(全自动滤水器)真空除氧器与旋膜式除氧器中喷嘴结构性能对除氧的影响 

真空除氧机理：
       真空除氧也是基于亨利定律，将水加热至沸点，使氧的溶解度减小而逸出，再将水面上产生的氧气排除。不同于大气式热力除氧，真空除氧是一种中温除氧技术，一般在30~60"C温度下进行，可实现水面低温状态下除氧(在60C或常温)。
       相对于大气式热力除氧来说，真空除氧是消耗电力抽真空，因此，对于蒸汽比电力紧张的锅炉房，真空除氧更为适合。同时，真空除氧的负荷波动也比大气式热力除氧小。对热水锅炉和负荷波动大而热力除氧效果不佳的蒸汽锅炉，均可用真空除氧而获得满意的除氧效果。由于真空除氧使用常温水，可以利用它来回收低品位的废热后再进入锅炉，达到节能的效果。
       由于真空除氧器在低于大气压力下工作，所以系统必须有良好的密封。从真空系统通过水泵将除氧水输送到锅炉房的管路中不能有任何与外界连通的水箱，水泵的轴封和阀杆处需要加装水封，以免漏入空气，影响除氧效果。
       (全自动滤水器)汽轮机凝汽器在运行时，有较高的真空度，类似真空式除氧器，很适合对低温补充水和凝结水进行预除氧。由于凝汽器的抽气器的出力在设计上都有一定的富裕度，因此适量的补充水补入不会影响汽轮机的真空度。
无头除氧器
       无头除氧器(如图2-1) 是一种新型的热力除氧器，除氧原理与热力除氧相同。无头除氧器是将除氧头内的设备放置到除氧水箱的汽空间中，有效地节约空间，减少设备的成本。
       凝结水从盘式恒速喷嘴喷入除氧器汽空间，进行初步除氧，然后落入水空间流向出水口；加热蒸汽排管沿除氧器筒体轴向均匀排布，加热蒸汽通过排管从水下送入除氧器，与水混合加热，同时对水流进行扰动，并将水中的溶解氧及其他不凝结气体从水中带出水面，达到对凝结水进行深度除氧的目的。水在除氧器中的流程越长，对水进行深度除氧的效果越好。
       蒸汽从水下送入，未凝结的加热蒸汽(此时为饱和蒸汽) 携带不凝结气体逸出水面，流向喷嘴的排汽区域(喷嘴周围排汽区域为未饱和水喷雾区)，在排汽区域未凝结的加热蒸汽凝结为水，不凝结气体则从排气口排出。
       不凝结气体在流向排气口的流程中，在水容积一定的情况下，除氧器筒体直径越大，汽空间不凝结气体分压力越小，这样就能有效控制不凝结气体在液面的扩散，避免二次溶氧的发生，因此，除氧器筒体采用大直径为好。
旋膜式除氧器
       (全自动滤水器)旋膜式除氧器就是将原来的喷雾填料式除氧器的固定式或弹簧式喷嘴改为由喷管和通气管组成的水室而成，喷管管壁上开有与管壁相切且向下倾斜109螺旋形布置的数个小孔。在喷管装置下部增设一水篦子装置，水篦子由角钢组合而成，分几层错列布置。旋膜式除氧器的主要装置由喷管、水篦子和填料组成。其中喷管是最为关键的部件。
       汽水分离装置装于除氧头顶部，主要是防止水滴带出。将加热蒸气从除氧器的水箱引入，使其有足够的蒸汽加热填料层内的水，同时水箱内上部蒸汽的流动，将水箱内水中不断析出的氧气迅速带走，有利于稳定除氧效果。
       在水箱底部设置辅助加热装置，以帮助启动时缩短启动周期，以及在水温发生极大波动时，开启底部辅助加热装置进行辅助加热，以保证除氧效果。
       旋膜除氧器有很好的除氧效果是因为它的除氧由三级除氧装置组成，而常规除氧器只有两级除氧装置。旋膜除氧器的三级除氧装置为:D一级除氧装置由喷管和通气管组成的水室以及蒸汽管组成。在喷管内，高速旋转的水膜卷吸大量的蒸汽，形成强烈的模式凝结换热。喷管与水篦子之间有足够的高度，有利于汽水充分接触，经过一级除氧，此时水的温度已经接近饱和温度，水中大量的氧气被除去。
二级除氧装置
       四层水篦子组成。水篦子由30X30的角钢制作，相互交叉排列。在这一层，水流被打散，同时被不断上升的蒸汽加热，进一步除氧。
三级除氧装置
       由不锈钢填料组成。这一层主要是除去水中的残余氧，因此只需一定高度，并且不锈钢填料具有通气阻力小，有利于蒸汽携带析出的氧气迅速上升排出，以保证除氧效果，且拆换方便。
       旋膜式热力除氧器，除了具备喷雾填料式除氧器的特点外，对压力和流量变化不敏感，因此具有很好的负荷适应性。
真空式除氧
       真空除氧是一种中温除氧技术，一般在30C~60C温度下进行。可实现水面低温状态下除氧(在60C或常温)。相对于其他热力除氧技术来说，它的加热条件有所改善，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。
原理与装置
       真空除氧原理和大气式热力除氧相同，差别在于将除氧器内压力降低。随着压力降低，对应饱和温度也相应降低。对给水加热，使其达到除氧器内压力对应的饱和温度，水开始沸腾，大量溶解气体从水中逸出。及时排出除氧水上气空间的气体，使气空间内气体分压力减小，水中气体能持续逸出，从而实现除氧。
       由于真空除氧过程中，除氧器内压力较低，与该压力对应的饱和温度也较低(见表2-1)，因此，需要很少的加热量就能使除氧水达到饱和状态。真空除氧器结构与大气式热力除氧器相同，采用喷雾一填料式和喷雾一淋水盘式者较多。在系统上只是多一套抽真空设备，如图2-2 所示。水由除氧头上部进入，经喷嘴使之在全部断面上喷成雾状，再经中部填料呈水膜下流。喷嘴雾化给水使给水具有较大的表面积。表面积增大，不但能增强给水的加热能力，而且利于水中溶氧逸出。喷嘴下部的淋水盘或填料能延长给水除氧过程，进一步深化给水除氧。而从水中解吸出的氧、二氧化碳等气体由塔体顶部被抽气装置抽出体外。
       为达到良好的除氧效果，真空式除氧器的喷嘴的数量应与除氧器的出力相适应。喷嘴数量过多，雾化效果不好; 喷嘴数量过少，则水流通过的阻力增大。为防止喷嘴被堵塞而影响喷水器，在除氧器进水管道上应装过滤器。
       填料的作用主要是加强传质，可用不锈钢2环，纸质或塑料质蜂窝格填料。在保证填料层有一定高度的条件下，上述填料均可获得较好的除氧效果。
       除氧器的真空可借抽气装置达到。抽气装置有蒸汽喷射泵、水喷射泵及水环式真空泵等。抽气装置的抽气能力应与处理水量相适应。另外，整个系统应具有良好密封性能，管道尽可能采用焊接，抽气管应尽可能短。一般，进水温度应在15C以上。深度除氧时，可用预热法提高进水温度，以降低设备的必要真空。因除氧水箱内水位波动会影响到真空度变化，故应控制除氧水箱液位，  以保持稳定。
       真空除氧由于给水(或补给水) 温度要求低，可用低品位蒸汽或用热水加热，因此，对于工业锅炉而言，便于充分利用省煤器降低锅炉排烟温度，节约能源，且热水锅炉房无蒸汽源时也可采用；对于电站锅炉则可利用汽轮机排汽的余热，提高电厂的热经济性。真空除氧与大气式热力除氧一样，要考虑给水泵的气蚀问题，除氧水箱都须放在一定的标高位置上，故对小型锅炉房布置带来一定的麻烦。
       要使真空除氧在锅炉给水除氧中得以推广，还必须解决以下问题:一是进一步研究真空除氧的主要参数之间的定量关系；二是进一步提高和稳定除氧水的质量; 三是尽量降低生产成本，并在耗能尽量少的情况下实现除氧器的低位安装。
真空除氧的影响因素
       真空除氧性能与除氧器工作压力、给水加热情况、给水在除氧器内停留时间、给水含氧量和给水流量等因素有关。
除氧器工作压力
       除氧器内工作压力决定除氧器内水的饱和温度。压力越低，水的饱和温度越低，加热水到饱和温度需要的热量也会越少；反之，饱和温度越高，需要的热量越多。尽量降低工作压力，能利用回收的锅炉余热实现除氧。但是工作压力降低，会增加抽气机组负荷，因此工作压力应当综合蒸汽耗量与抽气机组能力决定。同时，在除氧过程中，除氧器内压力的稳定情况对除氧效果影响很大。由于水的热容较大导致除氧器内水温变化较慢，但是压力变化较快，除氧器内压力不稳定会导致除氧器内的水偶尔未完全达到饱和状态，从而导致除氧效果变差。
给水加热情况
       除氧器给水加热能力直接影响除氧效果。根据真空除氧原理，除氧过程中必须将给水加热到除氧器内压力下的饱和温度，即使很小的过冷度也会导致除氧效果的恶化，因此必须保证除氧器给水能被充分加热。对给水加热能力由蒸汽的品质、流量、除氧器结构特点以及给水的温度决定。蒸汽的压力、温度越高，对给水的加热能力越强; 蒸汽进入除氧器的量越大，给水越容易被加热。同时，当给水温度较低时，给水被加热到饱和温度越困难。
       此外，除氧器内除氧头的结构特点对给水加热能力和深度除氧有直接影响。
给水在除氧器内停留时间
       除氧过程中，给水和蒸汽需要充足的接触时间。接触时间越长，除氧的效果越好。通过在除氧器内设置淋水盘或者填料的方法阻滞水流下降，延长汽、水的接触时间，提高除氧效果。
给水含氧量
       给水含氧量变化时，除氧后水的含氧量会有一定变化，且除氧后水的含氧量的变化规律与除氧器结构、给水停留时间以及给水流量等因素密切相关。对不同结构的除氧器，给水含氧量的变化对除氧性能的影响需通过实验进行分析研究。
给水流量
       给水流量增大时，水流速度较快，给水在除氧器内停留的时间较短。由于给水与蒸汽接触时间减少，水中溶氧不能及时从水中析出，从而影响了除氧效果。对于淋水盘形式的除氧裝置，给水流量增加会导致溢流产生的水膜变厚，增加蒸汽流通的阻力，从而影响的给水加热情况。给水流量减少时，水流速度减慢，给水在除氧器内停留的时间延长，除氧效果改善。
       此外，除氧过程解析出的不凝结气体需要通过抽气系统排出除氧器，从而实现除氧器连续稳定地工作。因此，抽气系统的性能也将影响除氧效果。
除氧头结构对除氧效果的影响
       给水加热和除氧基本上是在除氧头内进行的。除氧头应能使给水和蒸汽在除氧器内分布均匀、流动通畅，同时还要使水和蒸汽之间有尽可能大的接触面积及足够的接触时间。在除氧器内设置淋水盘或者填料是增加汽、水接触面积，延长汽、水接触时间，提高除氧效果的重要方法。
       除氧头通常采用喷雾一淋水盘或者喷雾一填料结构。此外有其他一些结构,如: 喷雾一溢水槽、喷雾一角钢栅盘、喷雾一扁钢栅盘、喷雾一2填料等。这些结构也是喷雾一淋水盘或者喷雾一填料结构的改进。
淋水盘
       淋水盘(如图2-3)在除氧头内，其底板上有大量通孔，边缘为挡板，以挡住水，使水在盘内形成一定水位。由于水自重力作用,以水位高度为压头使水成细小圆柱状自孔内向下流出。由于孔数量很多，使水流散播成大量的圆柱细流而形成传热面积，也是氧气析出的传质面积。上一层淋水盘的淋水孔内流出的水流到下一层淋水盘，上、下水盘淋水孔错列布置，最后一层淋水盘流出的水向下流入水箱。
       加热蒸汽从下部接管进入除氧器内，由配汽装置作均布，流向四周空间，蒸汽向上流动，在最下层淋水盘中央通气口处转弯向上，然后经其上一层的中央淋水盘阻挡而转弯，在中央淋水盘与圆筒内壁间的环形空间处转弯向上，如此一层层向上流动，最终到达除氧器顶部，蒸汽携带着氧气由顶部排气管流出。这样，加热蒸汽垂直于水流，二者成十字形接触，呈直接接触的传热，水流自最上层淋水盘起一层层逐步加热到饱和温度，而逐步加热的过程也是溶解氧因温度升高而溶解度降低的逐步脱氧过程。
       由于在设计时按额定出力计算并确定了淋水孔的数量，所以运行时希望经常保持在额定出力工况。在负荷变化时，淋水盘水位就发生变化。
       若出力超过额定值，需要更多热量才能将水加热到饱和温度，但淋水孔数量是按额定出力计算确定的，出力增加只是淋水盘内水位升高，孔内水流水柱的流速加快，而水柱数量没有增加，传热面积、传质面积没有增加，只能依靠设计的富裕量保持设计的除氧效果。如果负荷过大，淋水盘水位超过边缘挡板的高度时，水从边缘溢出，这时溢出的水幅厚，重量大，可能造成淋水盘震动，而且会形成圆筒形瀑布似的水幅，阻碍蒸汽的通路，并在除氧器下部产生蒸汽的间断凝结，从而发生水震。这样进水不能被充分加热，而出水之中的残余含氧量会迅速升高。
       如果出力过低，水流将不能流过所有的孔，因此出现淋水水柱数量减少和大滴的水不规则地下落等情况，使传热面积减少，水与加热蒸汽之间的温度差可能增大，水中的氧气等气体不能很好地析出，由于淋水盘直径很大，而淋水盘上水位较低，因此淋水盘装配的倾斜度和翘曲度将加剧这种水柱分布不均匀的现象。
       淋水盘结构简单，运行工况较稳定时，除氧效果能满足要求。但是其负荷适应性差，尤其是淋水盘在制造安装中存在倾斜度及翘曲度较大时则会加剧; 长期运行中可能由于水震等原因造成淋水盘等损坏，同时由于氧腐蚀， 会对淋水盘等造成腐蚀损坏、淋水孔腐蚀变形，从而影响水流，造成除氧效果变坏。
喷嘴性能对除氧的影响
       雾化喷嘴(如图2-4)安装在除氧头上部，并在雾化喷嘴下面留出雾化区。给水通过雾化喷嘴后，水滴很小，比表面积很大，有利于给水与蒸汽在雾化区内传热和传质。水滴被蒸汽加热到饱和状态，水滴中的溶氧析出，随余汽排出除氧器。
喷嘴结构
       喷嘴是除氧器内主要工作元件之一，其结构特点直接影响除氧器工作效果。
旋流式喷嘴
       旋流式喷嘴(如图2-5)的原理是使水在喷嘴内旋转,然后从喷口喷出，从而形成细小的液滴。旋流式喷嘴可以有不同的设计形状，但基本原理相似。
       水进入喷嘴腔室内，经过4 条切向槽道进入旋流室内旋转，然后经喷口喷出，成雾状散布，雾化液滴在呈锥形的雾化区内。喷嘴的形状、尺寸对流量系数、流量、雾化角、液滴分布和液滴直径都有影响。切向槽道越多，雾化出的液滴越细小。一般选择4 条槽道比较合适。
弹簧喷嘴
       弹簧式喷嘴(如图2-6)是一种在国内外除氧器中广泛采用的喷嘴，主要由芯轴、弹簧限位块、弹簧、阀瓣与阀座组成。弹簧喷嘴喷出的水形成水膜，在负荷变动时，喷口面积会变化。当负荷降低、水量减少时，喷嘴前后压差随之减小，引起弹簧回缩，喷嘴喷口截面积减少，从而使喷出的水流速度基本保持不变，仍能保持良好的水流成膜性，水膜面积不因破膜而减小。弹簧喷嘴也称为恒速喷嘴。
       对于非弹簧式喷嘴，当负荷降低时，因流量减少，水的压头降低，雾化状况恶化，液滴变得粗大。因此，弹簧喷嘴更适合除氧器滑压运行。
       弹簧喷嘴在不同负荷条件下能保持良好的水流成膜性，从20世纪80年代起曾得到较广泛推广应用。但是，由于弹簧在较高温度下不断伸缩运动，长时间会引起疲劳变形，使喷嘴头工作状况恶化。
螺旋旋流雾化喷嘴
       螺旋旋流雾化喷嘴属于旋流雾化喷嘴，利用罗纹边缘螺距的空隙使水成螺旋形旋转，然后从喷口喷出，旋转的水流散布成细小的液滴。
       螺旋旋流雾化喷嘴(如图2-7)结构较简单，由外壳腔室和旋流子组成。圆形旋流子边缘加工出矩形螺纹，旋流子放在外壳内，则矩形螺纹与内壁之间矩形空隙槽道为水流旋流通道。外壳顶部呈锥形，旋流子顶端是平面，外壳顶部内壁与旋流子顶部平面之间形成一个锥形空间，即旋流室。沿矩形螺纹槽道旋转前进的水流进入锥形旋流室，继续旋转前进，从外壳顶部圆形喷口喷出，散布成细小液滴。
       在旋流室中心有圆孔，其下部成角度较小圆锥形，此圆孔用于散布液滴，改善液滴分布空间。无圆孔时，仅依靠矩形槽道旋流，则喷出的液滴仅分布在圆锥形周围边缘，成一中空的伞状。当设置中间圆孔通道后，水流从中间底部的圆锥通道被缓冲而逐渐加速到中间圆孔通道，沿着圆孔前进旋流子顶端，进入旋流室,中间圆孔的水流在旋流室与来自矩形槽道的旋转的水流相混合，也被带动旋转前进，一起从喷口喷出。这样，喷出的液滴就均匀地散布在圆锥形的雾化空间内。
旋膜式喷管
       旋膜式喷管相当于一个管式喷嘴，在国内应用比较广泛。采用中33x4.5mm、长度1m 的钢管，在管壁上钻有一定切向角和下倾角的射流孔，孔径为中5mm，每根喷管有15个小孔。水流经过小孔以6m/s 的速度射入管内。由于存在切向角，水流在射入管内时有一切向分力而使水流沿管内壁形成连续激烈地旋转。由于向下倾角以及水自身重力使旋转水流向下流动并形成水膜，水膜厚度约为1~1.3mm。当水由喷管下端出口流出后，形成旋转抛物体的中空圆锥形水膜，加热蒸汽接触水膜的内外表面，使水与蒸汽有足够的接触面积而进行传热、传质。
       旋膜式喷管的优点在于制造简单，只是在管子上钻孔，但因使用长度较长的奥氏体不锈钢管制造，材料较为昂贵，成本较高。
内置式旋流喷嘴
       内置式旋流喷嘴(如图2-8)结构简单，只有一个零件，为一顶部封闭的旋流室。旋流室壁上开有4条切向槽道，水流经过切向槽道以后在旋流室内旋转，向下经过一段距离后从喷口喷出。由于喷口直径和旋流室直径相同，喷口大，喷出的速度较小。当压差为0.138MPa时，喷出的角度在700左右。该喷嘴没有腔室，通过螺纹旋紧安装在水室内，水室就成为腔室，水直接从水室进入旋流室。
槽板旋流喷嘴
       槽板旋流喷嘴(如图2-9)外壳和切向槽板之间的空间为腔室，进水接管通过丝扣与水室连接。水进入进水管以后，从导向的九个大圆孔进入腔室，再沿着三块切向槽板流动，通过此槽板与槽板之间形成的槽道口进入旋流室。由于切向槽板为圆弧形，使水流在旋流室内旋转，经喷口喷出，形成雾状散布。雾化液滴在锥形雾化区内。在导向板中心区域有五个小孔，水通过这五个小孔直接进入旋流室，被旋转的水流带动而一起旋转喷出，使椎体中间也散布着液滴，从而使液滴分布均匀。否则，喷出的液滴集中在中空的伞状锥体边缘。
       综上所述，热力除氧虽然形式多样，但其基本除氧原理是一致的。无论是真空条件下除氧还是其它热力除氧方式，也无论采用什么除氧元件和结构，要达到良好的除氧效果，其最有效的途径就是充分扩大加热蒸汽与被除氧水的接触面积，保证被除氧水完全被加热到饱和状态，能在除氧装置中滞留一定时间，并且保证充足的汽源和通畅的排除氧气通道。理论上讲，满足这些条件后，除氧水中的含氧量应接近零。当然，在实际的工业应用中情况要复杂的多。各种因数都会对除氧效率产生影响，所以以下要着重讨论的就是在模拟的实际工况下，一些基本的热力参数和采用的元件结构会对除氧效果产生什么影响。