毕业设计(论文)-除氧器热力校核.doc
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1、 二二 一一年年 四四 月月 六六 日日 本科毕业论文本科毕业论文 题题 目目 : 除除 氧氧 器器 热热 力力 校校 核核 学学 生生 姓姓 名名: 学学 院院 : 系系 别别 : 专专 业业 : 班班 级级 : 指指 导导 教教 师师: 合肥工业大学本科毕业论文 摘 要 火电厂锅炉给水中经常含有大量的溶解气体,如氧气、二氧化碳等,其中危害 最大的是氧气,氧对钢铁构成的热力设备及管道会产生较强的氧腐蚀,对整个热力 系统的安全、可靠运行形成了重大威胁。作为除氧的主要设备,热力除氧器起着提 高系统安全性、可靠性及运行寿命的作用。因此,如何保证热力除氧器的除氧效果 是一项十分有意义的工作。 本文从
2、热力除氧的基本原理出发,对 300MW 发电机组的喷雾填料式除氧器的 雾化区传热过程进行热力校核。从传热、传质过程出发,对喷雾填料式除氧器和 旋膜式除氧器的除氧效果进行了比较。分析了定压运行、滑压运行对热力除氧器除 氧效果及对整个机组热经济性的影响。通过校核、比较和分析得出,在加热蒸汽充 足的情况下,喷雾填料式除氧器能瞬间将水加热到对应压力下的饱和温度。定压 运行基本能保证除氧效果,但热经济性差,滑压运行热经济性好,但在负荷骤变时 不能保证除氧效果。 关键词:热力除氧器;热力校核;运行现状分析 合肥工业大学本科毕业论文 Abstract The boiler water of thermal
3、power plant often contains a lot of dissolved gases,such as oxygen、carbon dioxide and so on, but the most damage of which is oxygen. Steel pipes and heating equipments with oxygen will have more oxygen erosions,which form a major threat to the safety and reliability of the entire thermal system. Dea
4、erator as the main equipment,played an important role to ensure the security,reliability and operational life of thermal system. Therefore,how to ensure the effect of thermal deaerator is a very meaningful work. This paper mainly checks thermal heat transfer process of the spray zone of 300 MW unit
5、according to on the basic principles of spray - fill-Deaerator.From studying heat and mass transfer process on the spray - fill-deaerator and the rotary film deaerator we compare the results and analyze the constant pressure of runningsliding pressure on the operation of thermal effects and deaerato
6、r for the entire unit of economi cimpact.Through verification,comparison and analysis,in the adequate heating steam circumstances,the spray-fill-deaerator can quickly heatpressure basicaly ensure the operation of Deaerator effects,but heat economy worse. Contrary to the former,sliding pressure of ru
7、nning is good, but when the load suddenly changes it can not guarantee Deaerator effect. Key words: thermal deaerator; heat check; operation of the status quo 合肥工业大学本科毕业论文 目 录 引 言1 第一章 绪论.2 1.1 给水除氧的意义 2 1.2 给水除氧的方法 2 1.2.1 物理方法 2 1.2.2 化学方法.3 1.2.3 电化学方法 5 1.3 热力除氧器发展的现状和前景展望 5 1.3.1 简况 5 1.3.2 成就
8、6 1.3.3 问题 6 1.3.4 展望 7 1.4 本文的主要工作内容 7 第二章 热力除氧器.8 2.1 热力除氧器的工作原理 8 2.1.1 气体的溶解与解析.8 2.1.2 热力除氧的基本条件.9 2.1.3 热力除氧器的作用 9 2.2 热力除氧器的分类 9 2.3 典型的热力除氧器 .11 2.3.1 淋水盘式除氧器 .11 2.3.2 喷雾填料式除氧器 .13 2.3.3 旋膜式除氧器 .15 第三章 除氧器的热力校核.19 3.1 喷雾填料式除氧器喷雾区热力校核步骤 .19 3.2 热力校核计算过程 .21 第四章 热力除氧器运行现状分析.25 4.1 除氧效果的对比分析 .
9、25 4.1.1 喷雾式除氧器的除氧效果25 合肥工业大学本科毕业论文 4.1.2 旋膜式除氧器的除氧效果26 4.2 热力除氧器运行方式对除氧效果及机组经济性的影响 .28 4.3 运行常见除氧恶化因素及措施 .29 4.4 不同类型除氧器结构特点及其改善措施 .29 结 论.31 参考文献.32 谢 辞.34 合肥工业大学本科毕业论文 1 引 言 随着社会的快速发展,对电力的需求量越来越大。我国的电力供给主要靠火力 发电,而在火力发电的生产过程中,给水除氧是一项非常重要的工作。给水除氧效 果的好坏,直接影响着整个电厂热力设备的安全经济运行。 目前使用的除氧方法有物理除氧法和化学除氧法,物理
10、除氧法包括:热力除氧 法、真空除氧法和解析除氧法。而电厂中使用最多的是热力除氧法,热力除氧器经 过不断的发展,出现了多种形式,比较常见的有:淋水盘式、喷雾式和喷雾式填 料式等。近年来又出现了一种旋膜式除氧器,从理论分析,它的除氧效果比前两种 要好。随着高参数大容量机组的发展,对热力除氧器的技术要求愈来愈高。传统的 淋水盘式除氧器已不能很好的满足除氧要求,面临着改造或淘汰。旋膜式除氧器由 于其技术不是很成熟,在电厂中应用比较少。电厂中现在应用较多的是喷雾填料 式除氧器,由于它是将水雾化成平均直径在 0.8 毫米左右的小雾滴,汽水的接触面 积增大,在很短的时间内就能将水加热到饱和温度。且在除氧头的
11、下部,还布置了 填料层,使加热后的水的比表面积达到 200m2/m3左右,从而减小了张力,有利于水 中溶解气体的析出。但喷雾式填料式除氧器存在淋水密度小,提升温度低等问题。 本文将对喷雾填料式除氧器雾化区进行热力校核,分析其在雾化区的传热过 程,并对热力除氧器的运行现状作出分析。 合肥工业大学本科毕业论文 2 第一章 绪论 1.1 给水除氧的意义 火电厂中锅炉给水主要由凝结水和补充水组成。众所周知,水中经常含有大量 的溶解气体,如氧气、二氧化碳等,它们不仅存在于化学补充水中也存在于主凝结 水中。因为主凝结水在凝汽器中或通过在真空条件下工作的低压加热器和管道时, 空气会通过不严密处渗入到主凝结水
12、中。 水中含有的活性气体,其溶解度随温度升高而下降,温度愈高,这些气体愈容 易直接和金属发生化学反应。其中危害最大的是氧气,氧气对钢铁构成的热力设备 及管道会产生强烈的氧化腐蚀,而二氧化碳会加剧这种腐蚀,从而导致腐蚀穿孔引 起泄漏爆管等事故。除此之外,水中所含有的不凝结性气体还会使传热恶化,热阻 增加,降低机组的热经济性720 因此,对给水进行除氧对提高热力设备的安全性、可靠性和机组的热经济性有 着非常重要的意义。 1.2 给水除氧的方法 锅炉给水中含有氧和二氧化碳等多种气体,其中氧是造成给水系统和锅炉腐蚀 的主要物质,它会腐蚀锅炉的水系统和部件,腐蚀产物氧化铁会进入锅内,沉积或 附着在锅炉管
13、壁和受热面上,形成难溶而传热不良的铁垢,而且腐蚀会造成管道内 壁出现突起的点,使阻力系数增大。锅炉给水除氧是防止锅炉设备遭受腐蚀损坏, 保证设备安全经济运行的重要措施。锅炉给水除氧方法主要有物理方法、化学方法 和电化学方法等。 1.2.1 物理方法6 物理方法除氧是利用物理的方法将水中的氧气析出来,常用的有热力除氧法、 真空除氧法和解析除氧法等。 热力除氧法分为大气式热力除氧和喷射式热力除氧。其原理是将锅炉水加热至 沸点,使氧的溶解度减小,水中溶解的氧不断逸出,再将水面上产生的氧连同水蒸 汽一道排除,还能除掉水中各种气体(包括游离态 CO2,N2) ,如铵钠离子交换法处 理过的水,加热后 NH
14、3也能除去,除氧后的水不会增加盐量,也不会增加其它气体 溶解量,操作控制相对容易,而且运行稳定可靠,是应用最多的一种除氧方法。 真空除氧法是在 3060下进行,实现水面低温状态下的除氧。对热力锅炉和 合肥工业大学本科毕业论文 3 负荷波动大而除氧效果不佳的蒸汽锅炉,均可用真空除氧法获得满意的除氧效果。 相对于热力除氧,其加热条件有所改善,锅炉房自耗汽量减少,但热力除氧的大部 分缺点仍存在,并且真空除氧的高位布置,对运行管理喷射泵、加压泵等关键设备 的要求比热力除氧更高。低位布置也需要一定的高度差,而且对喷射泵、加压泵等 关键设备的运行管理要求也很高,另外还增加了换热设备和循环水箱。真空除氧能
15、利用低品位余热,可用射流加热器加热软化水;又能分级及低位安装,除氧可靠, 运行稳定,操作简单,适用范围广。 解析除氧法工作原理是将不含氧的气体与要除氧的给水强烈混合接触,使溶解 在水中的氧解析至气体中去,如此循环而使给水达到脱氧的目的。解析除氧器操作 简单,投资低,运行可靠,效果较好。但同时存在着影响除氧效果的因素较多,只 能除氧气,不能除其它气体的问题。 1.2.2 化学方法 化学方法除氧是利用化学反应来除去水中含有的氧气,使水中的溶解氧在进入 锅炉前就将其消除,常用的有药剂除氧法和钢屑除氧法等。 常用的药剂除氧法有以下几种: (1)亚硫酸钠法。亚硫酸钠是白色或无色晶体易溶于水。它是一种还原
16、剂,能 与水中的溶解氧发生化学反应,使水中溶解氧的含量降低。其化学反应方程式为: 223+2224 (1 1) 它的除氧效果与水的温度、氧的浓度及亚硫酸钠的投入量有密切关系,温度愈高, 反应时间愈短,除氧效果愈好。亚硫酸钠无毒,可在低温下使用,能将铁的氧化物 还原成四氧化三铁,但增加了水中的含盐量。该方法投资低,安全性好,操作较为 简单,一般用在小型锅炉房和一些对水质要求较高的热力系统中作为辅助除氧。 (2)联胺法。联氨又称水合肼,它是一种极为有效的除氧剂。它不仅能除氧, 而且还可以提高给水的 pH 值,同时具有钝化钢、铜表面;不增加给水含盐量的优点。 其反应式如下: N2H4 + O2N2
17、+ 2H2O (除氧) (1 2) 3N2H4N2+4NH3 (提高 pH 值) (1 3) 合肥工业大学本科毕业论文 4 NH3+H20NH40H (1 4) 它的反应产物 N2和 H2O 对热力系统及设备的运行没有任何害处。同时在高温水 (t200)中,N2H4可将 Fe203还原为 Fe3O4或 Fe,将 CuO 还原成 Cu2O 或 Cu,联胺 的这些性质还可以防止锅炉内结铁垢和铜垢。 N2H4的除氧效果受 pH 值、溶液温度及过剩 N2H4量的影响。因此,采用联胺除氧 应维持以下条件: (a)必须使水维持一定的 pH 值; (b)必须使水保持足够的温度; (c)必须使水中有足够的过剩
18、联胺。 一般认为采用联胺除氧的合理条件为:150以上的水温,pH 值在 911 之间 的碱性介质和适当的过剩联胺。由于该法价格贵,且只能除氧不能除去其它气体, 所以通常只在其它方法难以除尽残留溶解氧时作为辅助除氧手段来应用。 (3)单宁系物质法。单宁系物质如单宁酸、橡碗栲胶等,加反应剂除氧具有设 备简单、操作方便、除氧效果良好的有点,但也存在药剂费用较贵的缺点。所以很 少单用加反应剂的方法除氧,此法在中小型锅炉上往往与钢屑除氧联合使用;而在 电站高压锅炉中则被用作热力除氧的补充措施。 (4)氧化还原树脂法。树脂除氧的基本原理是在除氧器内利用氧化还原树脂与 水中溶解氧反应生产除氧水,树脂失效后用
19、水合肼再生。载体型除氧树脂,如 Y- 12-06 树脂(电子工业部十二研究所研制) ,除氧效果好,但出水含有微量肼,不可 以饮用,其再生液及清洗的水中含肼较多,排放后对环境有污染;LHY 型树脂,除 氧效果能够达到水质标准要求,再生工艺简单,但树脂价格高,初投资大,还原用 亚硫酸钠较多。 钢屑除氧法。是水经过钢屑过滤器,钢屑被氧化,而水中的溶解氧被除去。有 独立式和附设式两种。此法水温要求在 70以上,8090效果最好,一般用在对 给水品质要求不高的小型锅炉房,或者作为热力网补给水以及高压锅炉热力除氧后 的补充除氧,一般仅作辅助措施。 海绵铁除氧。海绵铁又称为直接还原铁或金属化球团,其主要成分
20、是铁,内部 结构疏松多孔,表面积是普通铁屑的 5-10 万倍。当水流经海绵铁时,水中的氧与铁 发生氧化反应而使氧得以去除,但是生成反应产物 Fe(OH)2、Fe(OH)3为不易溶入水 的絮状沉淀,需定期用反冲水流去除。海绵铁除氧可以在常温下进行除氧,无须对 合肥工业大学本科毕业论文 5 进水加热,安装无特殊要求,同时设备可以低位布置,工艺较为简单。运行操作方 便且安全可靠,投资相对较小。海绵铁除氧不足之处在于,经过海绵铁除氧的水中 增加了一定的铁离子,增加了水的含盐量,不适用于蒸汽锅炉或对给水铁离子有严 格要求的锅炉。 1.2.3 电化学方法 从电解的原理可知,将两种不同的金属与直流电源连接并
21、放置到一种电解质中, 使其负极与被保护的钢板相连接,正极与准备让其发生腐蚀的金属相连接,这样被 保护的钢板形成阴极而得到保护,让其发生腐蚀的金属形成阳极而不断被腐蚀。电 化学除氧就是应用这种电化学保护的原理,将用钢板制成的除氧器与直流电源接通, 让除氧器的外壳与电源的阴极相连接,阳极与放置在除氧器中的铝板相连接,当水 流通过除氧器时,水中的氧气就与阳极上的铝板发生电化学腐蚀而被消耗掉。电化 学除氧法具有设备简单,操作使用方便,运行费用低的特点,其经济实用性比较明 显,可广泛应用于低压锅炉及热水锅炉的给水除氧。电化学除氧法目前尚无成熟的 经验,但根据使用的情况看,其经济实用性比较明显。 锅炉给水
22、除氧方法多种多样,必须根据锅炉炉型和实际情况,结合锅炉的热力 参数、水质、吨位、负荷变化、经济条件等情况综合考虑,因地制宜选用,确保锅 炉高效安全运行。 1.3 热力除氧器发展的现状和前景展望4 随着高参数大容量机组的发展,对热力除氧器的技术要求愈来愈高。为了使除 氧器在稳定性、适应性和在除氧效果上的日臻完善,许多国家都对热力除氧器进行 了大量的研究工作。 1.3.1 简况 日本和欧美各国对雾化传热传质方式进行了大量研究和开发,我国也从 70 年代 开始对雾化除氧器进行研究和应用,已取得良好的结果。尤其在 70 年代中期,对恒 速雾化技术和除氧器滑压运行的开发,明显地提高了热力除氧器的安全、经
23、济性能。 苏联从 60 年代末开始大力开发泡沸式除氧器。目前已有真空、大气压、高压各 系列的泡沸式除氧器。为提高除氧器的淋水密度,提高入口水容许含氧量和充分利 用低温汽源,保持除氧器稳定等方面做出了贡献。 合肥工业大学本科毕业论文 6 80 年代初首先是联邦德国和苏联,为满足巨型汽轮机组发展的需要,开始批量 生产出力为 40006000t/h 的无塔型热力除氧器。为提高热力系统的经济性,西德 和苏联于 70 年代开始研究开发无除氧器热力系统。所谓无除氧器热力系统实际是将 低压加热器改为混合加热兼除氧双功能的低压加热器,而无塔型热力除氧器实际是 除氧水箱改为除氧兼贮水两用的除氧水箱。可以看出,这
24、两种热力系统的开发研究 是当前的一大方向。但其传热、传质方式仍以雾化、泡沸为基本原理。 我国自 70 年代初开始研究开发膜式除氧器。为满足供热机组和调峰机组的需要, 解决入口水溶氧高、入口水温度低和运行工况变化频繁做出了大量的工作。为适应 大型机组的需要,提高淋水密度和提高其适应性,研究改进了膜式除氧器效能,将 膜式改为射流、旋膜及泡沸缩台为一体的高效能旋膜除氧器。 当前以雾化和泡沸为传热、传质的除氧器仍是国际上研究开发的两大主要方向。 但近年来也出现直流式等新型除氧器系列。 1.3.2 成就 雾化除氧器:国产 GWC-1000 型卧式除氧器及国外引进 BBC - 750 型、阿-大- 150
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