對熱水鍋爐給水除氧方式的探討

1前言

為保證鍋爐安全運(yùn)行，對鍋爐給水進(jìn)行有效的除氧是非常重要的。在國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB1576—2001）中，對鍋爐水質(zhì)提出了嚴(yán)格要求，要求蒸發(fā)量大于2t/h的蒸汽鍋爐和額定功率≥4.2MW的熱水鍋爐，都必須除氧。在鍋爐房設(shè)置適用的除氧設(shè)施，除去鍋爐給水中的溶解氧，是保護(hù)熱力系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必不可少的手段。

2鍋爐氧腐蝕簡介

氧腐蝕是影響鍋爐安全運(yùn)行和使用壽命的關(guān)鍵問題之一。特別是隨著熱水鍋爐的發(fā)展，腐蝕問題更為突出，引起人們極大的關(guān)注。溶解在水中的氧是造成鍋爐腐蝕的重要因素。試驗(yàn)證實(shí)，腐蝕速度與溶液中氧的濃度成正比，

氧是很活潑的氣體，它能跟絕大多數(shù)金屬直接化合，當(dāng)其與金屬化合后，往往形成沉淀或穩(wěn)定的化合物，這些氧化物不再與金屬化合，起腐蝕作用的是水中的溶解氧。防止鍋爐氧腐蝕最有效的方法就是加強(qiáng)鍋爐給水的除氧，使給水中的含氧量達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3除氧的原理與途徑

根據(jù)氣體溶解定律：任何氣體在水中的溶解度與此氣體在氣水界面上的分壓力和水溫有關(guān)。根據(jù)氧的特性，水中除氧可從以下幾個(gè)方面著手：

(1)使水加熱，減小氧的溶解度，水中氧氣就可以逸出;

(2)使水面上空的氧分子都排除，或轉(zhuǎn)變成其他氣體。既然水面上沒有氧分子存在，氧的分壓力就為零，水中氧的溶解度為零，水中氧氣不斷逸出；

(3)使水中的溶解氧在進(jìn)入鍋爐之前就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c金屬或其他藥劑的化合物而消耗干凈。

鍋爐給水常用的除氧方法有：熱力除氧 、真空除氧、解吸除氧 、鋼屑及加藥除氧、海綿鐵常溫過濾式除氧等。

4各類除氧方式的分析

4.1熱力除氧

熱力除氧原理是將水加熱至相應(yīng)壓力下的飽和溫度（一般達(dá)到沸點(diǎn)），蒸汽分壓力接近水面上的全壓力，溶解于水中氧的分壓力接近于零，使氧析出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣排除，從而保證給水含氧量達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

熱力除氧有以下特點(diǎn)：

（1）不僅能除O2，還能除CO2及其他氣體；

（2）除氧水中不增加含鹽量，也不增加其它氣體的溶解量；

熱力除氧按壓力大小可分為壓力式和大氣式兩種。鍋爐給水常采用大氣式熱力除氧器，圖2是熱力除氧的系統(tǒng)圖。除氧器內(nèi)保持比大氣壓力稍高的壓力（一般為0.02～0.025MPa表壓力，此壓力下飽和溫度為104～105℃），以便于排出逸出的氣體。在實(shí)際運(yùn)行中，常因熱負(fù)荷頻繁變動(dòng)及管理操作水平等原因，而使鍋爐給水實(shí)際的除氧效果受較大影響。另外，熱力除氧還必須有蒸汽供應(yīng)。

4.2真空除氧

真空式除氧是在低于大氣壓力（真空度600~700mmHg）下進(jìn)行除氧的，屬于低溫除氧。常用的真空除氧系統(tǒng)有蒸汽噴射和水噴射兩種，由于給水溫度要求低，用熱水加熱即可，因此可用于熱水鍋爐系統(tǒng)。

真空除氧效果好壞的關(guān)鍵是保證真空度，由于熱負(fù)荷的波動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)的氣密性難以保證，故在供熱系統(tǒng)除氧中應(yīng)用不廣泛。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

4.3解吸除氧

解析除氧是基于亨利定律，氧在水中的溶解度與水所接觸的氣體中的氧的分壓力成正比，而氣體中氧的分壓力又與氣體中氧的含量成正比，因此將要除氧的給水與已脫氧的氣體強(qiáng)烈混合，則溶解于水中的氧大量擴(kuò)散到氣體中，從而達(dá)到除氧的目的。

解吸除氧有以下特點(diǎn)：

（1）不需加熱，可常溫下除氧，節(jié)約能源;

（2）根據(jù)資料核算，其初步投資約為熱力除氧的2/3；真空除氧的2/5。運(yùn)行費(fèi)用比熱力除氧、真空除氧、亞硫酸鈉除氧，氧化還原樹脂都低的多;

（3）除噴射器布置要求一定高度外，其余均為低位布置，占地較少。

解吸除氧也存在一些不利因數(shù)：

（1）只能除氧，不能除其他氣體，除氧后水中CO2有所增高，PH值降低0.2～0.3；

（2）要消耗一定的電力；

（3）產(chǎn)品質(zhì)量及催化脫氧劑差異很大，造成使用效果不一致；

（4）系統(tǒng)的氣密性要求難以保證。

解析除氧技術(shù)一直在不斷發(fā)展，最近對脫氧做了改進(jìn)后，又稱新型解析除氧，這種方法屬于常溫低位除氧，但設(shè)備最高點(diǎn)也要達(dá)到6m左右，還要有加熱器、除氧水泵、溫控器等，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

4.4化學(xué)除氧

4.4.1化學(xué)藥劑除氧

化學(xué)除氧也是一種常用的除氧措施，常用的除氧反應(yīng)劑有亞硫酸鈉、聯(lián)氨等。

(1)亞硫酸鈉除氧

投加亞硫酸鈉是中小鍋爐常用的一種除氧方式。它是一種較強(qiáng)的還原劑，與水中氧反應(yīng)生成硫酸鈉，從而除去水中的氧，反應(yīng)式：2Na2SO3＋O2→2Na2SO4，亞硫酸鈉的加入量一般要過量。按理論計(jì)算，除去1mg/l的氧需要8mg/l的亞硫酸鈉，但實(shí)際上要加入20mg/l工業(yè)亞硫酸鈉(Na2SO4 。7H2O)。

亞硫酸鈉除氧基建投資小，運(yùn)行操作簡單，但是除氧效果不可靠，增加鍋爐水的含鹽量，需加大排污，造成熱量和水量的損失，也增大了鍋爐產(chǎn)生CaS O4水垢的可能性。亞硫酸鈉除氧只能用于壓力較低的中小鍋爐。

(2)聯(lián)氨除氧

聯(lián)氨又稱肼，在常溫下是無色液體，易溶于水與乙醇。聯(lián)氨是極為有效的除氧劑，與水中氧氣反應(yīng)生成水與氮?dú)猓�不增加水中的含鹽量，反應(yīng)式：N2H4＋O2→2H2O＋N2，目前主要用于熱力除氧后的輔助措施，以徹底消除水中殘留的氧。但聯(lián)氨在低溫時(shí)與溶解氧反應(yīng)速度較慢，且易燃易爆，對人體可能有致癌作用。故聯(lián)氨常用在中、高壓鍋爐。

4.4.2樹脂除氧

樹脂除氧屬于化學(xué)除氧的范疇。除氧樹脂按其原理的不同，可分為：氧化還原型樹脂；載體型樹脂；觸媒型樹脂三類。樹脂除氧效果很好，但運(yùn)行流速慢，使設(shè)備體積龐大，增加設(shè)備投資。樹脂價(jià)格較貴，設(shè)備初投資較大,因此應(yīng)用較少。

4.5電化學(xué)除氧

電化學(xué)除氧就是利用電化學(xué)保護(hù)的原理，人為的在除氧器中使用一種金屬(常用鋁)，當(dāng)水流過除氧器時(shí)同金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕，水中氧即被消耗，從而達(dá)到除氧的效果。

電化學(xué)除氧設(shè)備簡單，操作方便，運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行條件正常時(shí)含氧量可降至0.1mg/l。電化學(xué)除氧效率與待除氧水中含氧量大小無關(guān)，與流速、水溫、電流大小有關(guān)。水溫最好在70℃左右，不得低于40℃。電化學(xué)除氧目前尚無成熟經(jīng)驗(yàn)，鍋爐運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)片狀沉淀物，除氧器本身易生腐蝕。

4.6鋼屑除氧

鋼屑除氧就是使水經(jīng)過鋼屑除氧器，鋼屑被氧化，而將水中的溶解氧除去，反應(yīng)式為：3Fe＋2O2→Fe3O4。鋼屑的材料可以用0～6號(hào)碳素鋼，鋼屑厚度一般用0.5～1mm，長度為8～12mm，要采用切削下不久的鋼屑。在裝入前，應(yīng)先用2%~3%的堿溶液洗去附著在鋼屑表面的油污，再用熱水沖去堿溶液，然后用2%~3%的硫酸溶液處理20～30min，再用熱水沖洗，使鋼屑表面容易與氧起作用，鋼屑裝入除氧器后要壓緊。圖4為鋼屑除氧器原理圖。

鋼屑除氧器除氧效果與下列因素有關(guān)

（1）水溫：這是主要因素，水溫越高反應(yīng)速度越快，并不易帶出鐵銹。一般要求水溫≥70℃。

（2）水與鋼屑的接觸時(shí)間：所需時(shí)間與水溫關(guān)系見表-1：

鋼屑除氧器裝置簡單，投資小，操作也比較方便。但水溫過低或氫氧根堿度過大，鋼屑表面鈍化，都會(huì)使除氧效果降低，同時(shí)更換鋼屑勞動(dòng)強(qiáng)度也較大。有的鍋爐房將鋼屑除氧與加入反應(yīng)劑除氧聯(lián)合使用，效果較好。

4.7海綿鐵常溫過濾除氧

海綿鐵常溫過濾式除氧是近年來開發(fā)出新的除氧工藝技術(shù)。海綿鐵的主要成份是鐵素體，其粒徑約1.5毫米，平均比重約為1.5左右，鐵素體表現(xiàn)疏松、多孔且外表極不規(guī)則，表面積大，與水介質(zhì)接觸充分，極易與其中的溶解氧發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理為：2Fe＋2H2O＋O2→2Fe(OH)2 ，2Fe(OH)2＋H2O＋0.5O2→2Fe(OH)3。

反應(yīng)最終生成物Fe(OH)3呈絮狀，分子附著力小，用具有一定強(qiáng)度的水反沖洗，極易從海綿鐵中排除。運(yùn)行中，殘留的二價(jià)鐵離子，可在其熱力系統(tǒng)循環(huán)中，與二次滲入的氧氣先發(fā)生反應(yīng)，從而保護(hù)鍋爐本體免遭腐蝕。殘留的氫氧根離子，可相對提高循環(huán)水堿度 ，一定程度的改善熱水鍋爐循環(huán)水堿度偏低的狀況。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

海綿鐵常溫過濾式除氧裝置一般采用微電腦程序控制，實(shí)現(xiàn)了除氧、反洗運(yùn)行的自動(dòng)化，其主要特點(diǎn)是：

（1）常溫除氧，無需加熱；

（2）除氧效果穩(wěn)定。除氧水含氧量穩(wěn)定在0.05mg/l以下，達(dá)到中低壓鍋爐的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；

（3）投資省。設(shè)備整體組裝小，占地面積小，高度低，不需專用廠房；

（4）對負(fù)荷變化適應(yīng)性好；

（5）出水無毒。除氧劑無毒且不需要除油、活化。

5各種除氧方式的比較

幾種除氧方式的性能比較見表-2。

7最佳除氧方式的選擇

通過對供熱鍋爐給水各種除氧方式的工作原理與除氧效果的分析及對我市各供熱鍋爐房除氧設(shè)備及運(yùn)行情況的調(diào)查，我們對熱水鍋爐給水的除氧方式有了更加全面清楚的認(rèn)識(shí)。在選擇熱水鍋爐給水除氧方式時(shí)，應(yīng)充分考慮每種除氧方式各自的特點(diǎn)，根據(jù)供熱系統(tǒng)的不同情況加以選擇：

1、電化學(xué)除氧技術(shù)不成熟，目前不便應(yīng)用；

2、熱力除氧是一種比較成熟的技術(shù)，能達(dá)到比較理想的除氧效果，但難以應(yīng)用于熱水鍋爐，而且運(yùn)行管理調(diào)節(jié)比較困難，基建投資大，在有汽源的情況下可以考慮采用；

3、真空除氧屬于低溫除氧，同熱力除氧相比，加熱溫度有所降低。真空除氧的除氧效果較好，但基建投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高，對運(yùn)行管理要求高，特別是真空度難以保證；

4、解吸除氧若調(diào)整好，除氧效果是比較好的，投資也較小，運(yùn)行費(fèi)用比較低。但運(yùn)行中調(diào)節(jié)比較困難，因而除氧效果不穩(wěn)定；

5、加亞硫酸鈉除氧設(shè)備簡單、操作方便，投資低，除氧效果良好，但運(yùn)行費(fèi)用很高，且增加鍋爐水的含鹽量，不得不加大排污，造成熱量和水量的損失，在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上看，此法不理想；

6、鋼屑除氧投資小，管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低，但效果不穩(wěn)定，一般要求水溫≥70℃，且更換鋼屑勞動(dòng)強(qiáng)度大，通常采用加藥除氧作補(bǔ)充；

7、海綿鐵常溫過濾式除氧是新技術(shù)、新工藝，除氧效果比較好，投資、運(yùn)行費(fèi)用都比較低，管理方便，易于操作。隨著除氧器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與海綿鐵質(zhì)量的提高，海綿鐵常溫過濾式除氧的除氧效果會(huì)繼續(xù)得到改善。

綜上所述，在熱力系統(tǒng)中，特別是對熱水鍋爐，除去鍋爐給水中的溶解氧，是保護(hù)熱力系統(tǒng)中所有設(shè)備不受腐蝕的基本方法，也是保證熱力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必不可少的手段。就熱水鍋爐來講，目前所采用的海綿鐵常溫過濾式除氧技術(shù)是適合熱水鍋爐供熱系統(tǒng)的，該除氧方式在未來的熱水鍋爐給水除氧系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。（來源：谷騰水網(wǎng)）