浅谈无头除氧器.docx
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浅谈无头除氧器
浅谈内置式除氧器设备
一、内置式除氧器的工作原理
基于物理除氧过程，除氧器的除氧分两步进行：
初级除氧阶段：
凝结水通过喷雾装置喷入蒸汽空间，预除氧70~80%；
深度除氧阶段：
在水箱中蒸汽与预除氧水充分接触完成最后除氧。
初级除氧是通过专利设计的喷雾装置而得以实现的，因为喷雾装置能确保在任何工况下都能将凝结水加热到饱和温度并拥有一个较大的传质面积。
由于氧气在饱和状态下的溶解度几乎为0，因此氧气能从凝结水滴中向周围蒸汽进行扩散。
当蒸汽冷凝为饱和水时，氧气聚集在喷嘴附近，从而可以通过排出少量的蒸汽来带走聚集在顶部的氧气。
水箱中的最后除氧是通过向水箱中喷入蒸汽得以实现的。
根据所使用热源（蒸汽、加压热水、汽/水混合物）的条件，可以选用一种（或多种）类型的蒸汽喷射管排。
由于很好地考虑了水箱中的流体动力特性，一个设计合理的蒸汽喷射管排能让水和蒸汽充分接触，并让溶解氧按照亨利定律从水中扩散到蒸汽中。
二、结构
除氧器由圆柱体筒身和两个封头组成的卧式容器。
采用二个鞍式支座，其中一个为滚轮式滑动支座，支座间距为9m。
筒体一端的上部布置在筒体的另一端，出水管上设置了不锈钢防旋及防止杂物的装置。
内件主要由置于水下的蒸汽排管装置、喷嘴雾化区设置的挡水圈及大、小挡水板等组成。
有二个共检修用的DN600人控装置。
为防止除氧器内部过压，配备了二支PN1.6;DN150的安全阀。
为防止水回流入蒸汽管，在蒸汽管上装备一个止回阀。
三、给水除氧器的贮存维护
除氧器停运一段时间后，除氧器需要保养，防止材料受损。
保养可通过在公共管道（给水、蒸汽、排污等）中装入盲板法兰、或在每一连接管中以至少两个截止阀锁闭，以充分隔离。
二个月保养
除氧器停运之前，其给水PH值至少要保持在7以上。
此外，亚硫酸钠加药量至少为每立方水300克。
在确认所有溢水、排污和水位表阀门正常工作之后，除氧器以高水位退出运行。
一旦压力充分下降，即可向除氧器泵水（最好使用使用除氧水），使整个除氧器充满。
定期检查水中是否具有足够的碱度。
二个月以上的保养
除氧器退出运行，压力充分下降后，将水排尽，然后打开人孔盖。
整个除氧器彻底清污并除去可能的锈蚀。
检查安全阀、截止阀等，必要时涂上无酸油脂。
如果除氧器布置在干燥的锅炉房内，可移开人孔盖，以便通风使除氧器保持干燥。
如果不确定，或者除氧器露天布置，在储水空间要用硅胶，用量为每立方米除氧器容量0.03公斤即可。
在这种情况下，人孔盖必须盖上并紧固。
注：
如果用硅胶或其它化学产品保养，进入除氧器前要先通风一段时间。
采用干式保养较好。
但没有哪种方法可以提供完全保护的。
所以，有必要时常检查除氧器是否保持干燥和无锈蚀形成。
二、内置式除氧器的突出特点
1、设备整机价格低于常规有头除氧器（300MW及以上机组）；
2、节省土建费用：
除氧间高度降低了3—4米；
3、排汽损失低：
300MW约70kg/h,600MW约140kg/h,每台机组每年可节省运行费用几十万元；
4、负荷变化范围在10%—110%之间时，均能保证出水含氧量小于5ppb；
5、单容器结构，系统设计简单优化，避免应力裂纹，抗震性能优越；重量较轻，低振动；
6、Stork喷嘴，无转动部件，免维护，性能高度可靠；
7、直径及接口设计灵活，便于运输和安装布置。
三、内置式除氧器与常规有头式除氧器
1、与常规有头式除氧器基本结构和基本数据的比较
序号
比较类别
内置式除氧器
常规有头式除氧器
1
除氧形式
喷雾型
喷雾淋水盘或其他型式
2
除氧原理
在水箱中完成两步除氧：
（1）初级除氧阶段：
凝结水通过Stork公司的原装喷嘴进行充分雾化，进行初步除氧；
（2）深度除氧阶段：
蒸汽从液面下的蒸汽分配管喷出，完成最终除氧。
在除氧头中完成两步除氧：
（1）初级除氧阶段：
通过喷嘴雾化，去除大部分氧气。
（2）深度除氧阶段：
凝结水一层层交错向下流动，蒸汽从下部进入淋水箱。
3
结构
单容器结构，
除氧喷嘴内置于水箱内
双容器机构
除氧头+水箱
4
材料
喷嘴及鼓泡管采用不锈钢材料，壳体采用碳钢
除氧头采用不锈钢复合板，水箱采用碳钢
5
净重量
（有效容积假定300MW为150m3；600MW为235m3）
总重量：
300MW机组单台约80吨；
600MW机组单台约120吨。
水箱+除氧头，总重量：
300MW机组单台约90吨；
600MW机组单台约140吨。
6
喷嘴型式及容量
（1）盘式恒速喷雾喷嘴—Stork公司原装进口；
（2）300MW机组配一个1200t/h喷嘴；600MW机组配两个1200t/h喷嘴
（1）弹簧喷嘴；
（2）配多个小流量喷嘴，单喷嘴最大流量25吨/小时。
7
最大容量
可高达6000吨/小时（1300MW机组）
2400吨/小时
（600MW机组）
8
寿命比较
由于没有了除氧头，从而避免了水箱上部大的集中载荷，筒体应力大大减小，降低了产生应力裂纹的可能性，从而保证除氧器设备使用寿命达到并超过30年。
由于有除氧头，水箱上部有比较大的集中载荷，筒体应力大大增加，在运行中将大量产生应力裂纹，从而降低除氧器设备使用寿命。
2、与常规有头式除氧器机组安装布置的比较
序号
比较类别
内置式除氧器
常规有头式除氧器
1
检修维护平台
只需沿水箱布置一个平台
至少需要两个平台
2
管路系统
最少的管路系统
除氧头和水箱之间，
需要接平衡管，管路较长。
3
保温材料
需用较少
相对较多
4
安装
简单容易
相对较复杂
5
是否需要排汽凝汽器
由于除氧时被带走的蒸汽量很小，不需要排汽凝汽器。
由于除氧时被带走的蒸汽量很大，需要安装排汽凝汽器进行再回收利用或防止冬天结冰。
6
总高度
300MW机组约4—5米；
600MW机组约5—6米。
（总高度降低了3—4米）
300MW机组约7—8米；
600MW机组约8—9米。
7
抗震性能
由于单容器结构，因此显然具有极佳的抗震能力。
由于除氧头焊接在水箱的上部，总体高度较高，并且在除氧头和水箱之间存在应力，因此抗震效果相对较差。
8
基础荷载
由于重量较轻，对基础的荷载较小，300MW机组两支座，600MW机组三支座。
相对较重，基础荷载较大。
9
外形尺寸
（有效容积假定300MW为150m3；600MW为235m3）
300MW机组：
—约￠3.8/4.0×20/21米
600MW机组：
—约￠3.8×29米
—或其他直径及对应长度
除氧器直径完全根据用户要求和具体的运输条件灵活设计。
300MW机组：
—除氧头：
￠2.5×8.6米
—水箱：
￠3.5×19.4米
600MW机组：
—除氧头：
￠2.5×15米
—水箱：
￠3.86×26米
10
有效容积
百分比
有效容积占总容积的70—72%。
（由于将除氧头和水箱合二为一，因此总体积大于常规形式除氧器的水箱，但远远小于常规形式除氧器的除氧头和水箱的总体积之和）。
有效容积占总容积的75—80%。
11
系统复杂性
系统设计简单，符合最小最优化原则，已成为国内和国际市场受欢迎的主流产品。
系统相对复杂。
3、与常规有头式除氧器机组运行及性能比较
序号
比较类别
内置式除氧器
常规有头式除氧器
1
运行压力范围
1、0.02—2MPa；
2、适合于真空、大气、过压运行；定滑压运行。
0.049—0.83MPa或0.147—1.202MPa
2
除氧介质
可选择：
（1）过热蒸汽；
（2）饱和蒸汽；
（3）湿蒸汽（90%）；
（4）蒸汽/水混合物
（1%蒸汽）；
（5）热水。
可使用单一介质，也可混合使用，取决于用户选择。
主要使用汽机低压抽汽。
3
被除氧水种类及除氧器进口温度要求
（1）凝结水/给水；
（2）补充水/化学除盐水。
能够将较低温度的给水加热到除氧器饱和温度。
（1）凝结水/给水；
（2）补充水/化学除盐水。
在将低温给水加热到除氧器饱和温度时会遇到一些困难。
4
负荷变化范围
在10%—110%范围内，均保证出水含氧值小于5ppb。
（即最低负荷可达10%）
在35%—105%范围内出水含氧值≤7ppb。
5
排汽损失（排除氧气时的蒸汽损失）
300MW平均70千克/小时；
600MW平均140千克/小时。
300MW平均1000千克/小时；
600MW平均2000千克/小时。
6
水箱加热
水箱加热由标准的蒸汽分配管完成，即在除氧过程中保持水箱加热，不需额外的水箱加热装置。
需额外的水箱加热装置。
7
正常运行
时的噪音
不超过63.5dB（A）。
符合国内工业标准
85dB（A）。
8
机组运行
时的振动
当除氧器入口蒸汽在15m/s—80m/s时，除氧器几乎没有振动或振动很小。
（低振动是内置式内置式除氧器显著的优点）
有些设计，振动较大。
9
出水含氧量
性能保证值≤5ppb，
正常运行时2ppb左右。
（国电石嘴山电厂2×300MW机组，正常运行时≤2ppb；内蒙准格尔电厂2×300MW机组，正常运行时只有1.5ppb）。
5ppb~7ppb
10
压力差
在蒸汽区域没有压力差
在高负荷情况下，
水箱和除氧头存在压力差。
11
压力升高
的影响
随着压力升高，水仍能保持饱和状态。
随着压力升高，水可能出现过冷状态。
12
启动再循环
不需要启动再循环泵。
需要启动再循环泵。
4、与常规有头式除氧器机组可靠性比较
序号
比较类别
内置式除氧器
常规有头式除氧器
1
关键部件—
喷嘴的可靠性
除氧器喷嘴是Stork公司的专利设计，无转动部件，免维护，并具有自身过滤功能，以防堵塞，高度可靠。
除氧头内部存在转动部件，使机组故障率提高。
2
应力集中
由于单容器结构取消了除氧头，避免了水箱与除氧头处的应力裂纹。
除氧头和水箱之间采用焊接连接，因此不可避免的存在着应力裂纹。
3
热疲劳寿命
加热蒸汽从水下送入，使除氧器整体工作温度水平降低，金属热疲劳寿命大大提高。
加热蒸汽直接与筒体接触，除氧器整体工作温度高，金属热疲劳寿命较短。
4
低负荷/或
过负荷运行
10%—110%的运行范围，保证机组在恶劣工况下可靠运行。
在低于30%负荷的恶劣工况下，难以保证出口含氧量。
5
使用寿命
大于30年
不超过20年
5、与常规有头式除氧器节省投资和运行成本的比较
序号
比较类别
内置式除氧器
常规有头式除氧器
1
整机价格
对300MW或600MW机组，整机价格低于常规有头式除氧器市场平均价格的5%—10%。
2
土建投资
除氧间土建高度降低了3—4米，土建费用可相应节省几十万至上百万元。
由于除氧头的存在，土建高度较高，土建费用较多。
3
运行费用
排汽损失
300MW平均70千克/小时；
600MW平均140千克/小时。
300MW平均1000千克/小时；
600MW平均2000千克/小时。
每年每台机组蒸汽损失
（假设蒸汽费用为：
每公斤0.08元）
300MW：
70千克/小时×24小时×360天×0.08元=RMB48,384元
600MW：
=RMB96,768元
（假设蒸汽费用为：
每公斤0.08元）
300MW：
1000千克/小时×24小时×360天×0.08元=RMB691,200元
600MW：
=RMB1,382,400元
每年每台机组节省费用
300MW：
RMB691,200元—RMB48,384元
节省运行费用：
RMB642,816元
600MW：
RMB元1,382,400—RMB96,768元
节省运行费用：
RMB1,285,632元
30年节省费用
30年每台机组可节省接近1900—3800万元RMB
4
其他节省
检修维护平台
只需一个平台
需要两个平台
保温材料
由于单容器结构，所需保温材料较少。
需用较多保温材料。
管路
管路简单
管路相对较长较复杂。
四、与其他多喷嘴内置式除氧器的比较报告
a、除氧原理及结构的比较
施托克－内置式除氧器
其他多喷嘴型内置式除氧器
1
除氧原理不同
分两步除氧：
（1）首先通过喷嘴初步除氧70~80%；
（2）蒸汽从水面下的鼓泡管喷入水中，完成最终除氧；
（1）喷嘴的除氧效果很弱，水
喷出后向下流动，蒸汽向上流动，通过位于水面上的多层淋水盘来除氧，水面下无鼓泡管；
（2）相当于：
取消了常规除氧
头，但是把除氧头内原有内件藏在水箱上部，仍然是淋水盘式除氧，在原理和性能上没有变化，只是改变了外形。
因此，有头除氧器通过淋水盘除氧方式的缺点，它也一样存在；
2
内部结构不同
－600MW机组只需2个1200T/H型喷嘴；
―1000MW机组只需2～4个喷嘴；
－内部部件较少，水、汽管路连接简单；
－600MW机组需要多达14个弹簧型喷嘴，1000MW机组多达近30个喷嘴；
－把淋水盘放置于水面以上，内部部件较多；通过给水母管来连接14个以上喷嘴，很显然水、汽管路连接非常复杂；
3
喷嘴结构不同
－使用施托克大容量的专利喷嘴；
－喷嘴属于碟型弹性喷嘴，靠水压自动调节，内部无位移部件，故障率低，很少维护；
－喷嘴内部共有九层，水喷出后形成九层水膜，充分保证水、汽之间的热交换而达到高效除氧；
－可靠性得到了几十年的运行经验所证明，保证寿命至少30年；
－使用普通的小容量喷嘴；
－喷嘴内部靠弹簧伸缩位移调节，一旦一个喷嘴失效（如弹簧卡死的情况），除氧器将不能正常工作，因此故障率较高。
－喷嘴的喷水只有一层，水汽间的热交换效率低，只能除掉少部分氧气，主要依靠淋水盘来除氧。
－弹簧喷嘴，很难保证30年的使用寿命。
4
尺寸
不同
－600MW：
3.8米直径×30米长；
－1000MW核电：
4.5米×50米长
在同样出力和直径的情况下：
－600MW：
比施托克长3～4米；
－1000MW核电：
比施托克长
5～7米
因此不仅浪费了空间，而且限制了运输
5
正常
水位线
较高
由于将喷嘴和淋水盘置于水面以上，因此水面上部空间较大，正常水位线较低。
6
安装
布置
喷嘴少，接口简便
喷嘴太多，管线连接复杂
b、运行、性能及安全性比较
施托克－内置式除氧器
其他多喷嘴型内置式除氧器
1
温度场分布
过热蒸汽从水面下送入，使蒸汽迅速减温，除氧器的工作温度为水箱内运行压力下蒸汽的饱和温度，保持水箱内的温度场分布均匀。
由于过热蒸汽直接送入除氧器的上部空间，造成了水箱内上部和下部的很大温差。
较高的加热蒸汽温度恶化了除氧器工作条件，对筒体的材料也会造成较大的内部应力。
2
在汽机旁路工况下
保持一个蒸汽连通空间，无压力差，仍能保持高效而安全地除氧。
在旁路工况下，除氧器的运行存在较大的安全隐患：
（1）由于内置淋水盘，在旁路
工况下，将造成两个分开的不同压力的蒸汽空间，从而引起压差，所造成的压差能够损坏除氧器的内件。
（2）由于通过一根长的母管给各个喷嘴供水，在旁路工况下，当水箱处于热态，而给水温度突然降低时，将会产生巨大的应力作用在喷嘴的接口位置（因为没有办法来消除由此引起的热膨胀差）
3
工作
范围
施托克除氧器能够在10～110％负荷之间正常运行。
与有头除氧器一样，在低负荷情况下，很难正常工作
4
排汽
损失
由于采用了施托克专利的高效雾化喷嘴以及整体设计，其排汽损失为：
－600MW机组最大140千克/小时；
－1000MW核电机组最大280千克/小时
（只相当于其他型式除氧器的1/4左右，大幅节省运行费用）；
由于在除氧原理上与常规的淋水盘式有头除氧器没有区别，因此其排汽损失为：
－600MW机组约600千克/小时；
－1000MW核电机组约1000千克/小时；
5
启动
速度
由于在除氧器内部专门设有的一套除氧器工作用加热装置（鼓泡管）用于启动，冷启动时间为2～4个小时；
启动与有头除氧器没有区别，时间较长；
6
振动和噪音
虽然蒸汽从水面下通过鼓泡管送入，只要保证蒸汽流速在15～80m/s之间，除氧器无振动，噪音很小，已被多台国内运行的除氧器所证明；
由于水箱内温度场分布不均以及内件过多，在启动或旁路运行时，可能会造成振动；
7
筒体强度与应力
施托克的整体设计保证筒体具有较高的强度和较小的应力；
（1）水箱内上、下部存在较大的温差，筒体材料会出现较大应力，易使除氧器变形。
（2）由于喷嘴太多，相应地筒壁也开孔较多，降低了筒体的强度。
8
日常
维护
施托克喷嘴由于内部无位移部件，日常不需要维护，只在大修期间检查滤网看是否需要清洗。
（1）弹簧式喷嘴位移部件较多；
（2）由于将除氧头藏于水箱内，造成水箱内件较多，维修起来很不方便。
9
技术服务和备件
－无论是售前还是售后服务，都能够得到施托克公司及其合作伙伴的强力而快速的双重支持。
－在北京常备有各个型号的喷嘴。
c、运行业绩、运行效果和技术成熟度的比较
施托克－内置式除氧器
其他多喷嘴型
内置式除氧器
1
技术成熟度
施托克公司具有80多年的内置式除氧器设计经验，具有很深的技术积淀；
由于业绩不多，设计经验相对较少；
2
世界范围内
业绩
几千台除氧器在世界范围内成功而可靠地运行，尤其是大容量机组；
有少量的小功率机组在运行，但对于600MW及以上的机组的运行业绩，目前我们还没有听说；
3
中国运行业绩
超过30台300/600/1000MW机组在成动地运行，订货业绩已经达到了200多台；
只有3～4个项目有订货业绩，在中国没有运行业绩；
4
运行
效果
－大亚湾和岭澳核电站运行多年来，运行可靠。
－华润常熟电厂（3×600MW超临界机组）投运几个月来，出口含氧量只有1～2ppb，运行稳定，排汽损失和噪音较小。
由于在国内无机组运行，因此无法知晓。
d、经济性的比较
施托克－内置式除氧器
其他多喷嘴型
内置式除氧器
1
整机
价格
与常规有头除氧器相似
不同项目，情况不同
2
运行
费用
由于排汽损失低，与其他形式除氧器相比，每年给电厂节省至少几十万元的运行费用；
与常规有头除氧器相同
土建
投资
由于长度相对较短，节省空间。
长度比施托克除氧器多出几米，相对占空间加大。
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