工業(yè)鍋爐給水除氧途徑分析與技術(shù)應(yīng)用

工業(yè)鍋爐給水除氧途徑分析與技術(shù)應(yīng)用

在鍋爐給水處理工藝過程中，除氧是一個(gè)非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。氧是給水系統(tǒng)和鍋爐的主要腐蝕性物質(zhì)，給水中的氧應(yīng)當(dāng)迅速得到清除，否則它會(huì)腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)和部件，，腐蝕產(chǎn)物氧化鐵會(huì)進(jìn)入鍋內(nèi)，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難容而傳熱不良的鐵垢，而且腐蝕會(huì)造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點(diǎn)坑，阻力系數(shù)增大。管道腐蝕嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)l(fā)生管道爆炸事故。國家規(guī)定蒸發(fā)量大于等于2噸每小時(shí)的蒸汽鍋爐和水溫大于等于95℃的熱水鍋爐都必需除氧。多年來眾多鍋爐給水處理工作者一直都在探求既高效又經(jīng)濟(jì)的除氧方法。本文介紹鍋爐給水幾種主要除氧的主要方法，并結(jié)合近幾年在這些方法基礎(chǔ)上作的調(diào)整和改進(jìn)，對(duì)這幾種方法作分析和總結(jié)，供鍋爐給水處理工作者參考。
　　1 除氧途徑的分析
　　1.1 物理方法　　 根據(jù)亨利定律可知，任何氣體同時(shí)存在于水面上，則氣體的溶解度與其自己的分壓力成正比，而且氣體的溶解度僅與其本身的分壓力有關(guān)。在一定壓力下，隨著水溫升高，水蒸汽的分壓力增大，而空氣和氧氣的分壓力越來越小。在 100℃時(shí)，氧氣的分壓力降低到零，水中的溶解氧也降低到零。當(dāng)水面上壓力小于大氣壓力時(shí)，氧氣的溶解度在較低水溫時(shí)也可達(dá)到零。這樣，隨著水溫的升高，減小其中氧的溶解度，就可使水中氧氣逸出。另外，水面上空間氧氣分子被排出，或轉(zhuǎn)變成其它氣體，從而氧的分壓力為零，水中氧氣就不斷地逸出。采用物理方法除氧，是利用物理的方法將水中的氧氣析出，常用的有熱力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。
　　1.2 化學(xué)方法　　采用化學(xué)方法除氧 ，主要是利用化學(xué)反應(yīng)來除去水中含有的氧氣， 使水中的溶解氧在進(jìn)入鍋爐前就轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬或其它藥劑的化合物，從而將其消除，常用的有藥劑除氧法和鋼屑除氧法等。
　　1.3 電化學(xué)方法　　鍋爐給水除氧 ，除可以采用化學(xué)方法和物理方法之外，還可以采用電化學(xué)方法。電化學(xué)除氧，是應(yīng)用電化學(xué)保護(hù)的原理，使一種易氧化的金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕，讓水中的氧被消耗掉而去除。此法與上述除氧方法比較，設(shè)備簡單，操作使用方便，運(yùn)行費(fèi)用低，可廣泛應(yīng)用于低壓鍋爐及熱水鍋爐的給水除氧。但是電化學(xué)除氧法目前雖然尚無成熟的經(jīng)驗(yàn)，但根據(jù)試制使用的情況看，其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性比較明顯。
　　2 除氧方法的比較和分析
　　2.1 熱力除氧　　 熱力除氧一般有大氣式熱力除氧和噴射式熱力除氧。其原理是將鍋爐給水加熱至沸點(diǎn)，使氧的溶解度減小，水中氧不斷逸出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣連同水蒸汽一道排除，還能除掉水中各種氣體（包括游離態(tài)CO2，N2），如用銨鈉離子交換法處理過的水，加熱后3也能除去。除氧后的水不會(huì)增加含鹽量，也不會(huì)增加其他氣體溶解量， 操作控制相對(duì)容易，而且運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，是目前應(yīng)用最多的一種除氧方法。 　　 為了保證熱力除氧器具有可靠的效果，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)滿足足下列條件 :a .增加水與蒸汽的接觸面積，水流分配要均勻。b .保證氧氣在水中的溶解壓力與水面上它的分壓力之間有壓力差。c.保證使水被加熱到除氧器工作壓力下的沸騰溫度，一般采用 104℃。 　　 熱力除氧技術(shù)是一種普遍采用的成熟技術(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在著一些問題 : 首先經(jīng)熱力除氧以后的軟水水溫較高，容易達(dá)到鍋爐給水泵的汽化溫度，致使給水在輸送過程中容易被汽化；而且當(dāng)熱負(fù)荷變動(dòng)頻繁，管理跟不上，除氧水溫 <104℃時(shí)，使除氧效果不好。其次，這種除氧方法要求設(shè)備高位布置，增加了基建投資，設(shè)計(jì)、安裝、操作都不方便。，為了達(dá)到給水泵中軟化水汽化的目的，這種除氧方法一般要求除氧器高位配置，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生很大的噪音和震動(dòng)，帶來不便。第三，使得鍋爐房自耗汽量增大，減少了有效外供汽。第四，對(duì)與小型快裝鍋爐和要求低溫除氧的場合，熱力除氧有一定的局限性，對(duì)于純熱水鍋爐房也不能采用。 　　 對(duì)于采取熱力除氧的鍋爐，在裝新鍋爐時(shí)，將大氣熱力除氣器裝在地面，而將除氧后的高溫軟化水輸送管道經(jīng)過軟水箱，使其與軟水箱中的水進(jìn)行熱交換，而后流至鍋爐給水泵，經(jīng)省煤器進(jìn)入鍋爐。這樣改進(jìn)首先可以減少鍋爐房的振動(dòng)和噪音，改善了鍋爐房的工作環(huán)境，還降低了鍋爐房的工程造價(jià)。其次，通過在軟水箱中的熱交換，軟水箱中的水溫提高了，熱量沒有浪費(fèi)，同時(shí)也相當(dāng)于除氧器進(jìn)水溫度，除氧器將進(jìn)水加熱到飽和溫度的時(shí)間也縮短了，有利于達(dá)到預(yù)期的除氧效果。
　　2.2 真空除氧　　這是一種中溫除氧技術(shù) ，一般在 30℃～ 60℃溫度下進(jìn)行?？蓪?shí)現(xiàn)水面低溫狀態(tài)下除氧 (在 60℃或常溫 )，對(duì)熱力鍋爐和負(fù)荷波動(dòng)大而熱力除氧效果不佳的蒸汽鍋爐，均可用真空除氧而獲得滿意除氧效果。相對(duì)于熱力除氧技術(shù)來說，它的加熱條件有所改善，鍋爐房自耗汽量減少，但熱力除氧的大部分缺點(diǎn)仍存在，并且真空除氧的高位布置，對(duì)運(yùn)行管理噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設(shè)備的要求比熱力除氧更高。低位布置也需要一定的高度差，而且對(duì)噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行管理要求也很高。另外還增加了換熱設(shè)備和循環(huán)水箱。　 真空除氧能利用低品位余熱，可用射流加熱器加熱軟化水 ；又能分級(jí)及低位安裝，除氧可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡單，適用范圍廣。我國節(jié)能工作大力開展以來，工業(yè)鍋爐房用此法除氧日漸增多。
　　2.3 化學(xué)除氧 　　( 1)鋼屑除氧，水經(jīng)過鋼屑過濾器，鋼屑被氧化，而水中的溶解氧被除去。有獨(dú)立式和附設(shè)式兩種。此法水溫要求大于 70%，以 80～ 9 0℃溫度效果最好。溫度 20～ 30℃除氧效果最差。使用鋼屑要求壓緊，越緊越好，水中含氧量越大，要求流速降低，因?yàn)殇撔汲踝詰?yīng)用以來改進(jìn)和提高不大，除氧效果也不太可靠，一般用在對(duì)給水品質(zhì)要求不高的小型鍋爐房，或者作為熱力網(wǎng)補(bǔ)給水，以及高壓鍋爐熱力除氧后的補(bǔ)充除氧，一般僅作輔助措施。 　　( 2)亞硫酸鈉除氧， 這是一種爐內(nèi)加藥除氧法。因?yàn)樵诮o水系統(tǒng)中氧使鍋爐的主要腐蝕性物質(zhì)，所以要求迅速將氧從給水中去除，一般使用亞硫酸鈉作為除氧劑，2Na2SO3+O2→ 2Na2SO4，通常要求加藥量比理論值大。溫度愈高，反應(yīng)時(shí)間愈短，除氧效果愈好。當(dāng)爐水pH=6時(shí)，效果最好，若pH增加則除氧效果下降。加入銅、鈷、錳、錫等作催化劑，可提高除氧效果。該方法由于亞硫酸鈉價(jià)廉故而投資低，安全，操作也較為簡單。但此法加藥量不易控制，除氧效果不可靠，無法保證達(dá)標(biāo)。另外還會(huì)增加鍋爐水含鹽量，導(dǎo)致排污量增大、熱量浪費(fèi)，是不經(jīng)濟(jì)的。因此該方法一般用在小型鍋爐房和一些對(duì)水質(zhì)要求較高的熱力系統(tǒng)中作為輔助除氧方式。 　　( 3)聯(lián)氨 (肼 )除氧，目前此法多用作熱力除氧后的輔助措施，以達(dá)到徹底清除水中的殘留氧，而不增加爐水的含鹽量。當(dāng)壓力大于6.3Mpa時(shí)，亞硫酸鈉主要分解成腐蝕性很強(qiáng)的二氧化硫和硫化氫，因此對(duì)高壓鍋爐，多采用聯(lián)氨，聯(lián)氨與氧反應(yīng)生成氮和水，有利于阻礙腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展。因聯(lián)氨有毒，容易揮發(fā)，不能用于飲用水鍋爐和生活用水鍋爐除氧。許多鍋爐廠正限制或不再使用。
　　2.4 解析除氧　　解析除氧時(shí)近年來興起的一種比較先進(jìn)的技術(shù)，其工作原理解是將不含氧的氣體與要除氧的給水強(qiáng)烈混合接觸 ， 使融解在水中的氧解析至氣體中去，如此循環(huán)而使給水達(dá)到脫氧的目的。 　　解吸除氧有以下特點(diǎn)：1.待除氧水不需要預(yù)熱處理，因此不增加鍋爐房自耗汽；2.解吸除氧設(shè)備占地少，金屬耗量小，從而減少基建投資；3.除氧效果好。在正常情況下，除氧后的殘余含氧量可降到0.05mg/L；4.解吸除氧的缺點(diǎn)是裝置調(diào)整復(fù)雜，管道系統(tǒng)及除氧水箱應(yīng)密封。 現(xiàn)在的解析除氧方法一般采用新型解析除氧器，用加熱器代替了原來的鍋爐煙氣加熱，并采用活性炭加催化劑作為還原劑，從而大大減少設(shè)備占地面積，在解析內(nèi)部增加隔板控制水流，并加小孔和孔管，使水中的含氧氣體充分逸出，達(dá)到很好的除氧效果。解吸除氧設(shè)備小，制造容易，耗鋼材，投資低，操作方便，運(yùn)行可靠，不用化學(xué)藥品， 減少了環(huán)境污染，可在低溫下除氧，除氧效果好。目前國內(nèi)在熱水鍋爐和單層布置的工業(yè)鍋爐內(nèi)已廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是只能除去水中氧氣而不能除去其他不凝氣體，水中二氧化碳含量有所增加；水箱水面不能密封，有時(shí)使除氧后的水與空氣接觸從而影響除氧效果。 　　 早在20世紀(jì)60年代，國內(nèi)外許多鍋爐房曾廣泛地采用了此種技術(shù)，但由于當(dāng)時(shí)的反應(yīng)器是設(shè)置在煙道里，不能適應(yīng)熱負(fù)荷的變化。因此，該技術(shù)的使用一度受到限制。到20世紀(jì)90年代，研制出了一種集中設(shè)置電加熱反應(yīng)器的第二代解吸除氧器，使這項(xiàng)技術(shù)又有了長足的發(fā)展。特別是清華大學(xué)和機(jī)電部設(shè)計(jì)研究院等單位研制的新型解吸除氧器，克服了原來的不足和缺點(diǎn)，將加熱爐與反應(yīng)器分開，加熱爐加熱從解吸除氧器出來的氣體，加熱后的氣體經(jīng)反應(yīng)器時(shí)脫氧，使待脫氧水中的含氧氣體能充分解吸出來，保證了運(yùn)行的可靠性和除氧效果。且體積和耗電量都比原來設(shè)備小。采用新型解吸式系統(tǒng)，省去了除氧水箱，解決了原先水箱的密封問題。多家鍋爐房運(yùn)行證明，解吸除氧器操作簡單，投資低，運(yùn)行可靠，效果較好。但同時(shí)存在著影響除氧因素較多，只能除氧氣，不能除其它氣體的問題。
　　2.5 樹脂除氧　　當(dāng)水通過樹脂層后 ，把水的溶解氧由零價(jià)還原成負(fù)二價(jià)，形成氧化物 (氧化銅 )，樹脂失效后可用肼還原，Cu2+ 被樹脂上的交換基因吸收。使用中應(yīng)注意出水中含有微量肼，不能做生活飲用水。除氧水箱應(yīng)與空氣隔絕，同時(shí)要設(shè)兩個(gè)除氧罐，才能保證連續(xù)供應(yīng)脫氧水。由電子工業(yè)部十二研究所研制的Y-12型氧化還原樹脂除氧器系列專利產(chǎn)品，在清華大學(xué)、北京第三機(jī)床廠熱水鍋爐中應(yīng)用，獲得給水殘余氧 0.06～0.02 mg/L的優(yōu)良除氧效果。目前已在小型熱水鍋爐中推廣使用。 　　使用該法除氧產(chǎn)生的蒸汽和熱水，均不允許與飲用水和食物接觸，且投資和占地均較大，一般不宜在工業(yè)鍋爐上推廣應(yīng)用。
　　3后語　　鍋爐給水除氧方式多種多樣，要想高效經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定安全運(yùn)行，必須結(jié)合爐型和實(shí)際情況 ，根據(jù)鍋爐的熱力參數(shù)、水質(zhì)、噸位、負(fù)荷變化、經(jīng)濟(jì)條件等情況綜合考慮，因地制宜選用?！　?duì)于給水除氧技術(shù)，要時(shí)刻關(guān)注新技術(shù)、新材料、新成果 ，勇于探索和改進(jìn)創(chuàng)新，尋求除氧效果好，運(yùn)行可靠，管理簡單，且所需投資少的方法 。