热力除氧器的技术经济分析 

        热力除氧器是近年来推出的一种新型除氧器。根据动力一车间喷雾填料式除氧器改为热力除氧器的实践，详细介绍了膜式除氧器的结构特点、热力特性和除氧效果。该热力除氧器投运后在节能降耗和提高水质等方面，取得了良好效果，经济效益高，具有推广价值。
       除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体，以保证给水的品质。它利用低压蒸汽将锅炉给水加热到除氧器对应工作压力下的饱和温度，除去热力系统给水中的溶解氧及其它气体，防止热力设备腐蚀。大庆炼化公司动力一车间将喷雾填料式除氧器改造为热力除氧器的实践证明，新型热力除氧器，具有运行稳定，除氧效率高，适应性能好，对水质、水温要求不苛刻等优点，值得推广。
1、热力除氧器内部结构及特点
1.1结构特点
       热力除氧器由除氧塔和水箱两部分组成。给水除氧和加热主要在除氧塔内完成。将除过氧的给水汇集到水箱内，除氧水箱装有强力换热再沸腾装置，可迅速提升水温，进行深度除氧，并兼有锅炉上水预加热和保证给水泵安全运行的辅助作用。
       在除氧塔内装有二级除氧组件：一级除氧组件起膜器是传热传质的主要部件，按设计参数选择数量和工艺结构布置。二级除氧组件用丝网波纹填料代替原除氧器中的填料（鲍尔环），这种填料能够均匀。在除氧水箱内装有蒸汽导管、配水管、沸腾管、防旋装置和接管。
图1旋膜除氧塔结构简图
       1-三级抽汽管2-蒸汽喷头3-门杆漏气管4-托板5-填料层6-高加疏水管7-淋水篦子8-水室下盖9-起膜器10-连通管11-水室上盖12-进水管13-挡水板14-排汽管
1.2改造前后结构对比
       1.2.1旋膜除氧塔内部结构见图1。
       1.2.2改造前后起膜装置比较
原除氧器喷淋起膜装置的起膜结构见图2，
       1-起膜弹簧2-喷嘴3-导向杆
改造后的热力除氧器起膜管结构见图3。
       1-斜切口2-起膜管
       从结构对比中可明显看出图2原起膜结构由多部分组成，且每部分结构相对独立，如任何部位出现松动或状态改变时，都会导致水膜裙厚度不均匀，严重影响除氧效果。当弹簧长时工作后弹性模量发生改变，导致水压力与弹簧拉力间的压差变大，水膜裙厚度变大，导致除氧效果下降；此外紧固螺栓的松动，也会对水膜裙的形成造成很大影响。图3新结构的起膜管上端有斜切口，以整体形式布置于起膜器上，由于不存在相对独立的部分，工作中较原结构要稳定得多，不但起膜稳定均匀，而且维护费用较低。
1.2.3两种填料层比较
       填料层的比表面积是热力除氧的重要参数，热交换面积越大，除氧效果越明显。原除氧器填料采用∮15的鲍尔环，自由堆放，其比表面积约为150m2/m3，改造后采用的填料为网波填料，波高7mm，其比表面积约为450m2/m3，因此，单位质量液滴在网波填料上形成的表面积是在鲍尔环填料上形成的表面积的三倍，可为热力除氧创造重要条件。
2、除氧方式
2.1热力过程分析
       热力除氧器是热力除氧的一种新的结构形式，其结构按两极除氧设计，一级由起膜器和三层格栅组成，二级由不锈钢丝网波纹填料构成。
       一级除氧装置是热力除氧器的关键装置，给水中的溶解氧大部分在此被去除。该装置由起膜器和三层格栅组成，起膜器是膜式除氧器的主要部件。起膜器上面钻有一定切向和下倾角的射流起膜孔，小孔水以6-8m／s的速度射入起膜管内，沿内壁形成连续激烈向下旋转流动的水膜，其厚度为1-1.3mm，水离开起膜管口呈旋转中空水膜裙，由于水膜裙很薄，裙的内外侧均与加热蒸汽接触，故加热面积大；又因水膜裙表面张力小，不凝结的气体易于逸出，所以旋转膜态的传热系数和传热强度均比淋水盘式或喷雾填料式大得多，经过这一过程后的水，除氧率达98%左右。可见，旋流管是起膜器的关键技术，其喷膜结构对膜式除氧器的传热、传质效果具有决定性影响。
       膜式除氧器除氧效果好、对负荷适应性强的主要原因是起膜管内水是旋转流动，它的传热特点是对流放热系数不是定值，具有自调整性。通常喷淋型的除氧器，其对流放热系数都不随负荷的变动而变化。在更换结构后，介质在起膜管内旋转流动，使其有足够良好的气体通道，有效地排除传热表面上的不冷凝气体，减少气体流动死区，这也是膜式除氧对流放热系数能保持很高的原因之一。起膜管内旋转流动与一般轴向平行流动的特征不同，流体在管内作平行流动，当流速超过雷诺数时，由层流转变为湍流。旋转流动存在四个流动区域，除层流和湍流区外，还有层流加涡区和湍流加涡区，这种除氧水的旋转流动方式是提高放热系数的主要原因。旋膜除氧的放热系数值，要比其它型式除氧器高得多。
       经过一级除氧后的水珠，在向下穿行水篦子和液汽网时，可循复进行破碎，并进一步产生热交换，从而起到二次除氧的作用。由于二级除氧装置采用比表面积为450m2／m3，空隙率大于80%，压力损失小分离效率高的不锈钢丝网波填料，除氧过程由三个局部过程组成，液相与液面的对流传质、界面上溶质组成的离析、界面与气相对流传质。
2.2传热计算
       从热力过程分析可知，加热蒸汽在经过水膜裙的内、外侧时，主要以膜状凝结方式放出汽化潜热而加热水膜裙，即是以蒸汽在竖管内外壁膜状凝结为主的传热过程。现以除氧器传热为理论依据进行传热计算，进行论证。填料式除氧器的传热系数可用下式求取：
       查阅资料后得知：由于热力除氧器的流动方式等因素，热力除氧器的传热系数Km为：Km=φ1?φ2其中：φ1-蒸汽和水膜层相对流动的修正系数，φ1=1.3-1.4；φ2-水膜裙里外均有凝结水膜层的修正系数，φ2=1.7.除氧器所需理论传热面积Am可由面积公式求Am从膜式除氧器的传热系数Km计算表达式可以推出，该型除氧器的换热系数大，而且在同等面积的情况下，换热效果好，能够充分满足除氧器的要求，而且旋转膜态的传热系数比喷淋填料式除氧器高50%甚至几倍，因此除氧效果极佳。
3、改造后热力除氧器效果分析
3.1效果分析
       除氧器改造完成后，通过对锅炉脱盐水、自用蒸汽消耗原始数据的核算，形成如下数据表1、表2。
       表1标定前综合能耗核算数据表（3#、4#、5#除氧器联运综合能耗）
       表2标定后综合能耗核算数据表（3#、4#、5#除氧器联运综合能耗）
3.2标定核算结果及分析
       （1）标定过程中，因为喷雾填料式除氧器水箱内蒸汽压力小于热力除氧器，所以并联运行热力除氧器出力大；并联运行时，汽平衡打开时，热力除氧器的压力和温度是定值，除氧效果达到OC≤15μg/L；独立运行时，关闭汽、水平衡，随着系统压力和温度升高，除氧效果可以达到OC≤10μg/L以下。
       （2）从标定前后综合能耗数据分析，标定前综合能耗为48.12kg/t，标定后综合能耗为40.75kg/t，综合能耗下降7.37kg/t，说明3#除氧器改造后蒸汽消耗呈下降趋势。
       （3）技术改造后核算 蒸汽单耗下降7.37kg/t，按现运行平均负荷300t/h计算：(300t/h×7.37kg/t)/1000=2.211t/h，每小时可节约2.211t蒸汽，按3000h计算，可节约蒸汽2.211×3000=6633（t），创经济效益：6633吨×108元/吨=71.6364万元。
3.3热力除氧器改造后的特点
       （1）除氧效率高，除氧效率达99%以上；
       （2）适应性强，可适用于在入口水溶氧量较高的情况运行；
       （3）稳定性好，当负荷突变25%，瞬间再增补给水10%时，以及改用低温汽源时，入口水温大幅度降低时，其除氧水仍能达到合格，且除氧器不会发生振动等异常现象；
       （4）排汽量小，可节能。比其它类型同出力的热力除氧器少排汽1/3-1/2，不需另加排汽冷却器，简化了系统，降低了热耗。
       通过热力除氧器改造前后的结构对比，可以看出无论是在结构方面还是在水膜裙的形成方面，改造后的除氧器都具明显的优势。通过对热力除氧过程的分析，水质品质及能耗的统计分析，都比原除氧器优越得多，经济效益高，具有推广价值。