第6章 回热加热系统确定
6.1.1.1混合加热器概述
当水与空气或某种气体混合物接触时,就会有一部分气体溶解到水中去,因此天然水中溶解有大量的空气,其中溶解的氧气可达10mg/L。水中溶解气的量的多少,与气体的种类、气体在水面的分压力以及水的温度有关。
由凝结水和补充水组成的锅炉给水中也溶有一定数量的气体。因为凝汽器、部分低压加热器及其管道附件处于真空状态下工作,空气可以从不严密处漏入主凝结水中,补充水在化学处理过程中也会溶解一些气体。
给水溶解气体中危害最大的是氧气,它对热力设备造成的氧腐蚀,通常发生在给水管和省煤器内,当给水含氧量超过0.03mg/L时,给水管和省煤器在短期内会出现穿孔的点状腐蚀,严重地影响发电厂安全运行。给水中溶解的二氧化碳也会引起腐蚀。
此外,在热交换设备中存在气体还会妨碍传热,降低传热效果。因为气体是不凝结的,它可能会在传热面上形成空气层,增大传热热阻,因此给水中溶有任何气体都是有害的。
为了保证发电厂安全经济运行,必须将锅炉给水含氧量控制在允许的范围内,按照《火力发电厂汽水监督规程》规定:对于工作压力为6.1MPa以上的锅炉,给水含氧量应小于7μg/L。为此,除氧器的任务是:及时除掉锅炉给水中溶解的氧气和其它气体,以防止对热力设备的腐蚀和影响传热。由于除氧器清除的对象是氧气,所以习惯上将给水除气设备称为除氧器。给水除氧的方法有化学除氧和物理除氧两种。
化学除氧是利用与氧发生化学反应的化学药剂,使之与水中溶解的氧发生化学反应，生成不腐蚀的物质而达到除氧的目的。化学除氧能彻底清除水中的氧,但不能除去其它气体,并且生成的氧化物会增加给水中可溶性盐类的含量,且药剂价格昂贵,所以发电厂很少采用。发电厂中广泛采用的是物理除氧法。物理除氧价格价廉，不但可以除去水中的氧气，同时也可以除掉水中其它气体，并且不会有其它残留物质，故在电厂中广泛采用。 6.1.1.2热力除氧的工作原理
大型机组一般都采用物理作氧,物理除氧是建立在享利定律和道尔顿定律基础上的。
亨利定律指出:当溶解于水中的气体与自水中逸出的气体处于动态平衡时,单位体积水中溶解的气体量和水面上该气体的分压力成正比。
b＝K·Pb/Pmg/L
其中K——该气体的重量溶解度系数。（它随气体的种类和温度而定） 显然,如水面某气体的实际分压力P′小于水中溶解气体所对应的平衡压力Pb,则该气体就会在不平衡压差。
29
第6章 回热加热系统确定
△P＝Pb－P′
P的作用下自水中离析出来（质量转移）,直至达到新的平衡状态为止。反止,将会发生该气体继续溶于水中的过程。如果能使水面上某气体的实际分压力为零（即驱尽水面该气体）,在不平衡压差的作用下就可把该气体从水中完全除掉。这就是物理除氧的基本原理,也就是说,只要减少除氧器中氧的分压力就能减少单位体积水中的含氧量。
道尔顿定律:混合气体全压力等于各组成气体分压力之和。对于给水而言,水面上气体混合全压力P则等于水中溶解气体的分压力∑Ｐj和水蒸汽分压力PS之和。??P＝∑Pj＋PＳMPa??
在除氧器中水被定压加热时,其蒸发的水蒸汽量增加,从而使液面上水蒸汽的分压力升高,相应地水面上其它气体的分压力降低。当水加热至除氧器压力下的沸点时,水蒸汽的的压力就会接近水面上的全压力,此时水面上其它气体的分压力将趋近于零,于是溶解在水中的气体将会从水中逸出而被除去。也就是说,只要把水加热沸点,使水蒸汽压力几乎等于水面上的全压力,其它气体的分压力几乎为零,水中的气体就会逸出水面从而达到除氧的目的。
保证热力除氧效果的基本条件是:
（1）水应加热到除氧器工作压力下的饱和温度,即使有少量加热不足（几分之一度）,都会引起除氧器恶化,使水中残余溶氧增高。在大气压力下水加热不足1,水中的含氧量就接近O.2mg/L。
（2)必须把水中逸出的气体及时排走,以保证液面上氧气及其它气体分压力减至为零或最小。
（3)被除氧的水与加热蒸汽应有足够的接触面积,蒸汽与水应逆向流动,保证有较大的不平衡压差。
加热除氧过程是个传热传质过程,传热过程就是把水加热到除氧器压力下饱和温度,传质过程就是使溶解的气体从水中离析出来。气体从水中离析出来过程可分 为两个阶段。
第一阶段为除氧的初期阶段。此时由于水中的气体较多,不平衡压差△P较大, 相应不平衡压力较大。通过加热给水可以使气体以小气泡的形式克服水的粘滞力 和表面张力离析出来。此阶段约除去水中80～90%的气体。
第二阶段为深度除氧阶段,此时水中还残留少量气体,相应的不平衡压差△P很小,这些气体已没有能力克服水的粘滞力和表面张力离析出来。这时可用增大汽水 接触面积和缩短气体的逸出的路径加强扩散作用,才能实现深度除氧。
为了使水、汽有足够大的接触面积,除氧器设计和制造时可以将除氧水用筛盘
30
第6章 回热加热系统确定
或喷嘴雾化,使水形成细流、雾状、水滴、膜状等形状,有利于少量残余气体扩散逸出。因此,在除氧器的结构上,必须为传热和传质过程顺利进行创造条件,以期取得良好的除效果。
6.1.1.3混合加热器的特点
1.可以将水加热到该级加热器蒸汽压力下所对应的饱和水温度，充分利用了加热蒸汽的能位，热经济性较表面式加热器高。
2.由于汽、水直接接触，没有金属传热面，因而加热器结构简单，金属耗量少，造价低，便于汇集各种不同参数的汽、水流量，如疏水、补充水、扩容蒸汽等。
3.可以兼作除氧器设备使用，避免高温金属受热面氧腐蚀。
4.全部由混合加热器组成的回热系统其系统复杂，导致回热系统运行安全性、可靠性低，系统投资大。一方面由于凝结水需依靠水泵提高压力后才能进入比凝汽器压力高的混合加热式加热器内，在该加热器内凝结水被加热至该加热器压力下的饱和水温度，其压力也与加热器内蒸汽压力一致，欲使其在更高压力的混合加热器内倍加热，还得借助于水泵来重复该过程。另一方面为防止输送饱和水的水泵发生汽蚀，水泵应有正的吸入水头，需设置一水箱安装在适当高度，水箱还要具有一定的容量来确保负荷波动时运行的可靠性。
5.随着汽轮机蒸汽初压力提高到亚临界和超临界，汽轮机叶片结铜垢及处于真空下的低压加热器氧腐蚀的现象日渐引起重视，重力式回热系统布置方式在混合式低压加热器机组应运而生，它不仅有效地提高了热经济性，而且也解决了前述高参数下带来的若干问题。
6.1.2表面式加热器
6.1.2.1表面式加热器概述
加热蒸汽与水在加热器内通过金属管壁进行传热，通常水灾管内流动，加热蒸汽在管外冲刷放热后凝结下来成为加热器的疏水（为区别主凝结水而成为疏水），对于无疏水冷却器的疏水温度为加热器筒体内蒸汽压力下的饱和温度，由于金属壁面热阻的存在，管内流动的水在吸热升温后的出口温度比疏水温度要低，它们的差值称之为端差（即加热器压力下饱和水温度与出口水温度之差，也称上端差）。 6.1.2.2表面式加热器的特点
与混合式加热器相比，表面式加热器及其系统具有以下几个特点： 1.因由端差存在，未能最大程度利用加热蒸汽位能，热经济性较混合式差。 2.由于有金属传热面，金属耗量大，内部结构复杂，制造较困难，造价高。 3.不能除去水中的氧和其他气体，未能有效地保护高温金属部件安全。
31
第6章 回热加热系统确定
4.全部由表面式加热器组成的回热系统简单，运行安全可靠，布置方便，系统投资和土建费用少。
5.由于水被加热后要进入锅炉，水泵出口的压力比锅炉压力高，各加热器内水管应能承受比锅炉压力还高的水压，导致加热器的材料价格上升。
6-1 实际电厂采用的典型回热系统
6.1.2.3表面式加热器疏水方式
加热蒸汽进入表面式加热器放热后，冷凝为凝结水——疏水，为保证加热器内换热过程的连续进行，必须将疏水收集并汇集于系统的主水流中（主给水或主凝结水）中。通常疏水的收集方式由两种：一是利用相邻表面式加热器汽侧压差，将压力较高的疏水自流到压力较低的加热器中，逐级自流直至与主水流汇合，这种方式称为疏水逐级自流方式，如图6-2所示。
采用1号高压加热器疏水自留至2号高加，2号高加疏水自流至3号高加，3号高加疏水自流至4号混合式加热器（除氧器），汇合于给水中，5号至8号低压加热器的疏水依次从高到低逐级自流，最后流入凝汽器热井而汇合于主凝结水中。
32
第6章 回热加热系统确定
6-2 表面式加热器疏水逐级自流连接方式
另一种是疏水泵方式，由于表面式加热器汽侧压力远小于水侧压力，尤其是高压加热器，疏水必须借助于疏水泵才能将疏水与水侧的主水流汇合，汇入地点通常是该加热器的出口水流中，如图6-3所示。由于此汇入地点的混合温差最小，因此混合产生的附加冷源热损失亦小。
6-3 表面式加热器采用疏水泵方式
6.1.2.4不同疏水收集方式的热经济性
两种不同的疏水收集方式中，疏水泵方式的热经济性仅次于没有疏水的混合加热器。因为疏水和主水流（主凝结水或主凝结水）混合后可以减少该级加热器的出口端差，因而提高了热经济性。疏水逐级自留方式的热经济性最差。
6.2本设计回热加热系统确定
综合技术经济性比较，绝大数电厂不会全部采用表面式加热器的回热系统，而是在中间适当的位置采用一混合加热器，兼作除氧和收集各种汽、水流的作用，同时也将表面式加热器系统分隔成高压加热器和低压加热器两组，水侧部分承受除氧
33