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1、膜式除氧器的冷态试验研究摘要：本文介绍了膜式除氧器的基本结构、工作原理及工作过程，对膜式除氧器的重要组成部件旋流的冷态试验过程进行了说明，并给出了试验结果。关键词：膜式除氧器旋流管冷态试验随着城市集中供热的迅速发展和科学技术的不断进步，尤其对于热电联产企业，高参数大容量的蒸汽锅炉及发电机组对于热力除氧器的技术性能要求越来越高。为了提高除氧器的工作效率，使除氧水中的含氧量趋于零，提高运行的经济性和安全性，对热力膜式除氧器的深入研究工作很有必要。以下是针对热力膜式除氧器的冷态试验的研究方法的阐述。一、膜式除氧器简述1、膜式除氧器结构膜式除氧器是近几年才发展起来的一种新型除氧器，它是集射流、旋流和泡
2、沫为一体的高级除氧器，具有淋水密度大，提升温度高，进水、出水含氧浓度差大，排汽量小及全滑压等特点，适于补水率高，进水含氧高，水温低的大型锅炉和机组。膜式除氧器设有二级除氧装置，第一级是起膜器组，作为主要除氧部件；第二级是填料层，作为深度除氧。一级除氧过程由起膜器组完成。起膜器组由旋流管、连通管和隔板组成。旋流管壁上部设有进水孔，软化水首先由入口进入水室，再从水室通过旋流管壁上部的小孔进入内壁，形成射流及旋转水膜，旋流管壁的下端设有蒸汽震荡破膜孔，它具有提前加热泡沸和控制水膜形成的作用（P一般取0.020.03Mpa）。除氧器内装有常用、排汽和排水三种旋流管，连通管的作用是使积存在隔板上部的积水
3、沿管内旋流附管壁流下，管内中空，可以将滞留在隔板底部的气体排出。二级除氧过程由不锈钢形填料和网波填料组成。形填料的作用是进行水的二次分配，安装在汽液网上面。网波填料是用0.10.4mm的扁不锈钢制成的圆筒形扁网带，卷制成一定尺寸和形状，固定在框架内。此外，还设有一些辅助装置，凝结水管路引至除氧水室，当锅炉疏水启动时，软化水引至凝结水管路，混合后一并进入水室。高压加热器疏水中的溶解氧接近于零，直接送入网波填料上部。在除氧水箱的上部接有排汽管直接引向除氧器的水膜裙间，加热蒸汽管引至除氧器的最底层。在除氧器顶部至凝汽器头部之间设有排汽管，作为除氧器启动时负压运行使用。在除氧水箱内设有再沸腾管，供除氧
4、器启动时加热除氧水使用。2、膜式除氧器除氧机理膜式除氧器采用热力除氧方法，无论其结构如何变化，其除氧原理都是建立在亨利定律和道尔顿定律基础上的。亨利定律指出：在一定温度下，当气、液两相达到平衡时，单位体积水中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比，即：C=EP式中C气体在水中的溶解量kmol/m3P平衡时水面上该气体的分压力N/m2E气体的溶解系数kmol/(m3N/m3)，其值随温度的升高而降低如果用某种方法降低液面上该气体的分压力，使气体在液面上的实际分压力小于平衡压力，即形成了不平衡压差P，该气体就会在不平衡压差作用下，由水中离析出来，直至达到新的平衡。如果能够不断地从液面上把该气体除
5、掉，破坏其平衡的建立，这种过程就继续进行，直到把水中气体全部除去。道尔顿定律指出：混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和，所以在水面上的分压力为：P=PjPs式中：Pj溶于水中的各种气体的分压力Ps水蒸汽的分压力在定压下将水加热至沸点，使蒸汽的分压力几乎等于液面上的全压力，其它气体的分压力趋于零（把由水中逸出的气体及时排出），这样可保证使溶于水中的气体从水中全部逸出而被除去。综上所述，热力除氧必须同时具备两个条件：（1）快速将水加热到相应压力下的饱和温度的传热条件。（2）把气体从水中迅速全部离析出来的传质条件。二、旋流管冷态试验及结果分析1、旋流管冷态试验的目的旋流管是膜式除氧器的主要部件
6、，除氧器的除氧效果和运行稳定性与旋流管结构及喷淋特性是密切相关的，所以掌握旋流管的喷淋特性及传热机理，对于合理的设计和选用旋流管，提高除氧器的工作效率具有重要意义。旋流管焊接在除氧器的水室中，凝结水和补给水进入除氧器的水室后，在水室和旋流管内的压差作用下，水通过旋流管管壁上的一批带有倾斜角的小孔射入管的内壁，沿管内壁旋转流动而下，在管内壁形成高速旋转流动的薄水膜，当水由旋流管下口喷出时，形成锥形水膜裙。由于射流和旋流的作用，使水膜流动处于湍流状态，强化了水汽之间的传热传质过程，水膜裙增大了传热面积，强化了传热传质，同时，水形成膜状有利于氧的扩散和析出，加速除氧过程的进行。液膜在旋流管内的流动是
7、大波动的自由表面流动，旋转液膜的雷诺数、速度、厚度以及湍流度等对于水、汽间的传热传质都有很大影响，而决定这些参数的重要因素是旋流管管壁上的射流孔径、倾角以及排列方式。为了合理布置射流孔，使旋流管取得最佳的工作效果，对旋流管进行冷态模型试验很有必要。2、试验装置及测试仪器的选择冷态模型试验的测试系统装置如图1所示。3、旋流管的冷态模型试验（1）热线风速仪的校准在校准过程中，以直径d=28.4mm的圆管在不同流量下水流的最大速度作为校准速度，并以此标准速度确定在测试条件下流体速度和电子仪器输出电压之间的响应关系。圆管中水流的最大速度按湍流理论中的指数定律求得。湍流光管中速度分布满足如下指数方程：V
8、x/Vmax=(Y/r0)n圆管中的平均流速V为：V=1/（）VxdA=2Vmax（Y/r0）n（1Y/r0）d(Y/r0)=2Vmax/(n1)(n2)Vmax=1/2n1)(n2)V式中，指数n随雷诺数而变，n及V/Vmax随Re的变化关系详见表1。由于Re=vd/，所以利用表1可求出圆管中不同流量对应的最大速度，结果列于表2。（2）旋流管的冷态试验过程为测得旋流管管壁上射流的直径d和倾角对液膜流场的影响，对4个1084.5的旋流管（小管）和1335的旋流管（大管）进行冷态试验。旋流管的结构如图2所示。旋流管的特性数据见表3。流速的测试采用热线风速仪进行，沿着旋流管的半周边布置5个测点，对
9、应不同的工况（流量一定），每个测点采样2次，该测点的速度取为2次采样的平均值。（3）试验数据处理由于水在旋流管内的流动是旋转的薄膜流动，在出口边5个测点上的速度是不均匀的，因此，仅从5个测点上的速度分布很难判断旋流管性能的好坏，所以在数据处理过程中，把每一工况下5个测点的统计平均值作为该工况下的当量速度，以Vd表示。设某一测点的速度为Vi，不均匀度为Turi,Vi=(Vi1Vi2)/2,Turi=(Turi1Turi2)/2Vi1,Vi2某测点在某一工况下的两次采样速度Turi1，Turi2某测点在某一工况下的两次采样的不均匀度Vd=(ViI)/5Turi=(TuriI)/5假设液膜厚度是均匀
10、的，为，则在某一流量Qi工况下的液膜厚度为：i=Qi/(3600DVd)管内液膜流动的当量直径为：Dei=(4Di)/(D)=4i雷诺数为：Rei=(VdDei)/=4iVd/在此数据处理基础上，根据热线风速仪的采样数据，使用SVFER绘图软件，绘出每个旋流管的当量速度，不均匀度、水室压强、液膜厚度及液膜流动的雷诺数随压力的变化规律。以下给出小管、大管的流量、流速及旋膜厚度的特性变化曲线，如图3图8所示。4、试验结果分析根据对旋流管流态的观察和对测试结果的分析，可得出如下结论：（1）当流量相同时，小管雷诺数大于大管雷诺数，小管的水裙明显好于大管的水裙。因此，作为膜式除氧器的旋流管，小管的效果更
11、好。（2）不同的、角相组合，对旋膜的流态有一定的影响。在相同的水室压力、相同的孔径和孔数的情况下，随着、角的不同，旋流管的流量、雷诺数、流速和旋膜厚度也不相同。（3）通过调整水室压力，可以改善膜式除氧器旋流管的流态。所以，控制好旋流管水室内的压力，是改善膜式除氧器除氧效果的重要措施。（4）由于旋流管内形成的旋转液膜的流速较大，液膜厚度较薄，雷诺数又大于湍流临界雷诺数，因此在热状态下易于传热传质，这是膜式除氧器工作效率高的重要原因之一。（5）旋流管的湍流不均匀度在流量大时比流量小时低，大流量状态产生的旋膜比较稳定。对于小管，=40，=8时效果最好。对于大管，=56，=8时效果最好。三、结论通过对膜式除氧器旋流管冷态试验结果的分析，得出如下结论：1、液体在旋流管内的流动是大波动的自由表面流动，雷诺数的大小决定液体的流动状态，而影响雷诺数的主要因素是旋流管管壁上射流孔的孔径、倾角和孔的排列方式。2、实验证明，作为膜式除氧器的旋流管，在流量相同的情况下，小管的效果好于大管。3、旋流膜为深度除氧创造了条件，由于旋流液膜的流速高、湍流度大，使液膜中的气体分子获得较大的动能，增强了克服液体表面张力的能力。而且由于旋流的卷吸作用，强化了气体分子的离析和逸出，从而提高了除氧的效率。