大气旋膜式除氧器蒸汽耗量的计算实例 

      大气旋膜式除氧器广泛应用于工业锅炉的给水除氧，所需加热蒸汽由锅炉直接供给。以地区工业供热锅炉为例，分析除氧系统的工艺流程，建立除氧系统的质平衡与热平衡，从而确定除氧系统蒸汽耗量与锅炉给水量的关系式。
1概述
     为避免工业锅炉的氧腐蚀，保证锅炉的安全经济运行，对于工业锅炉上供给的软化水必须进行除氧。GB1576-2001《工业锅炉水质》标准规定，蒸汽锅炉额定蒸发≥6t/h时应采取除氧措施，承压热水锅炉额定功率≥4.2MW时也必须采取除氧措施，采用锅外化学处理时锅水及给水的溶解浓度均应≤0.1mg/L。
     旋膜式除氧器机理明确、效果稳定；不增加水的含盐量、无副作用；不仅除去水中的氧分子，同时也除去其他不凝结气体(如二氧化碳、氮气、氨气等),保证水的品质。大气压力式旋膜式除氧器工质的压力稍高于大气压力，一般采用0.02±0.005MPa,相应的饱和温度为104±1℃。大气式热力除氧器便于控制和操作，当除氧水量波动不大时，运行稳定，除氧效果好，是工业蒸汽锅炉经常采用的除氧方式。但大气式旋膜式除氧器耗用蒸汽量大，约占锅炉给水流量的10%,而一般在工业锅炉除氧系统中并不设置蒸汽流量测点，对于除氧系统蒸汽耗量的统计不可见。对此，以某地区供热工业锅炉大气式旋膜式除氧器系统为例，对除氧系统进行量化分析，计算除氧系统蒸汽的耗量与实测锅炉给水流量的关系。
2旋膜式除氧器原理
     气体在水中的溶解度与水的温度有关，水温愈高，其溶解度愈小；气体的溶解度还与水面上气体的分压力有关，某种气体的分压力愈小，这种气体在水中的溶解度就愈小。旋膜式除氧器就是利用气体这—溶解定律(亨利定律),引入具有一定压力的蒸汽将容器中的水加热到沸腾，在升温过程中气体在水中的溶解度不断降低，溶解于水中的氧气及其他气体不断逸出来，并及时将其排除。
3工艺流程介绍
     地区供热工业锅炉由多台大型蒸汽锅炉组成，其中除氧系统由4台大气旋膜式除氧器并联组成，加热所需蒸汽由蒸汽母管中供给，同时蒸汽锅炉的连续排污扩容器与各个除氧水箱串联而成，平衡各个除氧器中的工作压力，达到余热再利用、除氧系统工作条件稳定平衡的效果。除氧器对软化水除氧后，由给水泵打入锅炉中，在锅炉稳定运行时，锅炉连排水排入连续排污扩容器(简称连扩),经过扩容增容降压后，连排水经历闪蒸过程，闪蒸出来的蒸汽再融入各个除氧器中，平衡各个除氧器间的工作压力，具体流程见图1。
     旋膜式除氧器由除氧头(除氧塔)和除氧水箱组成，如图2所示。除氧头的任务是完成水的加热至沸腾并从中析出氧气和其他气体，蒸汽与水的接触面积愈大，加热和分离效果愈好。除氧水箱的任务是储存已除氧的水和兼作锅炉的给水箱，储存在水箱中的水应始终保持沸腾状态，以防已析出的氧气又重新溶解于水中。除氧头上部设置有进水管，其上装有几排互相平行的喷水管，喷水管上有特制的喷嘴，待除氧水经进水管，喷水管流向喷嘴，通过喷嘴被雾化成雾状细微水滴。来自除氧头下部的蒸汽向上流动，与水雾相混合，使水迅速加速，并进行除氧。
4除氧系统的平衡
4.1除氧系统的质平衡
     根据上述的工艺流程图，在正常运行状态下，保持除氧器水位基本保持不变的情况下，可建立如下的质平衡关系：W?+Q?+Q?+W?=W?+O?(1)W?=W?+W?(2)式中；W?——进入除氧系统的软化水流量，t/h;1.除氧头；2.除氧水箱；3.安全水封；4.压力表；5.水位计。
图2旋膜式除氧器
W?——除氧系统的出水流量，t/h;
W?——给水再循环的循环水流量，t/h;
W——由给水泵打入锅炉系统的除氧水流量，t/h;
Q?——由蒸汽母管送入除氧系统的高温蒸汽流量，t/h;
Q?—由连扩闪蒸后送入除氧系统的蒸汽流量，t/h;
O?——水中溶解气体的排除量(很小，忽略不计)。
4.2旋膜式除氧器除氧系统的热平衡
     在除氧系统中，高温蒸汽和连扩闪蒸蒸汽作为加热侧，对进入除氧系统的软化水进行旋膜式除氧器。除氧过程中，高温蒸汽会有很小一部分随除氧器的排氧过程散失部分热量，并且在给水再循环中返回除氧水箱的除氧水也会散失部分热量，因此在建立系统的热平衡时要加以考虑。而这些散失热量又无法计算，所以将此部分热损失融入旋膜式除氧器效率之内，估取旋膜式除氧器热效率约为95%,建立如下系统的热平衡关系式。(Q?×h1+Q?×h?)η=W?×h?-W?×h?(3)式中：h'——高温蒸汽的比焓，kJ/kg;h'z——连扩闪蒸蒸汽的比焓，kJ/kg;h——进入锅炉系统除氧水的比焓，kJ/kg;h?——进入除氧系统的软化水的比焓，kJ/kg;η——除氧系统的热效率%。
4.3蒸汽耗量的计算
     由(公式1),(公式2)两式可得，W?=W?-Q?-Q?(4)将(公式4)带入热平衡关系式中，可得，(Q?×h1?+Q?×h'?)η=W?×h-(W?-Q?-Q?)×h?(5)根据集控运行室内DCS系统上的CRT画面，可以查取式(公式5)中的相关参数。在锅炉给水压力的范围内，可得h约为437kJ/kg;除氧器的软化水供水温度根据水处理长期运行数据可知，一般在40℃~60℃之间，取平均值50℃对应的h?约为209kJ/kg;高温蒸汽可根据蒸汽母管的温度测点可知一般在235℃左右，压力约为088MPa,得h1约为2910kJ/kg;而连扩的工作压力约为20kPa,基本和除氧器工作压力相当，所以对于连扩的闪蒸蒸汽的比焓可查取此工作压力下的饱和蒸汽焓值，h?约为2683kJ/kg;Q2为连扩的闪蒸蒸汽流量，此数值与连扩的闪蒸率和锅炉的连排率有直接关系，所以对于Q?的确定，需要选定闪蒸率和连排率之后加以换算，终确定为Q2与W?的关系。根据冬季供暖经验数据可知，锅炉的连排量一般为10t/h左右；而连扩的闪蒸率，在冬季2010~2011供暖季的记录数据中，经计算可知闪蒸率为15%左右；所以可以建立Q2与W?的关系式：Q?=1.5t/h(6)将以上数据代入式(公式5)中，可得到Q?与W的关系式：(Q?×2910+1.5×2683)×95%=W×437-(W?-Q?-15)×209(7)整理后，可得，Q?≈8.9%M-1.37t/h(8)锅炉一般都在经济负荷区域运行，并且锅炉给水流量W?参数可以通过监控画面查取参数，由以往经验可知1.37t/h的蒸汽流量大约相当于0.2%M,所以对于此除氧氧系统的蒸汽耗量与锅炉给水流量的关系式可以通过下式进行简单量化计算：Q?≈8.7%N(9)
     地区供热工业锅炉大气旋膜式除氧器为计算实例，对自身锅炉房的除氧系统进行工艺流程的分析，确定了质平衡和热平衡的关系，并参照2010~2011冬季供暖期间的运行数据在稳定负荷下进行数据选取与计算，终确定了此除氧系统蒸汽耗气量与锅炉给水流量测点数值的关系式。此实例的论述与计算，对该地区冬季供暖蒸汽除氧的耗量有一定理论量化作用，以及对于测算输入外用户管路之间存在的蒸汽管损也有一定的理论数据支持作用。