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試論鍋爐給水除氧技術(shù)論文
摘要：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)。本文結(jié)合近幾年在這些方法基礎(chǔ)上做的調(diào)整和改進(jìn)，對除氧途徑的分析、除氧方法的比較和分析進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞：鍋爐給水除氧技術(shù)
0引言
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)的部件，腐蝕物——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，形成難融傳熱不良的鐵垢，而且腐蝕會造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點坑，阻的力系數(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。
為此，分別就鍋爐給水幾種除氧的主要方法，并結(jié)合近幾年在這些方法基礎(chǔ)上做的調(diào)整和改進(jìn)，比較分析如下:
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壓力有關(guān)。在一定壓力下，隨著水溫升高，水蒸氣的分壓力增大，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)變成其他氣體，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)除臭，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。此法與上述除臭方法比較，設(shè)備簡單，操作使用方便，運行費用低，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，但根據(jù)試制使用的情況看，其經(jīng)濟(jì)實用性比較明顯。
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除氧。其原理是將鍋爐給水加熱至沸點，使氧的溶解度減小，水中氧不斷逸出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣連同水蒸氣一道排除，還能除掉水中各種氣體（包括游離態(tài)CO2，N2），如用鎂鈉離子交換法處理過的水，加熱后NH3，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)計和運行中應(yīng)滿足下列條件：①增加水與蒸汽的接觸面積，水流分配要均勻。②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。③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)史一種普遍采用的成熟技術(shù)，但在實際應(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，這種除氧方法一般要求設(shè)備高位布置，增加了基建投資，設(shè)計、安裝、操作都不方便。為了達(dá)到給水泵中軟化水汽的目的，這種除氧方法一般要求除氧器高位配置，在使用過程中會產(chǎn)生很大的噪音和震動，帶來不便。第三，使得鍋爐房自耗氣量增大，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)過軟水箱，使其與軟水箱中的水進(jìn)行熱交換，而后溜至鍋爐給水泵，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，通過在軟水箱中的熱交換，軟水箱中的水溫提高了，熱量沒有浪費，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�？蓪崿F(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仍存在，并且真空除氧的高位布置，對運行管理噴射泵、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得高度差，而且對噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設(shè)備的運行管理要求也更高。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味余熱，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
2.3.1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。有獨立式和附設(shè)式兩種。此法水溫要求大于70℃，以80-90℃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，水中含氧量最大，要求流速降低，因為鋼屑除氧自應(yīng)用以來改進(jìn)和提高不大，除氧效果不大可靠，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)補給水，以及高壓鍋爐熱力除氧后的補充除氧，一般僅作輔助措施。
2.3.2亞硫酸鈉這是一種爐內(nèi)加藥除氧法。因為在給水系統(tǒng)中氧是過路的主要腐蝕性物質(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，通常要求加藥量比理論值大。溫度越高，反應(yīng)時間越短，除氧效果越好。當(dāng)爐水PH值等于6時，效果最好，若PH值增加則除氧效果下降。加入銅、鈷、錳、錫等做催化劑，可提高除氧效果。該方法由于亞硫酸鈉廉價故而投資低，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，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)中作為輔助除氧方法。
2.3.3聯(lián)氨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解析除氧解析除氧是近年來興起的一種比較先進(jìn)的技術(shù)，其工作原理是將不含氧的氣體與要除氧的給水強烈混合接觸，使溶解在水中的氧解析至氣體中去，如此循環(huán)而使水達(dá)到脫氧的目的。
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。解析除氧設(shè)備小，制造容易，耗鋼材少，投資低，操作方便，運行可靠，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。
解析除氧有以下特點：
�、俅跛恍枰A(yù)熱處理，因此不增加鍋爐房自耗汽。
�、诮馕龀踉O(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。
d、解析除氧的缺點是裝置調(diào)整復(fù)雜，管道系統(tǒng)及除氧水箱應(yīng)密封。早在60年代，國內(nèi)外許多鍋爐房曾廣泛的采用了此種技術(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。至90年代，研制出了一種幾種設(shè)置電加熱反應(yīng)器的第二代解析除氧器，使這項技術(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)計研究院等單位研制的新型解析除氧器，克服了原來的不足和缺點，將加熱爐與反應(yīng)器分開，加熱爐加熱從解析除氧器出來的氣體，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析出來，保證了運行可靠性和除氧效果。且體積和耗電量都比原來設(shè)備小。采用新型解析式系統(tǒng)，省去了除氧水箱，解決了原有水箱的密封問題。多家鍋爐房運行證明，解析除氧器操作簡單，投資低，運行可靠，效果好。但同時存在著影響除氧因素較多，只能除氧氣，不能除其他氣體的問題。
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），樹脂失效后可用氨還原，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氨，不能做生活飲用水。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。
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、運行可靠、管理簡單、且所需投資少的方法，是當(dāng)前急需解決的問題。零位熱力鼓泡膜化除氧、真空除氧和解析除氧等技術(shù)在近幾年取得的進(jìn)展是很好的范例。
鍋爐給水除氧方式多種多樣，要想高效經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定安全運行，必須結(jié)合爐型和實際情況，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。
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