除氧器设计计算大纲

2/2除氧器设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业除氧器、压力容器相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《火力发电厂除氧器技术条件》（DL/T1813-2018）《电站压力式除氧器安全技术规程》（DL/T612-2018）《压力容器》（GB150-2011）《锅炉机组热力计算标准方法》《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-2013）《火力发电厂水汽化学监督导则》（DL/T561-2013）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）1.2适用范围本大纲适用于火力发电厂、工业锅炉的各类除氧器设计计算工作，涵盖大气式除氧器、高压除氧器、真空除氧器，涵盖立式、卧式、喷雾式、填料式、淋水盘式等各类结构形式，适用于锅炉给水的热力除氧、解析除氧等各类除氧工况，可作为除氧器设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他热力设备设计大纲形成完整的电站与工艺设备设计体系。二、基础设计参数计算2.1工质物性参数除氧器的工质包括水、水蒸气以及溶解的不凝结气体（氧气、氮气等），核心物性参数计算如下：水与水蒸气物性：密度：根据温度压力查取，常温清水取1000kg/m³，饱和水随温度修正，ρ导热系数：λw=0.58+0.001T，T动力粘度：μw=μ0exp-bT亨利系数计算：气体在水中的亨利系数随温度变化，是除氧计算的核心参数：

E=参数说明：E：温度T下的亨利系数（Pa），氧气的E0=2.3e6Pa，Ea=15000J/molR：通用气体常数，取8.314J/(mol・K)T：热力学温度（K）气体物性：不凝结气体的密度、粘度，常温空气取1.29kg/m³，动力粘度取1.8×10-5Pa2.2工况参数初选工作压力：大气式除氧器：工作压力0.11\0.12MPa（绝对压力），对应饱和温度102\105℃高压除氧器：工作压力0.4\0.8MPa，对应饱和温度143\170℃真空除氧器：工作压力0.02\0.05MPa，对应饱和温度60\80℃进出水参数：进水温度：凝结水取30\80℃，补给水取20\30℃出水温度：对应工作压力下的饱和温度，保证过冷度为0进水含氧量：常温补给水取8\10mg/L，凝结水取0.5\2mg/L出水含氧量：大气式≤15μg/L，高压式≤7μg/L，满足GB1576的要求加热蒸汽参数：汽轮机抽汽，压力对应除氧器工作压力+0.1~0.2MPa，温度为对应压力下的饱和温度或微过热2.3溶解氧平衡参数根据亨利定律，平衡状态下水中的溶解氧浓度：

C参数说明：C*：平衡溶解氧浓度（mg/Lpo：气相中氧气的分压（PaMo：氧气的摩尔质量，取当水温达到饱和温度，且p_o趋近于0时，C*趋近于0，实现深度除氧。三、热负荷与能量平衡计算3.1工艺热负荷计算除氧器的核心是将进水加热到工作压力下的饱和温度，使溶解气体析出，基于能量守恒原理，加热蒸汽量的计算公式：

m参数说明：ms：加热蒸汽的质量流量（kg/smw：给水的总质量流量（kg/shw,in、hmex：排气的质量流量（kg/shex：排气的焓值（J/kgmd,i、hd,i：各路疏水的质量流量与焓值（hs：加热蒸汽的焓值（J/kghc：加热蒸汽凝结水的焓值（J/kg规范依据：《电站压力式除氧器安全技术规程》（DL/T612-2018）第5.2条3.2热损失修正考虑除氧器的散热损失、排气热损失，热负荷需进行修正：

Q参数说明：Q0：理论热负荷（Wη：热效率系数，常规取0.98\0.99，预留1%\2%的散热裕度排气热损失单独计入，已在蒸汽量公式中考虑。3.3负荷波动修正考虑机组负荷的波动，最大热负荷按1.1~1.2倍额定负荷计算，保证低负荷、变负荷工况下的除氧效果，加热蒸汽量需预留20%的裕度。四、热力除氧传质计算4.1分压与平衡浓度计算根据道尔顿分压定律，气相总压等于各组分分压之和：

P=参数说明：P：除氧器内的总压力（Pa）pspo、pn：氧气、氮气的分压，随排气过程不断降低

当水被加热到饱和温度，水蒸气的分压等于总压，此时不凝结气体的分压趋近于4.2双膜理论传质速率计算水中溶解氧的析出传质过程，采用双膜理论计算，传质速率公式：

N=参数说明：N：传质速率（kg/(m³・s)），单位时间单位体积的传质量KL：液相传质系数（m/s），常规填料塔取1.0∼3.0×a：填料的比表面积（m²/m³），常规鲍尔环取100~200m²/m³C：水中实际的溶解氧浓度（kg/m³）C*：平衡状态下的溶解氧浓度（kg/m³规范依据：《火力发电厂除氧器技术条件》第6.3条4.3传质单元数与单元高度传质单元数（NTU）：

NTU=参数说明：Cin、C常规除氧器的NTU取值为3~5，保证氧的脱除率达到99%以上。传质单元高度（HTU）：

H参数说明：HOG：传质单元高度（m），常规填料取填料层高度计算：

H常规填料除氧器的填料层高度为1.5~2.5m，保证足够的传质时间。4.4残余氧含量验算根据传质计算，出水的残余氧含量：

C验算是否满足规范要求：大气式除氧器Cout≤15μg/L，高压除氧器C五、传热计算5.1传热系数计算除氧器内的传热是水与蒸汽之间的相变换热，不同结构的传热系数：喷雾式除氧器：

喷雾的对流传热系数：α=2000∼3000W/(m²・K)，液滴的换热非常强填料式除氧器：

填料层的传热系数：K=1500∼2500W/(m²・K)，汽液逆流接触的换热淋水盘式除氧器：

淋水的传热系数：K=1000∼1800W/(m²・K)，比填料式略低5.2传热温差与面积计算对数平均温差：

Δ因为蒸汽温度恒定，所以是恒温传热，温差是对数平均。传热面积计算：

A设计时预留10%~15%的面积裕度，实际传热面积Aact六、结构尺寸设计计算6.1筒体直径设计筒体的直径根据蒸汽的流速确定，防止蒸汽流速过高导致带水：

D=参数说明：D：筒体的内径（m）ρs：饱和蒸汽的密度（kg/m³），0.12MPa下取0.6kg/m³，0.5MPa下取us：蒸汽的允许流速，立式除氧器取0.3\0.8m/s，卧式取0.2\0.5m/s常规立式除氧器的直径：100t/h出力取1.6\2.0m，300t/h取2.5\3.0m。6.2内部构件高度设计喷雾层高度：喷雾的射程，保证液滴的加热与初步除氧，常规取0.8~1.2m填料层高度：同传质计算的Hpack，汽液分离层高度：顶部的汽液分离器，高度取0.5~1.0m，分离携带的水滴总筒体高度：Hshell=H6.3储水箱容积设计除氧器的储水箱需要储备锅炉的给水，保证机组负荷波动时的给水供应，计算公式：

V参数说明：Dmax：锅炉的最大给水流量（m³/htreserve：储备时间，常规取15\30min，即0.25\规范要求：储水箱的有效容积应满足锅炉最大连续蒸发量下15~30min的给水流量，《电站压力式除氧器安全技术规程》第5.4条。6.4接管尺寸设计各个接管的管径根据流速计算：进水管：管内水流速取1.5~2.5m/s，管径d=加热蒸汽管：蒸汽流速取20~30m/s，管径d=出水管：给水出水流速取2.0~3.0m/s排气管：排气流速取10~20m/s，管径d=七、强度与承压校核7.1筒体强度校核除氧器作为压力容器，筒体的强度按内压圆筒计算：

σ=参数说明：P：设计压力（MPa），取工作压力的1.05~1.1倍D：筒体的内径（mm）t：筒体的壁厚（mm）φ：焊接接头系数，取0.85σt：设计温度下材料的许用应力（MPa），Q345R钢取规范依据：《压力容器》（GB150-2011）第5.3条7.2封头强度校核椭圆形封头的强度计算：

σ=参数说明：K：椭圆形封头的形状系数，标准椭圆封头（a/b=2）取1.0其余参数同筒体。7.3开孔补强计算对于筒体上的开孔（接管、人孔），采用等面积法进行补强计算：

A其中A为开孔的削弱面积，A_e为有效补强面积，保证开孔后的强度满足要求。7.4水压试验校核水压试验的压力与应力验算：

p保证水压试验时，筒体不发生塑性变形，试验压力保压30min压降不超过0.05MPa。八、水力与阻力计算8.1流速验算各个接管的流速验算，保证不冲蚀、不积气：进水管：1.5~2.5m/s出水管：2.0~3.0m/s蒸汽管：20~30m/s排气管：10~20m/s筒体内蒸汽流速：0.3~0.8m/s8.2填料层阻力计算蒸汽通过填料层的阻力：

Δ参数说明：λ：填料的摩擦系数，常规鲍尔环取0.2~0.3dp：填料的公称直径（m常规填料层阻力为500~1000Pa，满足系统的压力要求。8.3排气阻力计算排气管的沿程阻力与局部阻力，保证排气通畅，不憋压：

Δ排气阻力不宜超过1000Pa，防止影响除氧器的压力。8.4水箱水位验算储水箱的有效水位，最高水位、最低水位：最高水位：不超过水箱高度的80%，防止满水最低水位：不低于出水管的入口，防止进气，保证储备时间的水位正常水位：在中间位置，波动范围±50mm。九、排气与排汽系统计算9.1排气量计算为了排出不凝结气体，排气量需满足：

m即排气量为进水量的0.5%~1%，保证不凝结气体能够及时排出，同时减少蒸汽的浪费。对于高压除氧器，排气量取0.5%\0.8%，大气式取0.8%\1.0%。9.2排汽冷却器计算排气的余热可以通过排汽冷却器回收，加热补给水，热负荷计算：

Q排汽冷却器的传热面积计算同常规换热器，回收排气的热量，提高热效率。十、防腐与保温设计计算10.1腐蚀裕量计算根据水侧的腐蚀速率，计算所需的腐蚀裕量：

C=参数说明：vcorr：腐蚀速率，除氧器的水侧取0.05mm/tlife：设计寿命，取15常规腐蚀裕量取0.8~1.0mm，保证寿命周期内的壁厚足够。10.2保温层厚度计算除氧器的保温层，控制热损失，按最大允许热损失计算厚度：

δ=λ参数说明：λ：保温材料的导热系数，岩棉取0.04W/(m・K)Tf：除氧器的壁温，Q：最大允许热损失，按GB50264取值常规保温层厚度：50~100mm，保证热损失不超过100W/m²。十一、除氧效果验证与优化11.1性能指标验证除氧效果验证：出水的含氧量是否满足要求，高压≤7μg/L，大气式≤15μg/L温度验证：出水温度是否达到饱和温度，过冷度≤0.5℃压力验证：除氧器的工作压力是否稳定，波动≤0.01MPa热效率验证：热效率是否≥98%，热损失是否在允许范围内带水验证：排汽的带水量是否≤0.1%，无严重带水11.2设计优化当参数不满足要求时，可通过以下方式优化：调整加热蒸汽参数：提高蒸汽的压力温度，提高加热能力优化内部构件：增加填料层高度，更换高效填料，提高传质能力调整排气量：增大排气量，降低不凝结气体的分压优化进水参数：提高进水温度，降低进水含氧量调整储水箱容积：增大储备容积，适应更大的负荷波动十二、计算成果与验收要求12.1计算成果整理除氧器设计计算完成后，需整理以下成果：计算依据：引用的规范标准、工况参数、材料参数基础参数：工质物性、亨利系数、工况参数的计算结果热负荷计算：加热蒸汽量、热损失、能量平衡的计算结果传质计算：传质系数、NTU、填料高度、残余氧的验算结果传热计算：传热系数、传热面积的计算结果结构设计：筒体直径、水箱容积、接管尺寸的设计结果强度验算：筒体、封头、水压试验的验算结果阻力计算：填料阻力、排气阻力的计算结果计算结论：明确除氧器设计是否满足规范要求，提出施工与维护注意事项12.2验收要求计算报告需经专业工程师审核、签字确认，确保计算过程合规、结果准确设备的材料、规格、性能参数需与计算取值一致，进场时需提供产品合格证、检测报告施工过程中，需严格按照计算确定的参数安装内部构件、接管，保证填料的装填高度、接管的尺寸符合要求试运行期间，需监测出水的含氧量、温度、压力，验证除氧效果是否满足设计要求，合格后方可投入使用参考文献[1]中华人民共和国国家能源局。火力发电厂除氧器技术条件(DL/T1813-2018)[S]。