淺析鍋爐給水除氧技術(shù)

冀靜

摘要：本文分析了現(xiàn)有幾種常用的鍋爐給水除氧技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，找出它們的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了鍋爐給水除氧方法選用的建議性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：氧腐蝕；溶解氧；鍋爐給水；除氧

1 簡(jiǎn)介：

鍋爐是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的設(shè)備，多年的實(shí)踐表明，結(jié)垢與腐蝕是威脅鍋爐安全運(yùn)行的兩大危害。近年來(lái)，隨著阻垢處理技術(shù)的發(fā)展，鍋爐結(jié)垢現(xiàn)象已基本得到控制，而腐蝕的危害仍不容忽視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，40%左右的鍋爐存在不同程度的腐蝕，嚴(yán)重者甚至腐蝕穿孔，直接威脅到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。氧腐蝕常常是影響鍋爐安全運(yùn)行和使用壽命的重要因素之一。

2 氧腐蝕的機(jī)理與特征

鍋爐的金屬氧腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕。氧腐蝕的機(jī)理是：鍋爐內(nèi)氧化鐵保護(hù)膜，因水質(zhì)惡化和熱應(yīng)力等原因而部分被破壞，露出的鋼表面、水與保護(hù)膜表面之間形成局部電池，鐵從陽(yáng)極析出。溶解析出的亞鐵離子（Fe2+），遇DO，被進(jìn)一步氧化成氫氧化鐵。腐蝕產(chǎn)物呈沉淀物狀堆積在陽(yáng)極上，則在沉淀物內(nèi)水的氧濃度與覆蓋在陰極表面上水的氧濃度之間，產(chǎn)生氧濃度差，形成氧濃差電池。陽(yáng)極部位的鐵進(jìn)一步被溶解，鋼表面加劇腐蝕。

氧腐蝕的產(chǎn)物是鐵的氧化物，會(huì)惡化鍋爐水質(zhì)和蒸汽品質(zhì)，導(dǎo)致鍋爐熱效率下降。

鋼鐵受到氧腐蝕后，金屬表面上產(chǎn)生大小不一的金屬銹皰，其直徑為1～30mm不等，銹皰表面是一層黃褐色或磚紅色硬殼，內(nèi)部是黑褐色粉末，將這些粉末清除后便呈現(xiàn)出腐蝕凹坑。鍋爐的管壁會(huì)逐漸溶解變薄，當(dāng)不能承受爐內(nèi)巨大的壓力時(shí)就容易發(fā)生爆管，損害鍋爐設(shè)備，這不僅會(huì)大大降低鍋爐的使用壽命，而且會(huì)帶來(lái)安全隱患，有可能造成安全事故。

3 影響氧腐蝕的主要因素

鍋爐的金屬氧腐蝕一般與下列因素有關(guān)：DO含量、pH值、水溫、水中離子、水流速度等，其中DO含量、pH值和水中離子是最主要的影響因素。

3.1 水中DO含量的影響

DO是一種去極化劑，會(huì)引起金屬腐蝕，水中氧含量越多，腐蝕就越嚴(yán)重。有資料表明：當(dāng)DO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0×10-8時(shí)，氧腐蝕速度為0.03mm/a；而當(dāng)DO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8×10-6時(shí)，氧腐蝕速度為1.2mm/a，將大大縮短鍋爐的使用壽命。

3.2 水的pH值的影響

當(dāng)鍋水的pH值≤7時(shí)，主要發(fā)生酸腐蝕，在有DO時(shí)，氧腐蝕和酸腐蝕互相促進(jìn)，使金屬的腐蝕加重；當(dāng)pH值=7～10時(shí)，氫離子對(duì)金屬保護(hù)膜的破壞導(dǎo)致DO向金屬表面擴(kuò)散，發(fā)生吸氧反應(yīng)，加速了氧腐蝕；當(dāng)pH值=10～12時(shí)，OH-離子在金屬表面形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，起到緩蝕作用，從而減緩了氧腐蝕。

3.3 水中離子的影響

水中不同離子對(duì)腐蝕速度的影響差別很大，通常氯離子（Cl-）和硫酸根離子（SO4 2-）的影響最大，它們會(huì)破壞金屬表面的保護(hù)膜，從而使氧腐蝕加快。因此，當(dāng)氯離子和硫酸根離子等濃度高時(shí)，必須嚴(yán)格進(jìn)行脫氧處理。

4 常見(jiàn)除氧方式的特點(diǎn)分析

目前鍋爐給水除氧方法主要有兩大類(lèi)：物理除氧法和化學(xué)除氧法。

4.1 物理除氧法

（1）熱力除氧

熱力除氧的原理是根據(jù)氣體溶解定律（亨利定律），在恒溫和平衡狀態(tài)下氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓成正比。水溫越高，水蒸汽的分壓越高，而其它氣體的分壓則越低，當(dāng)水溫升高至沸騰時(shí)，水界面上的水蒸汽壓力和外界壓力相等，其它氣體的分壓為零，則溶解在水中的各種氣體如氧等就從水中解析出來(lái)，從而達(dá)到除氧的目的。

其優(yōu)點(diǎn)是：它不僅能除氧，而且能除去水中的其它氣體如CO2、N2等；不增加除氧水含鹽量，較易控制。缺點(diǎn)是：蒸汽耗量大，由于給水溫度提高，影響了煙氣余熱的利用，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)不易調(diào)整。

（2）真空除氧

真空除氧的基本原理同熱力除氧，是利用壓力降低時(shí)水的沸點(diǎn)也降低的特性，將真空除氧器內(nèi)真空度維持在0.097～0.090MPa之間，水加熱到32～53℃即可沸騰，水中溶解的氣體就解吸出來(lái)，達(dá)到除氧目的。

該法是一種中溫除氧技術(shù)，一般在3O～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(duì)熱力鍋爐和負(fù)荷波動(dòng)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的除氧效果。其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣。缺點(diǎn)是：設(shè)備費(fèi)用大，設(shè)備要求高，耗能大，維修量大，真空度下降會(huì)影響除氧效果。

（3）解吸除氧

解吸除氧是將含有DO的水和不含氧的氣體強(qiáng)烈混合使水中DO擴(kuò)散到氣體中，從而達(dá)到除氧的目的。

解吸除氧器在常溫下即可安裝，不需預(yù)熱設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)是：安裝條件較嚴(yán)，操作麻煩，影響除氧的因素較多，不易控制。

4.2 化學(xué)除氧法

（1）亞硫酸鈉除氧

亞硫酸鈉作為除氧劑，與水中的DO反應(yīng)，其反應(yīng)式為：2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4，通常要求加藥量比理論值大。溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越短，除氧效果越好。為提高反應(yīng)速度和除氧效率，一般在投加亞硫酸鈉的同時(shí)加入CuSO4，MnSO4等作為催化劑。

其優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備和藥劑費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單，殘余氧低。缺點(diǎn)是：增加了鍋水的含鹽量，使排污量增加，蒸汽品質(zhì)也可能受到影響。另外當(dāng)溫度超過(guò)280℃以上時(shí)，亞硫酸鈉在爐內(nèi)會(huì)分解成腐蝕性很強(qiáng)的SO2和H2S，導(dǎo)致鍋爐管壁的酸腐蝕。

（2）聯(lián)胺（肼）除氧

聯(lián)胺與氧的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它受水的pH值、水溫、催化劑等的影響很大。聯(lián)胺在堿性溶液中才顯強(qiáng)還原性，它可以直接把水中的DO還原。溫度越高，反應(yīng)速度越快，水溫在100℃以下時(shí)，此反應(yīng)速度很慢，水溫高于150℃時(shí)反應(yīng)很快。其優(yōu)點(diǎn)是：高溫時(shí)除氧速度快，不會(huì)增加鍋水含鹽量，聯(lián)胺對(duì)金屬表面有鈍化作用，可延緩金屬的腐蝕。缺點(diǎn)是：聯(lián)胺有毒，易揮發(fā)燃燒，不易運(yùn)輸、儲(chǔ)存。

（3）樹(shù)脂除氧

樹(shù)脂用于鍋爐給水除氧中，最有代表性的是氧化還原樹(shù)脂除氧，其原理是在除氧器內(nèi)氧化還原樹(shù)脂與水中DO反應(yīng)而除氧，樹(shù)脂失效后用水合胼再生。

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)鍋爐中推廣應(yīng)用。

（4）催化加氫除氧

催化加氫除氧是向含DO的水中通人氫氣，在高活性催化劑的作用下，發(fā)生反應(yīng)：2H2 + 02 → 2H20，從而達(dá)到除氧目的。目前常用觸媒型鈀樹(shù)脂除氧和紫外光催化除氧，前者是將鈀粒子牢固的吸附在樹(shù)脂表面，鈀具有很高的催化活性，氫氣和DO在鈀的催化下得以反應(yīng)，后者是將DO在紫外光下照射生成氧活性基，氧活性基與氫氣反應(yīng)生成水。

其優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)量小，無(wú)熱量消耗，氫需要量少，殘余氧量低，不會(huì)增加鍋水含鹽量，可用于常溫除氧。缺點(diǎn)是：氫不易監(jiān)督控制，且只能除氧，不能除其它氣體。

5結(jié)論

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(duì)于給水除氧技術(shù)，要時(shí)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(jiǎn)單，且所需投資少的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]黃進(jìn)，鐘誠(chéng)等.鍋爐給水除氧技術(shù)新進(jìn)展[J].化學(xué)工程師。

（作者單位：河鋼集團(tuán)邯鋼公司）