第五章給水除氧和發電廠的輔助汽水系統

除氧器是特殊的混合式回熱加熱器，兼有除氧，匯集各項汽水流量的作用，并與給水泵的安全運行有密切關系。本章圍繞除氧器講述與之有關的內容，先講火電廠的工質損失及其補充，再講鍋爐連續排污利用系統和化學除氧。最后兩節重點討論熱除氧機理及其原則性熱力系統和除氧器的安全運行。第五章給水除氧和發電廠的輔助汽水系統第二節鍋爐連續排污利用系統第四節熱除氧器及其原則性熱力系統第五節除氧器的運行第三節化學除氧第一節發電廠的汽水損失及補充本章提要第一節火電廠的汽水損失及補充

一、汽水工質損失

（一）汽水工質損失類型1.內部損失：（1）工藝上要求的正常性汽水工質損失熱力設備及其管道的暖管疏放水，加熱重油、各種汽動設備(汽動給水泵、汽動油泵、汽動抽氣器等)的用汽，蒸汽吹灰用汽、汽包爐的連續排污水、汽封用汽、汽水取樣、設備檢修時的排放水等，（2）偶然性非工藝要求的汽水損失通常講的熱力設備或管道的跑冒滴漏。2.外部損失熱電廠對外供熱設備及其管道的工質損失，它與熱負荷性質(如熱水負荷就完全不能回收)、供熱方式(直接或間接供汽、開式或閉式水網)以及回水質量(如是否含油、是否被制藥的熱用戶細菌污染等)有關，變化范圍很大，甚至完全不能回收，回水率為零。（二）減少工質損失的技術措施

1.火電廠汽水損失影響既是工質損失，又有熱量損失，不僅影響電廠的經濟性，有的還危及設備安全運行和使用壽命。

2.采取的技術措施

①選擇合理的熱力系統及汽水回收方式；盡量回收工質并利用其熱量，如軸封冷卻器、汽封自密封系統，鍋爐連續排污水的回收與利用；

②改進工藝過程，如蒸汽吹灰改為壓縮空氣、爐水吹灰，鍋爐、汽輪機和除氧器由額定參數啟動改為滑參數啟動或滑壓運行；

③提高安裝檢修質量，如用焊接取代法蘭連接等等。除了上述硬件改進，另外不可忽視的是軟件方面改善，如運行技術管理、維修運行人員素質的提高和相應的監督機制，考核管理辦法的完善等。二、水汽質量標準鍋爐補給水、鍋爐給水、爐水、蒸汽、汽輪機凝結水、疏水、生產返回水、熱網補給水、冷卻水以及水冷發電機冷卻水(不允許導電)等標準。三、控制指標1.給水含氧控制指標

為確保熱力設備安全經濟運行，我國“法規”規定，給水含氧控制指標為：工作壓力為5.88MPa(60ata)及以下鍋爐，給水含氧應小于或等于15

g/l；工作壓力為5.98MPa(61ata)及以上鍋爐，給水含氧應小于或等于7

g/l；對亞臨界和超臨界的直流鍋爐，由于無排污、蒸汽溶鹽能力強等原因，給水要求徹底2.PH控制指標

水的pH值在9.2~9.6范圍內的抗腐效果最佳，但對凝汽器和低壓加熱器采用銅管的系統，pH過高反會加劇腐蝕，故對采用銅管系統的水的pH值，一般控制在8.8~9.2之間。第二節鍋爐連續排污利用系統

一、鍋爐的汽水品質鍋爐汽水品質，是指飽和蒸汽、過熱蒸汽、鍋爐給水和爐水。

蒸汽帶出鹽類和硅酸鹽等越多，其品質越低，并可分為兩類攜帶：①蒸汽帶了含鹽濃度大的爐水水滴，稱為水滴攜帶；

②蒸汽直接溶解某些鹽類，稱為溶解攜帶；而且其溶解度隨蒸汽壓力增高而升高，尤以硅酸鹽最為顯著。鍋爐蒸汽質量標準爐型壓力，MPa含鹽量，以含鈉量表示，

g/kg二氧化硅

g/kg汽包爐3.8~5.8≤15≤205.9~18.3≤10≤20直流爐18.4~25≤5≤15

二、廢熱及工質的回收利用火電廠鍋爐的連續排污水，汽輪機的門桿與軸封漏汽，以及發電機的冷卻水、廠用蒸汽、疏放水等，就其工藝本身而言，均屬“廢汽、廢水”。為提高發電廠的經濟性，通常設法利用其熱量或再回收其部分工質。（一）汽包爐連續排污擴容系統的熱經濟性分析汽包鍋爐單級連續排污利用系統

汽包內鹽段爐水濃度高的爐水表面處連續排污管連續排污擴容器（擴容降壓蒸發出部分工質）熱力系統除氧器（回收工質利用其熱量）（擴容蒸發后剩余的排污水）排污冷卻器（用以加熱從化學車間來的軟化水排入地溝根據擴容器的物質平衡、熱平衡式、排污冷卻器的熱平衡式。三個方程式求解三個未知量：擴容蒸汽量Df、未擴容的排污水量，排污冷卻器出口的補充水比焓。擴容器的物質平衡式（5－1）

擴容器的熱平衡式（5－2）

排污冷卻器的熱平衡式

將式（5－1）代入式（5－2）得工質回收率：鍋爐排污率：新“設規”規定，凝氣式發電廠鍋爐正常排污率不宜超過1%，供熱式熱電廠鍋爐正常排污率不宜超過2%。 （二）汽輪機汽封系統用汽的回收和利用汽輪機的汽封系統用汽和漏汽有：主汽門和調速汽門的門桿漏汽，再熱式機組中壓聯合汽門的門桿漏汽，高、中、低壓缸的前后軸封漏汽和軸封用汽等。

（三）火電廠工質回收和“廢熱”利用的原則1.發電廠工質回收的同時，總有熱量的回收利用，不僅考慮工質回收的數量多寡，還要考慮其能位貶值的高低。要盡可能減少回收利用熱量時的能位貶值。例如軸封漏汽、汽輪機門桿漏汽，應視其壓力高低，盡可能分別引至壓力與其相近的回熱加熱器，使因之引起的排擠回熱抽汽導致額外冷源熱損失增加盡可能地小，即降低盡可能小。2.工質回收及“廢熱”利用的熱經濟性，不反映在機組的熱經濟指標上，而是體現在全廠的熱經濟指標上。3.工質回收及“廢熱”利用，引入回熱系統時，影響每千克工質做功量wi

的變化，并應注意回收熱量的質量影響，能位高的，單位熱量增加的功較多，能位低的，單位熱量增加的功較少。4.實際工質回收和廢熱利用系統，不僅要考慮熱經濟性，還要考慮投資、運行費用等的影響，應通過技術經濟比較來確定。三、加熱用廠用蒸汽系統

加熱用的廠用蒸汽通常有：加熱重油、空氣(暖風器)、煙氣(濕式煙氣脫硫裝置的煙氣再熱器)和廠內采暖加熱器等。第三節化學除氧

給水中溶解氧的影響：

1.腐蝕熱力設備及其管道；

2.造成傳熱惡化，降低機組的熱經濟性；

3.通過汽輪機通流部分，會在葉片上沉積，不僅降低汽輪機的出力，還會使軸向推力增加，危及機組安全運行。一、給水除氧方法：

1.化學除氧

2.物理(熱力)除氧常用的化學除氧方法有：1.亞硫酸鈉Na2SO3處理

優點：Na2SO3易溶于水，無毒價廉，裝置簡單缺點：Na2SO3與SO2化合成Na2SO4會增加給水含鹽量，在溫度大于280℃后會分解成H2S和SO2等有害氣體；適用：用于中壓(6.18MPa)以下的鍋爐，不能用于高壓以上的電站鍋爐。2.聯胺N2H4處理優點：N2H4除氧，生成N2和H2O，不會增加水中含鹽量，且有鈍化鋼銅表面；缺點：N2H4有毒、有揮發性、易燃燒，在保管、運輸和使用時應遵守有關安全規定。N2H4還被懷疑為是致癌物質，使用時要有相應安全措施；適用：廣泛用于高壓及以上鍋爐，也用于直流鍋爐。3.加氧處理(中性水處理NWT)優點：使金屬表面形成穩定氧化膜，促進鋼表面進入鈍化區，達到防腐效果；缺點：對給水水質要求很嚴，中性純水的緩沖性低；適用：已在國外各類直流鍋爐、空冷機組和核電機組上應用。4.加氧加氨聯合水處理CWT

二、凝結水的化學處理火電廠的凝結水包括汽輪機的主凝結水、各種疏水、補入凝汽器的軟化水，熱電廠還有生產返回水。凝結水是鍋爐給水的主要組成部分，其質量關系鍋爐給水的質量。影響凝結水質量的主要因素：

①因凝汽器泄漏混入的冷卻水中的雜質，這項影響最大；

②補入軟化水帶入的懸浮物和溶解鹽；

③機組啟停及負荷變動，導致給水、凝結水溶解氧升高，使熱力系統中腐蝕物增加。凝結水精處理裝置有兩種連接方式：

①低壓系統，即除鹽裝置DE位于凝結水泵與凝結水升壓泵之間，我國采用者多，在設備條件具備時，宜采用與凝結水泵同軸的凝結水升壓泵。低壓系統常因兩級凝結水泵不同步及壓縮空氣閥門不嚴，導致空氣漏入凝結水精處理系統，使凝結水中溶解氧含量大增。

②中壓系統，無凝結水升壓泵而直接串聯在中壓凝結水泵出口，中壓系統設備少、閥門少、凝結水管道短，簡化了系統，便于操作，幾乎無空氣漏入凝結水系統，運行中未發生過問題。第四節熱除氧器及其原則性熱力系統除氧器作用：

1.以回熱抽汽來加熱除去鍋爐給水中溶解氣體的混合式加熱器，它既是回熱系統的一級，

2.又用以匯集主凝結水、補充水、疏水、生產返回水、鍋爐連排擴容蒸汽、汽輪機門桿漏汽等各項汽水流量成為鍋爐給水，

3.并要保證給水品質和給水泵的安全運行，是影響火電廠安全經濟運行的一個重要熱力輔助設備。一、熱除氧的機理

（一）分壓定律(道爾頓定律)

混合氣體全壓力p0等于其組成各氣體分壓力之和，即除氧器內水面上混合氣體全壓力P0，應等于溶解水中各氣體(N2、O2、CO2水蒸汽等)分壓力、之和：

（二）亨利定律氣體在水中的溶解度，與該氣體在水面上的分壓力成正比。即單位體積水中溶解某氣體量b與水面上該氣體的分壓力Pb

成正比，其表達式為：

式中p0–––混合氣體全壓力，MPa，kd

–––該氣體的重量溶解度系數，mg/L它與氣體種類，水面上該氣體分壓力和水的溫度有關。圖5-2氣體在水中的溶解量與水溫的關系曲線(a)水中O2的溶解度；(b)水中CO2的溶解度（三）傳熱方程創造能將水迅速加熱到除氧器工作壓力下飽和溫度的條件，傳熱方程為：式中Qd

—除氧器傳熱量，kJ/h；Kh—傳熱系數，kJ/(m2﹒℃﹒h)；A—汽水接觸的傳熱面積，m2；Δt—傳熱溫差，℃。須強調指出的是必須將水加熱到除氧器壓力下的飽和溫度。（四）傳質方程創造氣體離析出水面有足夠的動力(

p)，傳質方程為：

式中G—離析氣體量，mg/h；Km—傳質系數，mg/(m2

MPa

h)；A—傳質面積(即傳熱面積)m2，

P—不平衡壓差(即平衡壓力與實際分壓力之差)，MPa。圖5-3水中溶解氧量與水溫加熱不足的關系曲線綜合以上四個公式可得到以下結論：定壓下一般氣體(O2、CO2、空氣等)在水中的溶解量與水溫成反比；根據傳熱方程，必須嚴格控制將水溫加熱至該壓力下的飽和溫度，這是熱除氧的必要條件；根據傳質方程，要有足夠的不平衡壓差

p，這是熱除氧的充分條件。除氧初期靠不平衡壓差

p，除氧后期須靠加大汽水接觸面（形成水膜，水膜的表面張力小）或水紊流的擴散作用，使氣體從水中離析出來。

二、熱除氧器的構造（一）對熱除氧器構造的要求根據熱除氧的機理，對熱除氧器構造的要求為：

1.為滿足傳熱要求，需有足夠的汽水接觸面積，水應在除氧器內均勻噴散成霧狀水滴或細小水柱，將水加熱至除氧器工作壓力下的飽和溫度，差幾分之一度也不行，故定壓除氧器要裝壓力自動調節器。

2.為滿足傳質要求，初期水應噴成水滴，后期要形成水膜，而且汽水應逆向流動，以保證有最大可能的

p。

3.要有足夠空間，使汽水接觸時間充分。據試驗在0.1MPa壓力下，其它條件一定時，汽水接觸時間分別為10、20、30min時，水中溶氧量分別達0.056、0.017、0.006mg/l。為符合允許的給水含氧量，可見應有20~30min的持續時間，即除氧塔要有足夠大的空間。

4.應及時將離析的氣體排除，以減少水面上該氣體分壓力，否則，要發生“返氧”現象，故應設有排氣口并有足夠余氣量。可通過除氧器的化學試驗來確定排氣口開度。5.

貯水箱設再沸騰管，以免水箱的水溫因散熱降溫低于除氧器壓力下的飽和溫度，產生返氧。另外，除氧器、貯水箱還要滿足強度、剛度、防腐等要求，并在除氧器和貯水箱上部裝有彈簧安全門，水箱上裝有水封等，是保護除氧器不會超壓損壞的措施，再配以相應管道及附件和測試表計等。（二）熱除氧器的類型

分類方法名

稱按工作壓力分1.真空式除氧器，pd<0.0588MPa2.大氣壓力式除氧器，pd=0.1177MPa3.高壓除氧器，pd>0.343MPa按除氧頭結構分1.淋水盤式2.噴霧式3.填料式4.噴霧填料式5.膜式6.無除氧頭式按除氧頭布置形式分1.立式除氧器2.臥式除氧器按運行方式分1.定壓除氧器2.滑壓除氧器

（三）典型熱除氧器結構特點

1.大氣壓力式、立式淋水盤除氧器大氣壓力式除氧器均為立式淋水盤式，如圖5-4所示。其結構主要特點：①設有5~8層環形、圓形淋水盤交錯布置，盤底鉆有直徑為5~8mm小孔，盤中水層高約100mm。由小孔落下表面積很大的細小水滴。②高壓加熱器組來的疏水，低壓加熱器組來的凝結水等由除氧頭上部各接口處引入(溫度低的水流在除氧頭最上部引入)；回熱加熱蒸汽從除氧頭的底部引入，汽水逆向流動、換熱，將水加熱到104℃，使其溶氧小于15

g/l（指大氣壓力式除氧器）。③頂部設有排汽口。圖5-4大氣壓力式立式淋水盤式除氧頭1—補充水管；2—凝結水管；3—疏水箱來疏水管；4—高壓加熱器來疏水管；5—進汽管；6—汽室；7—排氣管2.噴霧、淋水盤填料式臥式高壓降氧器主要特點：①除氧頭上部為噴霧除氧段，迅速將水加熱至工作壓力下的飽和溫度，完成初期除氧。②除氧頭下部為深度除氧段，完成深度除氧。③熱傳、除氧效果好，可使溶氧量為1~2μg/l，并能適應負荷變化。臥式除氧器可縱向布置多個排汽口，利于氣體及時逸出，以免“返氧”，惡化除氧效果。1441231569341387101110562982111圖5-5噴霧淋水盤填料式臥式高壓除氧器1—高壓疏水入口；2—噴嘴；3—排汽管；4—主要凝結水進水管；5—一次加熱蒸汽進口管；6—二次蒸汽進口管；7—淋水盤；8—填料層；9—弓形水室；10—汽平衡管；11—下水管；12—備用接口；13—支撐角鋼；14—疏水管；15—彈簧式安全閥

3.蒸汽噴射式、臥式高壓除氧器主凝結水、加熱蒸汽(正常工況是第四段回熱抽汽)從除氧頭的同一側引入，主凝水經上部的雙層淋水盤底部小孔落下，在下部蒸汽噴射管水平中心線處沿管長設有左右對稱的兩組噴汽孔，主凝結水經淋水盤從蒸汽管的兩邊流下，與蒸汽管上噴汽孔噴出的蒸汽相接觸，水被蒸汽霧化，除去大量氣體。蒸汽管兩側設有多層不銹鋼絲網，以增大水的比面積。圖5-7比利時蒸汽噴射式除氧塔結構示意圖蒸汽蒸汽除氧水圖5-8一體化除氧器

1.水箱；2.給水霧化裝置；3.主蒸汽加熱裝置；4.輔助加熱裝置；5.擋水板；6.隔板；7.除氧水出口；8.排氣口28341675給水(待除氧水）4.無除氧頭的除氧器（一體化除氧器）除氧過程分兩次進行1.初步除氧2.深度除氧三、除氧器原則性熱力系統及其計算面式回熱加熱器均由汽輪機制造廠隨主機配套供應，而除氧器及其給水箱多為鍋爐制造廠制造，由用戶或設計單位另行訂購或選擇。擬定除氧器原則性熱力系統時應考慮：除氧器的運行方式、相應給水泵組的配置及除氧器的系統連接。（一）除氧器的運行方式

1.定壓除氧

2.滑壓除氧兩種方式對比：

1.滑壓運行除氧器在滑壓范圍內的加熱蒸汽壓力、隨主機負荷而變動(滑壓)、無蒸汽節流損失。

2.定壓除氧器卻必須在進汽管上裝壓力調節閥，以維持除氧器工作壓力為某定值(定壓)，這就帶來壓力調節的蒸汽節流損失。在相當高的低負荷(如70%)時就必須切換到壓力更高的某級回熱抽汽壓力時尤甚，如圖5-9所示。所以定壓降氧器難以適應調峰，現在的電網情況是大機組也要承擔調峰。圖5-9除氧器不同運行方式的熱經濟性（二）小汽機的選擇

根據“設規”，我國是300、600MW汽輪機組才配置汽動給水泵(詳后)、涉及拖動給水泵的工業汽輪機(以下簡稱小汽機)的型式(凝汽式或背壓式)及其蒸汽源的選擇及其如何連入熱力系統幾個方面。圖5-10汽動泵的熱力系統連接方式(a)凝汽式小汽機；(b)背壓式小汽機小汽機的汽源：1.新蒸汽2.高壓缸抽汽3.冷再熱蒸汽4.熱再熱抽汽(中壓缸抽汽)小汽機的型式：1.純凝汽式2.純背壓式3.抽凝式4.抽背式幾種常用的是前兩種。

（三）除氧器的熱力計算及自生沸騰的防止1.除氧器的熱力計算

圖5-11所示為三號高壓加熱器H3與一臺除氧器(H4)的局部熱力系統。圖上標明有關汽水參數的符號。采用相對量計算。（1）物質平衡式為：

（2）熱平衡式為將上列物質平衡式改寫為代入式(5-9)，并整理為(5-10)：圖5-11三號高壓加熱器與除氧的局部熱力系統

該除氧器的抽汽系數寫成(5-10a)：

強調：（5－10a）是以進水焓hw5

為基準，式中右側均為已知值，可解。2.除氧器的自生沸騰現象及其防止辦法（1）自生沸騰現象：所求得的不僅不能為零乃至負值，而且還應為足夠大的正值，如

為零，表明無須抽汽加熱，其它各項汽水流量的熱量，已能將水加熱至除氧器工作壓力下的飽和溫度，這種情況稱為除氧器自生沸騰。（2）防止辦法

①可將一些輔助汽水流量如軸封漏汽、門桿漏汽或某些疏水改為引至其它較合適的加熱器；

②也可設高加疏水冷卻器，降低其焓值后再引入除氧器；

③還可提高除氧器的工作壓力來減少高壓加熱器的數目，使其疏水量、疏水比焓降低。注意：高參數以上的汽輪機組，必須配用高壓除氧器。（四）除氧器汽源的連接方式“設規”規定，再熱式機組的除氧器，應采用滑壓運行方式。國產300、600MW機組和改型200MW機組，均采用滑壓除氧器或定————滑————定運行方式。

(a)(b)(c)圖5-12除氧器汽源的連接方式(a)單獨連接定壓除氧器；(b)前置連接定壓除氧器；(c)滑壓除氧器1—切換閥；2—壓力調節閥；3—回轉隔板四、無除氧器的熱力系統（一）無除氧器熱力系統的提出采用無除氧器熱力系統的主要原因是：

①隨著機組蒸汽初參數的不斷提高，特別是采用超臨界參數后，蒸汽中各種雜質的溶解度增加，沉積在鍋爐受熱面中的雜質相對減少，而汽機通流部分的沉積物相對增加，以氧化銅最危險。銅主要來自凝汽器和面式低壓加熱器。前者可采用凝結水精處理裝置除掉，后者還無可靠辦法，若采用無銅管的混合式低壓加熱器，銅腐蝕即大為減少。

②由于采用中性水處理NWT有顯著防腐效果，加入氣態氧使金屬形成穩定氧化膜，為發展無除氧器熱力系統提供了條件。

無除氧器熱力系統是在中性水和加氧處理與混合式低壓加熱器的基礎上發展起來的。

SGCP1CP2(a)SG(b)SG1(c)SG2SG(d)圖5-13混合式低壓加熱器的連接方式(a)獨立一臺立式；(b)兩臺臥式重力連接；(c)兩臺立式串聯連接；(d)兩臺臥式重力連接后再串聯一臺立式

如圖5-13所示為四臺低加組采用混合式低壓加熱器的幾種連接方式。

（二）無除氧器熱力系統的優點

1.無除氧器熱力系統的經濟性好；

2.保證系統的安全可靠性；

3.給水箱熱惰性影響消除；

4.簡化系統，降低投資，節約基建、運行費用；

5.節省主廠房的三材耗費。（三）我國的無除氧器熱力系統無除氧器熱力系統在國外已經得到廣泛的應用，在我國也有成功運行的經驗，并且已經得到了關注。所以對機組進行無除氧器改造是節能改造研究中一項值得研究的內容。BHPCIPCLPCG凝結水貯水箱除鹽裝置DESG2H8SG1CP1CP2H7CP3H6H5H4HH1凝結水泵CP4小汽機凝汽器汽動給水泵H1H2水位調節器圖5-16超臨界機組無除氧器熱力系統第五節除氧器的運行一、滑壓除氧器的安全運行滑壓除氧器在汽輪機組額定工況下運行，與定壓除氧器基本相同，除氧器出口水溫與除氧器工作壓力下的飽和水溫度是一致的。但是，汽輪機組負荷驟變時，對除氧效果、給水泵的安全運行有截然不同的重大影響。滑壓除氧器及其給水泵連接方式電負荷變化對除氧效果的影響對給水泵汽蝕的影響電負荷驟降1.除氧器壓力隨電負荷驟然下降；2.水溫滯后變化；3.水箱內水閃蒸，改善除氧效果。1.除氧器壓力隨電負荷驟然下降；2.水溫滯后變化；3.水泵入口水溫，惡化汽蝕。電負荷驟升1.除氧器壓力隨電負荷驟升而提高；2.對應飽和水溫；3.已離析氧氣重返水中，惡化除氧效果。1.除氧器壓力隨電負驟升而提高；2.對應飽和水溫；3.水泵入口汽溫，，給水泵入口不會汽蝕汽輪機組負荷驟變對除氧效果，給水泵汽蝕的影響（一）電負荷驟降時給水泵不汽蝕的條件式給水泵的有效凈正吸水頭

和必需凈正吸水頭的

在穩壓工況下，與流量Q的關系如圖5-18(a)所示。圖5-18(a)給水泵的關系(b)吸入口壓降+流道壓降(a)HmQ,m3/hNPSHr+DNPSHNPSHaQ-H

MO-DNPSH穩定工作區汽蝕區NpdDpHdNPSPaNPSHrDNPSPHK泵吸入口葉輪入口壓力最低部分葉輪出口(b)給水泵不汽蝕的基本條件是泵入口的有效汽蝕余量

應大于必需的汽蝕余量，即

或防止給水泵汽蝕的有效富裕壓頭應大于零，即

式中：為定值為變量

（二）驟降電負荷給水泵汽蝕的H-τ圖分析圖5-19的縱座標為壓頭H,m；橫座標為時間τmin。按不同工況分析如下：圖5-19驟降電負荷給水泵汽蝕的H-τ圖（除氧器入口凝結水溫不變時）（二）滑壓除氧器防止給水泵汽蝕的技術措施

1.提高靜壓頭

Hd；

2.改善泵的結構、采用低轉速前置泵

3.降低下降管道的壓降

p；

4.縮短滯后時間；

5.減緩暫態過程滑壓除氧器壓力

Pd

下降。二