鍋爐給水除氧方法及應用

伍成和

（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510000）

工業(yè)鍋爐、電廠鍋爐和廢熱鍋爐等熱力設備的工質是水和汽，鍋爐給水系統(tǒng)的腐蝕是鍋爐發(fā)生事故、造成經濟損失的主要原因，腐蝕所引起的設備或部件損壞、裝置停產，甚至發(fā)生嚴重的安全事故所帶來的損失是巨大的。

給水中的溶解氧通常是造成熱力設備腐蝕的主要原因，其來源主要由鍋爐給水或熱力管網返回的熱水、凝結水在循環(huán)運行中漏入空氣、汽輪機或凝汽器或凝結水泵的密封不嚴密等，它可以導致在運行期間和停用期間的氧腐蝕，為防止和減輕鍋爐運行期間的氧腐蝕，必須對鍋爐給水進行除氧。

鍋爐給水中溶解氧分別以化學腐蝕、電化學腐蝕、氧差腐蝕等形式對鍋爐本體、給水管網及其部位造成不同的腐蝕，特別是在疏松的污垢下、水渣沉積處、縫隙處及應力不平穩(wěn)處容易發(fā)生腐蝕，造成潰瘍穿孔等，對金屬強度損壞十分嚴重，是影響鍋爐安全及壽命甚至會發(fā)生鍋爐爆炸事故。因此，鍋爐水中的溶解氧必須達到國家規(guī)定的鍋爐水質標準要求，盡可能地降低給水中溶解氧的含量。鍋爐壓力越高，所允許的規(guī)定值越低，國標GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質》要求：蒸汽鍋爐的給水應采用爐外化學處理。額定蒸發(fā)量≤2t/h，且額定蒸汽壓力≤1.0Mpa的蒸汽鍋爐也應進行爐內加藥處理，必須對鍋爐的結垢、腐蝕和水質加強監(jiān)督，認真做好加藥、排污和清洗工作，當鍋爐額定蒸發(fā)量≥10t/h時應除氧。額定蒸發(fā)量＜10t/h的鍋爐如發(fā)現(xiàn)局部腐蝕時，應采取除氧措施，對于額定功率≥7MW的承壓熱水鍋爐給水應除氧，＜7MW的承壓熱水鍋爐如果發(fā)現(xiàn)局部氧腐蝕，也應采取除氧措施。

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濟的除氧方法。本文介紹鍋爐給水幾種主要除氧的主要方法，并結合近幾年在設計工作采用的除氧方式作一些比較分析和總結，供鍋爐給水處理工作者參考。

1 除氧方法的比較和分析

1.1 物理除氧（熱力除氧）

用加熱方法除氧的設備稱為熱力除氧器，按除氧器結構分為淋水盤式、膜式和噴霧式的加熱方式。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）。除氧后的水不會增加含鹽量，也不會增加其他氣體溶解量，是目前應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，在設計和運行中應滿足下列條件:（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。一般大氣式除氧器，其工作壓力略高于大氣壓，絕對壓力為0.118Mpa，水溫在104℃左右，主要用于小型電站和工業(yè)鍋爐中、中壓除氧器工作壓力為0.3～0.4Mpa(絕對壓力)，對應水溫在133～143℃，主要用于一般的火力發(fā)電廠和中型熱電站、高壓除氧器工作壓力大于0.48Mpa(絕對壓力)，水溫大于150℃，主要用于高參數的火力發(fā)電廠。在某工程鍋爐房設計中選用一臺出力20噸低壓噴霧式除氧器，配10立方除氧水箱，鍋爐蒸汽到分汽缸由分汽缸接出一根蒸汽管到除氧汽，由于蒸汽壓力較高經過減壓閥將蒸汽壓力降到0.4MPa(絕對壓力)左右，再由自動調節(jié)閥將壓力調到0.118MPa進除氧器，將軟水加熱到104℃使水中的氧氣及其他氣體除掉，再由鍋爐給水泵送進鍋爐 (鍋爐本體設計進水溫度104℃)。由于該廠系統(tǒng)有冷凝水回收使除氧蒸汽用量減少，利用了冷凝水的熱量，從而節(jié)約能源。由于經熱力除氧以后的軟水水溫較高，容易達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，為了達到給水泵中軟化水不汽化的目的，一般要求除氧器高位布置，（除氧水箱最低水位與給水泵中心線間的高差應不小于6～7米，）布置在鍋爐房輔跨屋面上。實踐證明熱力除氧技術較其他方法除氧穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)運行易調節(jié)控制，除氧效果好的優(yōu)點，是普遍采用這成熟的技術。但熱力除氧也有一定的局限性，如果鍋爐熱負荷變動頻繁，也使加熱蒸汽量波動較大，使加熱蒸汽量不足，影響除氧效果。其次采用熱力除氧器也增加鍋爐房自耗汽量，減少了有效外供汽量，而對于純熱水鍋爐房也不能采用。

1.2 物理除氧（真空除氧）

真空除氧在低于大氣壓力下進行工作，利用壓力降低，水的沸點也低的特性，水處于沸騰狀態(tài)而使水中的溶解氧析出。這是一種低溫除氧技術，水溫一般在20℃～60℃溫度下進行。可實現(xiàn)水面低溫狀態(tài)下除氧(在60℃或常溫)，常用的真空除氧系統(tǒng)有蒸汽噴射和水噴射兩種。對運行負荷波動大的蒸汽鍋爐，均可用真空除氧而獲得滿意除氧效果。與熱力除氧相比具有蒸汽用量少或不用蒸汽的特點，減少鍋爐房自耗汽量。在鍋爐的進水溫度要求較高時很少采用真空除氧，而在要求常溫進水鍋爐就較多采用真空除氧。真空除氧效果好壞的關鍵是保證系統(tǒng)的真空度，對于噴射真空除氧應保證噴射器入口蒸汽壓力和流量或射水壓和水流量滿足噴射器的設計要求。除氧器入口水溫應略高于除氧器相應壓力下的飽和溫度，以保證除氧效果。由于除氧器處于真空狀態(tài)，除氧器出水也要用真空泵抽出后送到鍋爐房中去，所以布置也需要一定的高度差，應使鍋爐給水泵有足夠的灌注頭，便于給水泵供水。如果要將除氧器低位布置，則必須改進給水泵的性能，使之能克服負壓，才能與除氧水箱同層布置。

1.3 化學除氧

1.3.1 鋼屑除氧，將水通過普通的碳素鋼的鋼屑層，水中溶氧與具有強烈活性表面的鋼屑起化學作用，金屬切屑被水氧化，水中的溶解氧即被除去。鋼屑除氧器設備一般采用獨立式和附設式兩種。影響鋼屑除氧效果主要下列因素：a.水的溫度：提高水溫不但提高了反應速度，而且也影響所形成鐵銹的結構，使它成為粒狀的、比較不緊密的及不容易緊緊地附著在金屬的表面上的物質。當水溫為80－90℃時，其反應速度要比20－30℃時大15－20倍。b.水與鋼屑的接觸時間：當水溫大于70℃及在水中沒有氧化腐蝕阻滯時，水在鋼屑層內經過3分鐘時間就已足夠。c.水流速度：水中含氧量越大，水流速度就要越慢。d.鋼屑的壓緊程度：鋼屑的一般裝載壓得越緊，與氧接觸越好，除氧效果也越好，但水流阻力就越大，一般為0.2～1米水柱。鋼屑除氧器設備結構簡單、投資小但失效后反洗很麻煩，更換鋼屑勞動強度也大，因此限制了它的使用，所以一般用在對給水品質要求不高的小型鍋爐，或者作為熱力網補給水。

1.3.2 亞硫酸鈉除氧，這是一種爐內加藥除氧法。因為在給水系統(tǒng)中氧使鍋爐的主要腐蝕性物質，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，反應時間愈短，除氧效果愈好。當爐水pH=6時，效果最好，若pH值高于8的有很大氧化性的水，增加則除氧效果下降。尚需采用催化劑來加速化學反應。因此，用加亞硫酸鈉來進行化學除氧時基本條件是把水予熱到較高的溫度（800C）和足夠的反應時間。給水加亞硫酸鈉的濃度根據設備容量大小選擇孔板式、薄膜式加藥器或活塞水泵等，向給水泵前的給水管道中加入，也有直接加入汽包內的。亞硫酸鈉溶液在配制及儲存要在密閉的容器內進行不致和空氣中的氧接觸，以防止氧化。否則將增加藥藥劑的消耗量。

該方法由于亞硫酸鈉價廉故而投資低，操作也較為簡單。但此法加藥量不易控制，除氧效果不可靠，無法保證達標。另外還會增加鍋爐水含鹽量，導致排污量增大、熱量浪費，是不經濟的。因此該方法一般用在小型工業(yè)鍋爐和一些對水質要求較高的熱力系統(tǒng)中作為輔助除氧方式。

1.3.3 聯(lián)氨（N2H4）除氧，目前此法多用作熱力除氧后的輔助措施，由于它還原性很強，可將水中的溶氧還原，(N2H4＋O2→N2+2H2O）反應產物對熱力系統(tǒng)沒有任何害處聯(lián)氨和金屬表面形成的純化膜還可以保護的作用?？蓮氐浊宄械臍埩粞酰辉黾訝t水的含鹽量。當壓力大于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)氨與氧反應生成氮和水，有利于阻礙腐蝕的進一步發(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。

1.4 樹脂除氧

當水通過樹脂層后，把水的溶解氧由零價還原成負二價，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。使用中應注意出水中含有微量肼，不能做生活飲用水。除氧水箱應與空氣隔絕，同時要設兩個除氧罐，才能保證連續(xù)供應脫氧水。目前我國生產的有Y-12型氧化還原樹脂除氧器系列產品，在熱水鍋爐中應用，獲得給水殘余氧0.06～0.02mg/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)鍋爐上推廣應用。

1.5 電化除氧（解吸除氧）

解吸除氧時近年來興起的一種比較先進的技術，其工作原理解吸除氧是基于亨利定律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)而使給水達到脫氧的目的，從而達到鍋爐給水水質標準的要求。

解吸除氧有以下特點：a.待除氧水不需要預熱處理，在常溫下即可進行除氧，因此不增加鍋爐房自耗汽；b.解吸除氧設備布置方便，高位，低位布置均可，除氧效果不受影響，設計簡單，安裝方便，裝置體積小，氣密性高，金屬耗量小，運行費用低尤其適用單層布置的工業(yè)鍋爐房和熱水鍋爐房，從而減少基建投資；c.操作方便，運行可靠，不用化學藥品，減少了環(huán)境污染，可在低溫下除氧，除氧效果好。目前國內在熱水鍋爐和單層布置的工業(yè)鍋爐內已廣泛應用。在正常情況下，除氧后的殘余含氧量可降到＜0.1mg/L（可達到0.06mg/L）；d.解吸除氧的缺點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，整個系統(tǒng)應保證氣密性，使除氧后的水不要與空氣接觸從而影響除氧效果。解吸除氧只適應于≤1.57MPa壓力蒸汽和熱水鍋爐。

在早期國內外許多鍋爐房曾廣泛地采用了此種技術，但由于當時的除氧反應器部分設置在鍋爐煙道內，設備運行效果很不穩(wěn)定，不能適應熱負荷的變化。因此，該技術的使用一度受到限制。到20世紀90年代，研制出了一種集中設置電加熱反應器的第二代解吸除氧器，使這項技術又有了進一步的發(fā)展?？朔嗽瓉淼牟蛔愫腿秉c，將加熱爐與反應器分開。經加熱爐加熱，從解吸除氧器出來的氣體，經反應器時脫氧，使待脫氧水中的含氧氣體能充分解吸出來，保證了運行的可靠性和除氧效果。且體積和耗電量都比原來設備小。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。實踐運行證明，解吸除氧器操作簡單，投資低，運行可靠，效果較好。

2 結語

鍋爐給水除氧方式多種多樣，要想高效經濟、穩(wěn)定安全運行，必須結合爐型和實際情況，根據鍋爐的熱力參數、水質、出力、負荷變化、經濟條件等情況綜合考慮，因地制宜選用。

對于給水除氧技術，要時刻關注新技術、新材料、新成果，勇于探索和改進創(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。

[1]《工業(yè)鍋爐房實用設計手冊》機械工業(yè)出版

[2]《熱力發(fā)電廠水處理》水利電力出版社

[3]《熱能工程設計手冊》化工部熱工設計技術中心站