脫氧劑在低壓鍋爐給水除氧中的實驗研究

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(1.開封龍宇化工有限公司，河南 開封 475200；2.開封市聚甲醛基新材料重點實驗室，河南 開封 475200；3.匯科琪(天津)水質(zhì)添加劑有限公司，天津 301714)

開封龍宇化工有限公司(以下簡稱開封龍宇)的鍋爐是太原鍋爐集團制造的TG-45/1.27-M型高溫分離、低循環(huán)倍率循環(huán)流化床鍋爐，具有單鍋筒、自然循環(huán)、鋼結(jié)構(gòu)、前吊后支、室外布置、∏型結(jié)構(gòu)。鍋爐為雙層布置，樓上為鍋爐主體部分及操作室，樓下一層布置除渣系統(tǒng)、排污系統(tǒng)操作平臺，安裝風(fēng)機、風(fēng)道及煙道等設(shè)備。另外，鍋爐還布置有布袋除塵器、氣力除灰、脫硫裝置等系統(tǒng)。

鍋爐給水除氧采用熱力除氧器，控制除氧器內(nèi)部壓力為0.02MPa，除氧器水溫度為101～104℃，保持含氧量不大于100 μg/L，根據(jù)水質(zhì)含氧分析情況，適當(dāng)調(diào)整除氧器再沸騰管蒸汽進口閥。隨著運行時間的延長，除氧器出現(xiàn)故障，鍋爐給水氧含量升至400～650 μg/L。鍋爐給水中溶解氧是造成鍋爐腐蝕的重要原因之一[1-4]，低壓鍋爐中的腐蝕主要是氧腐蝕[5]，氧腐蝕是鍋爐系統(tǒng)最常見的也是較嚴(yán)重的腐蝕形態(tài)，它屬于電化學(xué)腐蝕的一種，鍋爐給水中的溶解氧具有去極化作用，會使腐蝕加劇。氧腐蝕的形式一般是潰瘍型和小孔型的局部腐蝕，次層是黑色粉末狀潰瘍腐蝕坑陷。經(jīng)分析，近期開封龍宇鍋爐省煤器經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏，與給水中溶解氧超標(biāo)關(guān)系很大，對生產(chǎn)造成了較大影響。由于不允許鍋爐裝置停車，無法進行除氧器維修檢查工作，為消除氧腐蝕的發(fā)生，公司組織開展了鍋爐給水化學(xué)除氧實驗，以降低鍋爐給水中的氧含量，消除氧腐蝕對鍋爐的影響。

1 實驗材料與步驟

1.1 原材料

YG-108脫氧劑：匯科琪(天津)水質(zhì)添加劑有限公司；WP脫鹽水：開封龍宇化工有限公司；蒸汽：壓力1.2MPa，溫度191℃。

1.2 實驗設(shè)備

計量泵：美國，B726-398TI，B726，Q=9.5L/h，H=0.69MPa；計量箱：1.0m3，材質(zhì)PE；熱力除氧器：江蘇火電電力設(shè)備制造有限公司，30m3。

1.3 藥劑準(zhǔn)備

將25kg/桶的聚乙烯塑膠桶裝YG-108脫氧劑20桶加入計量箱內(nèi)，把計量泵安裝固定好；然后，將計量泵的進口與計量箱通過吸液管連接好，吸液管深入計量箱底部；再將計量泵的出口用軟管連接到除氧水箱出口管道上。

1.4 實驗原理

YG-108脫氧劑的主要成分為二甲基酮肟，其具有較強的還原性，很容易和鍋爐給水中的氧反應(yīng)，從而降低給水的溶解氧含量。該物質(zhì)反應(yīng)速度快，能快速降低水中的溶解氧，除氧較完全。二甲基酮肟與氧反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

4(CH3)2C=N-OH + O2→
4(CH3)2C= O + 2N2+ 2H2O

2(CH3)2C=N-OH + O2→
2(CH3)2C= O + N2O + H2O

同時，二甲基酮肟可降低鍋爐給水的含鐵量，防止氧腐蝕，其對沉積在管道、省煤器等處銅的腐蝕產(chǎn)物有清洗作用，可防止鍋爐因形成氧化鐵沉積物而引起金屬管過熱和腐蝕損壞。在金屬鋼材表面形成良好的磁性氧化物保護膜，并對金屬表面起到緩蝕和鈍化的作用，能有效地延緩熱力設(shè)備停(備)用時的腐蝕。二甲基酮肟生成磁性氧化物膜的化學(xué)方程式為：

2(CH3)2C=N-OH + 6Fe2O3→
2(CH3)2C=O + 4Fe3O4+ N2O + H2O

1.5 實驗過程

(1)實驗1：除氧器溫度控制在104℃時，檢測鍋爐給水中溶解氧含量、省煤器出口給水溫度、鍋爐排煙溫度，此時脫氧劑加入量為零。實驗時間為24h。

(2)實驗2：除氧器溫度控制在104℃時，向鍋爐給水中加入脫氧劑直至鍋爐給水中溶解氧含量達到國標(biāo)要求，檢測鍋爐給水中溶解氧含量、省煤器出口給水溫度、鍋爐排煙溫度并記錄脫氧劑加入量。實驗時間為24h。

(3)實驗3：減少除氧器蒸汽加入量，除氧器溫度控制在94℃時，向鍋爐給水中加入脫氧劑，直至鍋爐給水中溶解氧含量達到國標(biāo)要求，檢測鍋爐給水中溶解氧含量、省煤器出口給水溫度、鍋爐排煙溫度并記錄脫氧劑加入量。實驗時間為24h。

(4)實驗4：減少除氧器蒸汽加入量直至停止加入，記錄除氧器溫度為89℃時，向鍋爐給水中加入脫氧劑直至鍋爐給水中溶解氧含量達到國標(biāo)要求，此時檢測鍋爐給水中溶解氧含量、省煤器出口給水溫度、鍋爐排煙溫度并記錄脫氧劑加入量。實驗時間為24h。

2 結(jié)果與分析

2.1 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4組對照實驗得到的實驗數(shù)據(jù)匯總見表1。

表1 化學(xué)除氧實驗數(shù)據(jù)匯總

注：除氧器汽耗為每噸鍋爐給水消耗1.2MPa蒸汽噸數(shù)。

2.2 除氧器溫度變化對鍋爐產(chǎn)生的影響

從表1可知，隨著除氧器蒸汽加入量的減少，除氧器溫度逐漸降低，從104℃降至89℃；鍋爐排煙溫度也相應(yīng)降低，從155.47℃降至146.15℃；而省煤器出水溫度基本不變(保持在191℃)。主要原因為除氧器溫度降低后，由于鍋爐給水與省煤器溫差變大，熱交換能力增強，從省煤器吸收的熱量更多，經(jīng)過省煤器的煙氣溫度降低，省煤器出水溫度仍然升高至191℃，熱量利用率提高。

2.3 脫氧劑對溶解氧的影響

從表1可知，隨著除氧器內(nèi)脫氧劑加入量的增加，鍋爐給水溶解氧逐漸降低。當(dāng)除氧器內(nèi)蒸汽完全退出，脫氧劑加入量為0.14kg/t，鍋爐給水溶解氧降至國標(biāo)要求，即小于0.1mg/L，實測為0.08mg/L。

2.4 熱力除氧與化學(xué)除氧成本對照

相同負(fù)荷下除氧劑加入量的經(jīng)濟性對比見表2。從表2可以看出，在鍋爐負(fù)荷基本一致的情況下，溶解氧控制在0.08mg/L時，隨著脫氧劑的加入，蒸汽量逐漸減少，除氧器溫度逐漸降低，鍋爐給水除氧成本也逐漸降低。劉俊明等[6]對130t/h燃?xì)忮仩t給水溫度變化對排煙溫度的影響進行了研究，鍋爐排煙溫度隨給水溫度升高而升高，與本實驗數(shù)據(jù)一致，說明通過適當(dāng)降低鍋爐給水溫度，可降低煙氣熱損失，提高熱效率，降低生產(chǎn)成本。

表2 相同負(fù)荷下除氧劑加入量的經(jīng)濟性對比

3 結(jié)語

(1)對低壓鍋爐采用脫氧劑進行化學(xué)除氧，在滿足除氧效果的前提下，降低除氧器操作溫度，提高鍋爐給水的吸熱能力，減少煙氣熱損失，降低排煙溫度，保持省煤器出水溫度不變。

(2)在低壓鍋爐中，脫氧劑YG-108具有較好的除氧效果，在不使用除氧器蒸汽的情況下，化學(xué)除氧可以實現(xiàn)鍋爐給水氧含量達標(biāo)。

(3)在同樣的條件下，化學(xué)除氧較熱力除氧運行成本低，成本降低45%，適當(dāng)降低鍋爐給水溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗。而且化學(xué)除氧操作方便，藥劑危險性小，完全滿足安全生產(chǎn)需要。

(4)考慮到開封龍宇現(xiàn)有鍋爐給水組成中有脫鹽水、蒸汽冷凝液、冷渣機冷卻水等，在除氧器內(nèi)混合后的水溫容易波動，脫氧劑加入量難以精確控制，并且控制最佳的排煙溫度。實際操作中，以化學(xué)除氧為主，輔以熱力除氧(在除氧器內(nèi)適當(dāng)加入蒸汽)，實現(xiàn)了鍋爐的穩(wěn)定運行，節(jié)能降耗效果顯著。