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鍋爐給水除氧技術(shù)

  
評論: 更新日期:2011年12月21日

        在鍋爐給水處理工藝過程中,除氧是一個非常關(guān)鍵的一個環(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,否則它會腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)和部件,,腐蝕產(chǎn)物氧化鐵會進(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,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,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,氧氣的溶解度在較低水溫時也可達(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。除氧后的水不會增加含鹽量,也不會增加其他氣體溶解量, 操作控制相對容易,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)荷變動頻繁,管理跟不上,除氧水溫 <104℃時,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高位配置,在使用過程中會產(chǎn)生很大的噪音和震動,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,對于純熱水鍋爐房也不能采用。
        對于采取熱力除氧的鍋爐,在裝新鍋爐時,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,使其與軟中的水進(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。其次,通過在軟中的熱交換,軟水箱中的水溫提高了,熱量沒有浪費(fèi),同時也相當(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 ),對熱力鍋爐和負(fù)荷波動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,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)時間愈短,除氧效果愈好。當(dāng)爐水pH=6時,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,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還原成負(fù)二價,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,不能做飲用水。除氧水箱應(yīng)與空氣隔絕,同時要設(shè)兩個除氧罐,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。
        對于給水除氧技術(shù),要時刻關(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 。
       

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