给水在这里与二次蒸汽充分接触，加热到饱和温度并时行深度除氧，低压大气式除氧器≤10PPb，高压除氧器≤5PPb。
6、水箱：除过氧的给水汇集到除氧头的下部容器的给水箱内，除氧水箱内装有最新科学设计的强力换热再沸腾装置，该装置具有强力换热，迅速提升水温，更深度除氧，减小水箱振动，降低噪音等优点，提高了设备的使用寿命，保证了设备运行的安全可靠性。

旋膜式除氧器安装、运行和检修：
1、 除氧器、水箱及附件的安装，应按MCY-MCYG型除氧器系统图及本说明书进行。
2、 除氧器和水箱焊接后，应进行水压试验，水压试验压力参数照有关规定。
3、 在正式投运前，应调整安全阀，当设备内压力达到规定值时，安全阀自动开启。
4、 调整压力自动调整器，除氧器压力保持在规定的范围内，水箱出水温度保持在规定的温度范围内。运行时除氧器压力如超过上述范围，应检查压力自动调整器是否发生故障。蝶阀正常水位±200mm即极限水位，高水位放水阀（电动闸阀）打开放水，水位降低时应自动关闭。运行时应经常检查电动水位调节系统动作是否灵活，补给水调节阀动作是否灵活。
5、 在运行时，应使给水在起膜段加热到接近除氧器运行压力下饱和温度（即低于饱和温度2-3℃）。
6、 调节排汽阀的开度，使排汽量达到每吨除氧水2-3kg左右。
7、 水箱水位表应定期冲洗，防止污染。
8、 除氧器运行时，应先开进水阀，后开加热蒸汽阀，停止时相反，先关进汽阀，后关进水阀。
9、 除氧器检查时，应将水箱内的水排出，并进行清理。
10、 除氧器长期停运时，应采取适当的防腐措施。

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造案例：
                       除氧器是热力发电厂的重要设备之一。它保证锅炉给水的品质，特别是溶氧量满足设备运行要求；但是由于种种原因，不少除氧器无法保证合格的除氧效果，致使系统腐蚀损害，严重影响设备寿命和安全运行，改造这些除氧器是当务之急。文中提出的除氧器内部改造方案，能够有效地解决给水溶氧超标问题并给电厂带来可喜的经济效益。 
国产100 MW及以上机组绝大多数配置喷雾填料式除氧器。这些除氧器，特别是100 MW、200 MW机组的除氧器，相当一部分已运行多年，弹簧喷嘴老化失效，内部元件锈蚀损坏；加之70年代前后生产的除氧器填料多采用Ω型填料，其传热传质性能特别是气体扩散性能均不如目前的新型不锈钢丝网材料，所以不少除氧器的除氧效果明显下降，有的严重超标，特别是在当前电网负荷需求减少，多数机组频繁运行于部分负荷或低负荷工况时，溶氧超标尤为严重。因此，针对这些电厂除氧器改造的迫切要求，推荐采用除氧器内部改造方案，即在除氧头壳体和水箱壳体满足设计强度要求时，仅对除氧头内部关键部件进行优化改造。实施内部改造方案的投资仅为更新设备费用的10%～20%，除氧效果完全能够满足运行要求，而且由于进汽装置、填料等部件采用了优化措施，其除氧效果、负荷适应性、热经济性等指标更具有吸引力。韶关电厂200 MW机组除氧器的改造成功地为同类设备改造提供了一条经济、简捷、有效的途径。 
1　改进型旋膜除氧器及除氧塔改造设备概述
                       韶关发电厂9号机系哈尔滨汽轮机厂生产的200 MW机组，配用哈尔滨锅炉厂生产的GWC-670型高压喷雾填料式除氧器；设计出力670 t/h，最大出力700 t/h，额定运行压力/温度为0.49 MPa/158 ℃。除氧器经多年运行后，改造前存在的主要问题是：(1)给水含氧量严重超标且不稳定，如1995年11月为1.8～128.6 μg/L，1996年9月为0.2～15.3 μg/L；(2)Ω型填料散失，运行中Ω型填料经常脱落到给水泵入口，影响安全运行；(3)雾化喷嘴弹簧失效且常脱落，失去调节功能。为此，韶关电厂决定对9号机组除氧器进行改造。热工研究院经过对众多改造方案的技术经济性论证后提出除氧头局部改造方案。
                       1997年7月在该机组大修期间对9号机除氧器完成了改造。从1997年8月除氧器投运至今，设备运行状况良好。为了考核、评价改造后除氧器的热力性能，由韶关发电厂和热工研究院共同组织人员，于1998年3月进行了性能试验。证明该除氧器改造设计合理，性能优良，达到了设计要求，能满足电厂对给水品质的要求，确保机组安全、稳定运行。 
2　改进型旋膜除氧器及除氧塔改造设计
改进型旋膜除氧器及除氧塔改造结构设计
                    除氧器壳体和外部连接管保持不变，仅对除氧器内部进行局部改造。(1)对喷淋效果欠佳的老式弹簧喷嘴进行调整、修复或选用新型弹簧喷嘴将其更换；(2)在进汽装置基本结构不变的情况下，对一次蒸汽进汽装置进行优化设计，确定最佳蒸汽通流面积；(3)拆除原除氧器的淋水盘结构，改为五层水篦子，使珠状传热变为膜状传热，增强传热效果和不凝结气体的扩散能力；(4)拆除原除氧器Ω型填料的上压料架，保持填料下托架不变，用不锈钢丝网填料块代替Ω型散填料。

修复、更换弹簧喷嘴
                       全面检查所有弹簧喷嘴，对严重损坏无法调整或修复的喷嘴进行更换；对没有更新的喷嘴要全部更换弹簧并调整使其与新喷嘴弹簧紧力相当，保证所有喷嘴雾化效果一致。
               弹簧喷嘴及弹簧选用同型号的新一代弹簧喷嘴和与之相匹配的弹簧。这样，现场施工方便、工作量小；同时也能保证弹簧喷嘴的整体雾化效果。

进汽装置优化设计
                     根据除氧器热平衡计算书可知，进入除氧器的4段抽汽量为29.89 t/h，而门杆漏汽、连续排污扩容器来汽和轴封漏汽总量为7.78 t/h，所以，这里仅对4段抽汽的进汽装置进行优化设计。为了尽可能地减小现场工作量，在不改变进汽管位置和基本结构的前提下，优化设计最佳的进汽通流面积，即在原进汽孔数量不变时优化进汽孔直径。(1)原设计进汽装置上共钻598个?12孔，在设计的额定工况、最大工况及目前运行的额定工况下是合适的。(2)电厂实际运行参数偏离制造厂性能计算书中给出的参数，例如，第4段抽汽压力仅0.8 MPa，而计算书中给出的除氧器进汽压力则为0.832 MPa，实际运行的进汽压力为0.72 MPa；所以设计参数与电厂实际运行工况之间存在较大误差。(3)9号机除氧器出水含氧量不稳定，这说明在额定工况附近除氧器工作基本正常，而偏离额定工况较大时，蒸汽加热不足，特别是在蒸汽参数偏低、高压加热器退出运行或凝结水温度低时较为明显。(4)考虑机组自然老化、高压加热器解列、凝结水温度偏低以及调峰运行等因素，进汽装置原598个Ф12孔宜改为598个Ф16孔。

　水篦子设计
                 水篦子设计为5层，采用10号槽钢100×48×5.3，其间隔为80 mm，均匀分布；每层高138 mm。
　填料选择
                      填料层设计高度150 mm，除氧头内填料体积1.474 m3，选用1Cr18Ni9Ti不锈钢丝网。将填料层分为16个独立的填料块，方便安装和维修；为缩短大修工期，填料块缠绕密度为130 kg/m3。填料块可向填料生产厂订做，另外还需要一些不锈钢丝网散料，用于特殊位置，如除氧头壳体内填料块没有涉及的圆弧部分等。填料下托架可用原Ω填料层托架，由于采用已包装的填料块，故无需填料上压板架。 
　改进型旋膜除氧器及除氧塔改造前性能试验
                      在9号机组除氧器实施改造前，于1997年3月13日对该除氧器的除氧效果进行了检查试验(见表1)。 
表1　　改进型旋膜除氧器及除氧塔改造前性能试验结果

　改进型旋膜除氧器及除氧塔改造后性能试验
                 　机组变负荷试验
                       该除氧器为定-滑压运行除氧器，在机组负荷变化时，除氧器运行工况也随机组第4段抽汽参数不同而变化，相应的除氧器除氧效果也不同。为考核除氧器不同负荷下的除氧效果，特别是在低负荷下的除氧效果，试验大纲要求试验应在200、180、150、120 MW工况下进行，但因电网负荷原因试验分别在135、150、160、170 MW负荷下完成(见表2)。

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造表2　　变负荷试验结果

　排气门开度试验
                      低压给水在除氧器中加热、喷淋，其中的不凝结气体，特别是氧气即不断析出，聚集在除氧器内；必须通过排气装置将这些气体排出达到除氧的目的。但是，排气装置在排出不凝结气体的同时也会排出一部分蒸汽，这必将增加机组的热损失。那么，确定合适的排汽门开度才能既充分排出不凝结气体又使排出蒸汽量最小，这是试验目的。试验排气门开主分别为2×1圈、2×1/2圈、2×1/4圈(GWC670型除氧器设计有对称布置的两个相同规格排气阀)，试验结果见表3。 
改进型旋膜除氧器及除氧塔改造表3　　排气门开度试验

　改进型旋膜除氧器及除氧塔改造结论
                       改造后的9号机组除氧器启动投运以来，通过性能试验和长期的运行考验，证明该除氧器达到了改造设计要求，能够在满足不同工况给水品质的前提下安全稳定运行。
5.1　改造后的除氧器除氧效果良好，在额定工况运行时除氧器出水含氧量可达到2～3 μg/L。
5.2　该除氧器负荷适应性能好，在60%～100%额定工况下运行时，除氧器出水含氧量均小于7 μg/L。
5.3　该除氧器改造设计采用了汽液网填料和水篦子相接合的深度除氧方式，其传热传质性能优良，尤其是不凝结气体的析出能力增强，所以除氧器改造后的排气门开度仅为改造前的1/2，排气损失明显减少，系统热经济性提高。
5.4　采用新型填料装置，避免了原来因Ω填料失散影响锅炉给水泵运行，提高了电厂运行安全性。
5.5　经济效益显著。除氧器内部改造费用仅为新设备的10%～20%，节省资金约20～100万元；改造后的除氧器因排气量减少，每年节标煤700余t折合金额约15万元；另外给水品质的改善延长了发电设备使用寿命，其经济效益尤为突出。

技术参数

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改进型旋膜除氧器及除氧塔改造定购须知 

1、定购整套新型旋膜式除氧器提供以下参数: 
                    :除氧器的出力.
                    :除氧器的高度,圆筒直径及壁厚.
                    :除氧器的各給水工作压力,給水温度.

2、对老式除氧设备进行技术改造时需提供如下数据: 
                    :现有除氧器的高度,圆筒直径及壁厚.
                    :现有除氧器的各給水工作压力,給水温度.
                  :现有除氧器的出力.

改进型旋膜除氧器及除氧塔改造型号：
                         CY-系列新型旋射膜式除氧器型号由汉语拼音字母和除氧器的主要特性数据（处理水量T/H）二部分组成。例如：CY-225T/H表示处理水量225T/H的高压旋膜式除氧器。

CYG-系列新型压力式除氧器