锅炉除氧

锅炉除氧（精选5篇）

锅炉除氧 篇1

工业锅炉、电厂锅炉和废热锅炉等热力设备的工质是水和汽, 锅炉给水系统的腐蚀是锅炉发生事故、造成经济损失的主要原因, 腐蚀所引起的设备或部件损坏、装置停产, 甚至发生严重的安全事故所带来的损失是巨大的。

给水中的溶解氧通常是造成热力设备腐蚀的主要原因, 其来源主要由锅炉给水或热力管网返回的热水、凝结水在循环运行中漏入空气、汽轮机或凝汽器或凝结水泵的密封不严密等, 它可以导致在运行期间和停用期间的氧腐蚀, 为防止和减轻锅炉运行期间的氧腐蚀, 必须对锅炉给水进行除氧。

锅炉给水中溶解氧分别以化学腐蚀、电化学腐蚀、氧差腐蚀等形式对锅炉本体、给水管网及其部位造成不同的腐蚀, 特别是在疏松的污垢下、水渣沉积处、缝隙处及应力不平稳处容易发生腐蚀, 造成溃疡穿孔等, 对金属强度损坏十分严重, 是影响锅炉安全及寿命甚至会发生锅炉爆炸事故。因此, 锅炉水中的溶解氧必须达到国家规定的锅炉水质标准要求, 尽可能地降低给水中溶解氧的含量。锅炉压力越高, 所允许的规定值越低, 国标GB/T1576-2008《工业锅炉水质》要求:蒸汽锅炉的给水应采用炉外化学处理。额定蒸发量≤2t/h, 且额定蒸汽压力≤1.0Mpa的蒸汽锅炉也应进行炉内加药处理, 必须对锅炉的结垢、腐蚀和水质加强监督, 认真做好加药、排污和清洗工作, 当锅炉额定蒸发量≥10t/h时应除氧。额定蒸发量<10t/h的锅炉如发现局部腐蚀时, 应采取除氧措施, 对于额定功率≥7MW的承压热水锅炉给水应除氧, <7MW的承压热水锅炉如果发现局部氧腐蚀, 也应采取除氧措施。

多年来众多锅炉给水处理工作者一直都在探求既高效又经济的除氧方法。本文介绍锅炉给水几种主要除氧的主要方法, 并结合近几年在设计工作采用的除氧方式作一些比较分析和总结, 供锅炉给水处理工作者参考。

1 除氧方法的比较和分析

1.1 物理除氧 (热力除氧)

用加热方法除氧的设备称为热力除氧器, 按除氧器结构分为淋水盘式、膜式和喷雾式的加热方式。其原理是将锅炉给水加热至沸点, 使氧的溶解度减小, 水中氧不断逸出, 再将水面上产生的氧气连同水蒸汽一道排除, 还能除掉水中各种气体 (包括游离态CO2, N2) 。除氧后的水不会增加含盐量, 也不会增加其他气体溶解量, 是目前应用最多的一种除氧方法。为了保证热力除氧器具有可靠的效果, 在设计和运行中应满足下列条件: (1) 增加水与蒸汽的接触面积, 水流分配要均匀。 (2) 保证氧气在水中的溶解压力与水面上它的分压力之间有压力差。 (3) 保证使水被加热到除氧器工作压力下的沸腾温度。一般大气式除氧器, 其工作压力略高于大气压, 绝对压力为0.118Mpa, 水温在104℃左右, 主要用于小型电站和工业锅炉中、中压除氧器工作压力为0.3~0.4Mpa (绝对压力) , 对应水温在133~143℃, 主要用于一般的火力发电厂和中型热电站、高压除氧器工作压力大于0.48Mpa (绝对压力) , 水温大于150℃, 主要用于高参数的火力发电厂。在某工程锅炉房设计中选用一台出力20吨低压喷雾式除氧器, 配10立方除氧水箱, 锅炉蒸汽到分汽缸由分汽缸接出一根蒸汽管到除氧汽, 由于蒸汽压力较高经过减压阀将蒸汽压力降到0.4MPa (绝对压力) 左右, 再由自动调节阀将压力调到0.118MPa进除氧器, 将软水加热到104℃使水中的氧气及其他气体除掉, 再由锅炉给水泵送进锅炉 (锅炉本体设计进水温度104℃) 。由于该厂系统有冷凝水回收使除氧蒸汽用量减少, 利用了冷凝水的热量, 从而节约能源。由于经热力除氧以后的软水水温较高, 容易达到锅炉给水泵的汽化温度, 致使给水在输送过程中容易被汽化, 为了达到给水泵中软化水不汽化的目的, 一般要求除氧器高位布置, (除氧水箱最低水位与给水泵中心线间的高差应不小于6~7米, ) 布置在锅炉房辅跨屋面上。实践证明热力除氧技术较其他方法除氧稳定可靠, 系统运行易调节控制, 除氧效果好的优点, 是普遍采用这成熟的技术。但热力除氧也有一定的局限性, 如果锅炉热负荷变动频繁, 也使加热蒸汽量波动较大, 使加热蒸汽量不足, 影响除氧效果。其次采用热力除氧器也增加锅炉房自耗汽量, 减少了有效外供汽量, 而对于纯热水锅炉房也不能采用。

1.2 物理除氧 (真空除氧)

真空除氧在低于大气压力下进行工作, 利用压力降低, 水的沸点也低的特性, 水处于沸腾状态而使水中的溶解氧析出。这是一种低温除氧技术, 水温一般在20℃~60℃温度下进行。可实现水面低温状态下除氧 (在60℃或常温) , 常用的真空除氧系统有蒸汽喷射和水喷射两种。对运行负荷波动大的蒸汽锅炉, 均可用真空除氧而获得满意除氧效果。与热力除氧相比具有蒸汽用量少或不用蒸汽的特点, 减少锅炉房自耗汽量。在锅炉的进水温度要求较高时很少采用真空除氧, 而在要求常温进水锅炉就较多采用真空除氧。真空除氧效果好坏的关键是保证系统的真空度, 对于喷射真空除氧应保证喷射器入口蒸汽压力和流量或射水压和水流量满足喷射器的设计要求。除氧器入口水温应略高于除氧器相应压力下的饱和温度, 以保证除氧效果。由于除氧器处于真空状态, 除氧器出水也要用真空泵抽出后送到锅炉房中去, 所以布置也需要一定的高度差, 应使锅炉给水泵有足够的灌注头, 便于给水泵供水。如果要将除氧器低位布置, 则必须改进给水泵的性能, 使之能克服负压, 才能与除氧水箱同层布置。

1.3 化学除氧

1.3.1 钢屑除氧, 将水通过普通的碳素钢的钢屑层, 水中溶氧与具有强烈活性表面的钢屑起化学作用, 金属切屑被水氧化, 水中的溶解氧即被除去。钢屑除氧器设备一般采用独立式和附设式两种。影响钢屑除氧效果主要下列因素:a.水的温度:提高水温不但提高了反应速度, 而且也影响所形成铁锈的结构, 使它成为粒状的、比较不紧密的及不容易紧紧地附着在金属的表面上的物质。当水温为80-90℃时, 其反应速度要比20-30℃时大15-20倍。b.水与钢屑的接触时间:当水温大于70℃及在水中没有氧化腐蚀阻滞时, 水在钢屑层内经过3分钟时间就已足够。c.水流速度:水中含氧量越大, 水流速度就要越慢。d.钢屑的压紧程度:钢屑的一般装载压得越紧, 与氧接触越好, 除氧效果也越好, 但水流阻力就越大, 一般为0.2~1米水柱。钢屑除氧器设备结构简单、投资小但失效后反洗很麻烦, 更换钢屑劳动强度也大, 因此限制了它的使用, 所以一般用在对给水品质要求不高的小型锅炉, 或者作为热力网补给水。

1.3.2 亚硫酸钠除氧, 这是一种炉内加药除氧法。因为在给水系统中氧使锅炉的主要腐蚀性物质, 所以要求迅速将氧从给水中去除, 一般使用亚硫酸钠作为除氧剂, 2Na2SO3+O2→2Na2SO4, 通常要求加药量比理论值大。温度愈高, 反应时间愈短, 除氧效果愈好。当炉水pH=6时, 效果最好, 若pH值高于8的有很大氧化性的水, 增加则除氧效果下降。尚需采用催化剂来加速化学反应。因此, 用加亚硫酸钠来进行化学除氧时基本条件是把水予热到较高的温度 (800C) 和足够的反应时间。给水加亚硫酸钠的浓度根据设备容量大小选择孔板式、薄膜式加药器或活塞水泵等, 向给水泵前的给水管道中加入, 也有直接加入汽包内的。亚硫酸钠溶液在配制及储存要在密闭的容器内进行不致和空气中的氧接触, 以防止氧化。否则将增加药药剂的消耗量。

该方法由于亚硫酸钠价廉故而投资低, 操作也较为简单。但此法加药量不易控制, 除氧效果不可靠, 无法保证达标。另外还会增加锅炉水含盐量, 导致排污量增大、热量浪费, 是不经济的。因此该方法一般用在小型工业锅炉和一些对水质要求较高的热力系统中作为辅助除氧方式。

1.3.3 联氨 (N2H4) 除氧, 目前此法多用作热力除氧后的辅助措施, 由于它还原性很强, 可将水中的溶氧还原, (N2H4+O2→N2+2H2O) 反应产物对热力系统没有任何害处联氨和金属表面形成的纯化膜还可以保护的作用。可彻底清除水中的残留氧, 而不增加炉水的含盐量。当压力大于6.3Mpa时, 亚硫酸钠主要分解成腐蚀性很强的二氧化硫和硫化氢, 因此对高压锅炉, 多采用联氨, 联氨与氧反应生成氮和水, 有利于阻碍腐蚀的进一步发展。因联氨有毒, 容易挥发, 不能用于饮用水锅炉和生活用水锅炉除氧。

1.4 树脂除氧

当水通过树脂层后, 把水的溶解氧由零价还原成负二价, 形成氧化物 (氧化铜) , 树脂失效后可用肼还原, Cu2+被树脂上的交换基因吸收。使用中应注意出水中含有微量肼, 不能做生活饮用水。除氧水箱应与空气隔绝, 同时要设两个除氧罐, 才能保证连续供应脱氧水。目前我国生产的有Y-12型氧化还原树脂除氧器系列产品, 在热水锅炉中应用, 获得给水残余氧0.06~0.02mg/L的优良除氧效果。目前已在小型热水锅炉中推广使用。

使用该法除氧产生的蒸汽和热水, 均不允许与饮用水和食物接触, 且投资和占地均较大, 一般不宜在工业锅炉上推广应用。

1.5 电化除氧 (解吸除氧)

解吸除氧时近年来兴起的一种比较先进的技术, 其工作原理解吸除氧是基于亨利定律是将不含氧的气体与要除氧的给水强烈混合接触, 使溶解在水中的氧解析至气体中去, 如此循环而使给水达到脱氧的目的, 从而达到锅炉给水水质标准的要求。

解吸除氧有以下特点:a.待除氧水不需要预热处理, 在常温下即可进行除氧, 因此不增加锅炉房自耗汽;b.解吸除氧设备布置方便, 高位, 低位布置均可, 除氧效果不受影响, 设计简单, 安装方便, 装置体积小, 气密性高, 金属耗量小, 运行费用低尤其适用单层布置的工业锅炉房和热水锅炉房, 从而减少基建投资;c.操作方便, 运行可靠, 不用化学药品, 减少了环境污染, 可在低温下除氧, 除氧效果好。目前国内在热水锅炉和单层布置的工业锅炉内已广泛应用。在正常情况下, 除氧后的残余含氧量可降到<0.1mg/L (可达到0.06mg/L) ;d.解吸除氧的缺点只能除去水中氧气而不能除去其他不凝气体, 水中二氧化碳含量有所增加, 整个系统应保证气密性, 使除氧后的水不要与空气接触从而影响除氧效果。解吸除氧只适应于≤1.57MPa压力蒸汽和热水锅炉。

在早期国内外许多锅炉房曾广泛地采用了此种技术, 但由于当时的除氧反应器部分设置在锅炉烟道内, 设备运行效果很不稳定, 不能适应热负荷的变化。因此, 该技术的使用一度受到限制。到20世纪90年代, 研制出了一种集中设置电加热反应器的第二代解吸除氧器, 使这项技术又有了进一步的发展。克服了原来的不足和缺点, 将加热炉与反应器分开。经加热炉加热, 从解吸除氧器出来的气体, 经反应器时脱氧, 使待脱氧水中的含氧气体能充分解吸出来, 保证了运行的可靠性和除氧效果。且体积和耗电量都比原来设备小。采用新型解吸式系统, 省去了除氧水箱, 解决了原先水箱的密封问题。实践运行证明, 解吸除氧器操作简单, 投资低, 运行可靠, 效果较好。

2 结语

锅炉给水除氧方式多种多样, 要想高效经济、稳定安全运行, 必须结合炉型和实际情况, 根据锅炉的热力参数、水质、出力、负荷变化、经济条件等情况综合考虑, 因地制宜选用。

对于给水除氧技术, 要时刻关注新技术、新材料、新成果, 勇于探索和改进创新, 寻求除氧效果好, 运行可靠, 管理简单, 且所需投资少的方法。

参考文献

[1]《工业锅炉房实用设计手册》机械工业出版

[2]《热力发电厂水处理》水利电力出版社

[3]《热能工程设计手册》化工部热工设计技术中心站

工业锅炉给水除氧浅析 篇2

1 锅炉给水中溶解氧的危害

给水中溶解氧的存在是造成锅炉发生腐蚀的主要因素。锅炉给水中溶入的氧如果得不到及时清除, 会对给水系统及部件产生氧腐蚀作用, 其腐蚀产物会进入锅炉内部, 附着或沉积在管道内壁和受热面上形成难溶的铁垢, 严重降低传热效果, 并且会造成管道内壁出现点状凹坑, 甚至导致锅炉事故。

在锅炉检验中发现, 每年因氧腐蚀而造成锅炉给水管道、省煤器和其它附属设备的损坏的现象相当严重, 给企业和国家造成了巨大的经济损失。据统计氧腐蚀致使我国工业锅炉的平均寿命缩短了1/3, 锅炉氧腐蚀问题已引起了有关单位或部门的高度重视。

2 给水系统氧腐蚀的机理

工业锅炉的氧腐蚀是一种发生在铁和氢或氧之间的自发的电化学反应。它是一个极缓慢的过程, 其电化学过程可用下列反应式表示:

阳极:Fe→Fe2++2e-0.409E° (V)

阴极:2H++2e-→H20.000E° (V)

式中, E°为半电池反应的标准电位, 可用来衡量一种物质参与电子得失反应的难易程度。E°值越大, 表示反应越容易进行, 因此氧比氢容易还原。当无氧存在时, 氢离子与铁反应生成氢气;当有氧存在时, 氧与铁发生作用很快被还原, 其总反应式为:

氧腐蚀主要与水中溶解氧的浓度、水的PH值和温度有关, 还与水中存在的Cl-、SO42ˉ等离子及水的流速等因素有关。氧在水中的含量越高, 腐蚀性越严重。当水的PH值在10~12时, 钢表面能形成一定的保护膜, 有利于减弱氧腐蚀。溶解氧进入锅炉给水中, 温度越高, 腐蚀速度越快。水流速度加快, 使氧的供应充足, 从而加快了氧的腐蚀。

3 锅炉给水除氧的途径

为了防止或减轻锅炉的氧腐蚀, 必须按国家标准GB/Tl576-2008的有关规定对锅炉给水进行除氧。锅炉给水除氧可采取物理、化学和电化学三种途径。

3.1 利用物理方法除氧

所谓物理方法除氧, 是指采用一定的方法使给水中的氧气能够外逸析出。

根据亨利定律可知, 当多种气体同时存在于水面上时, 各气体的溶解度与其本身的分压力有关且成正比。在压力一定的情况下, 随着水温的升高, 水蒸汽分压力就会增大, 而水面上部空间的氧气分压力则会减小, 这就有利于水中的氧气外逸析出, 使水中氧的溶解度下降, 亦即溶解氧量减小。当温度升高至100℃时, 氧气分压力降低到零, 水中的溶解氧也降低到零。

根据上述原理, 在对锅炉给水除氧时, 可通过提高给水的温度来减小氧的溶解度, 或者将水面上部空间的氧气或空气排除掉或使其转变成其它气体, 以减小水面上部氧气分压力, 减小给水中的溶解氧含量。

3.2 利用化学方法除氧

化学方法除氧是利用某种物质 (或药剂) 与给水中的氧发生化学反应, 来除去给水中的氧。通过化学除氧, 锅炉给水中的溶解氧在进入锅炉之前, 就被转变为稳定的化合物, 从而达到消除氧的目的。

3.3 利用电化学方法除氧

所谓电化学除氧, 是利用电化学保护的原理, 采用某种易氧化的金属作半电池电极, 使之与氧发生电化学腐蚀作用, 以消除水中的氧。目前, 我国的电化学除氧技术尚不十分成熟, 不过依据试用情况来看, 其经济实用性比较明显, 并且适用于低压锅炉及热水锅炉的给水除氧。

4 锅炉给水除氧的方法及特点

为了有效进行给水除氧, 避免因产生氧腐蚀而对锅炉设备造成危害, 锅炉给水处理工作者一直努力探求既高效又经济的除氧方法。目前我国锅炉给水除氧所用的方法很多, 常用的有热力除氧法、真空除氧法、解析除氧法和药剂除氧法等。

4.1 热力除氧法

热力除氧法可分为大气式和喷射式两种方式。其除氧的原理是:首先将锅炉的给水加热至沸点, 使水中氧的溶解度下降, 而析出的氧气不断外逸到水面上部;再将水面上部的氧气与水蒸汽及其他游离气体 (如CO2, N2等) 一起排除掉。经过热力除氧后, 给水中的含盐量及其他气体溶解量较低。

热力除氧法是目前应用最广泛的一种除氧方法, 其操作简单、容易控制且运行可靠, 除氧后的出水的残氧量约0.05mg/L。

在实际应用时, 热力除氧技术存在着一些不足。首先, 经过除氧的软水的水温较高, 很容易达到给水泵的汽化温度, 在输送过程中会被汽化;当热负荷发生频繁变动, 除氧水温<104℃时, 除氧效果并不理想。其次, 热力除氧器一般要求在高位配置, 故基建投资大, 且工作时震动和噪声也大。另外, 若采用热力除氧, 还会使得锅炉房的自耗汽量增大。

通常热力除氧仅适用于蒸汽锅炉的给水除氧, 而对热水锅炉则不适宜。

4.2 真空除氧法

真空除氧原理与热力除氧基本相同, 其除氧器的工作压力低于大气压力。我们都知道, 当压力降低时, 水的沸点也会降低。而真空除氧技术就利用了这一物理特性, 实现水在低温 (60℃~常温) 状态下的除氧。

真空除氧器可进行分级和低位安装, 具有运行稳定、除氧可靠、操作简单及适用范围广等特点。当要求低温除氧时, 它与热力除氧相比有着明显优势。真空除氧后的出水残氧量约为0.1mg/L。

真空除氧也存在着与热力除氧相似的缺点。此外, 真空除氧设备中需增加换热设备和循环水箱, 并且对一些关键设备 (如喷射泵、加压泵等) 的运行管理有较高的要求。

4.3 解析除氧法

解析除氧是近些年来发展起来的一种较新型的除氧技术。其原理是使不含氧的气体与需要除氧的给水充分混合接触, 使给水中的溶解氧解析至气体中去, 如此循环将给水中的氧去除。

采用解析除氧时, 对待除氧的给水不需预热处理, 故锅炉房的自耗汽少。此外解析除氧还具有设备占地少, 金属消耗少, 基建投资少的特点。在正常情况下, 其除氧后的出水残氧量可降至0.05mg/L, 除氧效果较好。

解析除氧法的不足主要有两方面:一是除氧装置的调整较为复杂, 二是管道系统与除氧水箱应密封良好。

4.4 钢屑除氧法

钢屑除氧法属于化学除氧的一种。其除氧原理是:使用钢屑作为媒介, 当一定温度的水通过钢屑时, 水中的溶解氧会与铁发生化学反应, 从而可消除氧。

钢屑除氧的设备装置比较简单, 但是其除氧装置失效快, 除氧的效果也容易发生波动, 故通常与其他除氧方法配合使用。钢屑除氧后的出水残氧量约为0.10mg/L。

4.5 化学药剂除氧法

化学药剂除氧法是把化学药剂直接加入锅炉本体、给水主管或热水锅炉的管网中, 使之与水中的氧发生化学反应, 从而消除氧。化学药剂可采用传统药剂比如亚硫酸钠和联氨, 以及新型药剂比如二甲基酮肟、乙醛肟和二乙基羟胺等。

化学药剂除氧的最突出的特点是其除氧效果好且稳定性高, 可满足深度除氧的要求, 其除氧后的出水残氧量在0.03mg/L以下。此外, 其除氧装置简单, 操作方便, 投资也少。尤其是新型高效的化学药剂的开发和应用, 克服了传统化学药剂的有毒有害、费用高等的缺点, 使化学药剂除氧得到很好的推广应用。

可见, 锅炉给水除氧的方法很多。由于热力除氧等物理方法的除氧深度是有限的, 因此我国工业锅炉的给水大多采用化学除氧, 或在热力除氧基础上配合采用化学除氧。

5 结语

除氧是锅炉给水处理工艺过程中的一个关键环节。锅炉给水中的溶解氧必须达到国家规定的锅炉水质标准要求, 并且锅炉压力越高, 允许的溶解氧规定值越低。

为保证锅炉安全稳定地运行, 必须结合锅炉设备的实际情况进行综合考虑, 合理选用除氧方法, 尽可能地降低给水中溶解氧的含量。

摘要：本文主要分析阐述了溶解氧对锅炉给水系统的危害及氧腐蚀机理, 阐述了锅炉给水除氧的途径, 以及目前我国工业锅炉给水除氧的常用方法、特点和应用, 同时强调了必须按规定对锅炉给水进行合理除氧, 使之达到国家水质标准要求。

关键词：锅炉给水,溶解氧,氧腐蚀机理,除氧途径,除氧方法

参考文献

[1]方雪, 王殿阁, 等.工业锅炉给水除氧方式探讨[J].辽宁化工, 2008, 6.

[2]黄进, 钟诚, 等.锅炉给水除氧技术新进展[J].化学工程师, 2004, 8.

锅炉除氧 篇3

1 原真空除氧系统

原真空除氧系统见图1。

原真空除氧器布置在发电厂房12m层,锅炉给水泵及疏水箱布置在0m层,保证了锅炉给水泵进口水位超过10m以上(水柱高度压强将大于真空度),使得锅炉给水泵进口不出现汽蚀现象。真空除氧采用一台循环水泵带动水喷射真空泵来保证除氧水箱的真空度。随着水不停地循环,循环水箱的水温逐渐上升,除氧水箱的真空度将逐渐下降,当循环水温达到45℃时,真空度将下降到-80k Pa以下。在此压力下,水中溶解的氧气将超过锅炉给水水质的要求,对锅炉产生氧腐蚀,故需要不停地更换温度更低的循环水,才能达到除氧的效果。

此真空除氧器的特点:(1)需要抽真空的循环水泵及水喷射泵(射水抽气器)不停地运转来维持稳定的真空度。(2)需要不停地更换循环水来降低循环水温,保证真空度不下降。

此真空除氧器的缺点是电站水耗及能耗增加。

2 改造后的真空除氧系统

改造后的真空除氧系统见图2。

1.循环水泵;2.水喷射泵;3、9.真空阀;4.除氧雾化泵;5.循环水箱;6.除氧水箱;7.给水泵;8.疏水箱;10.真空管道;11、12.闸阀;13.溢流管

此次改造的目的是降低真空除氧的能耗和水耗。真空除氧器的水来自凝汽器,由凝结水泵泵入除氧雾化塔。结合余热发电整个汽水系统分析发现,真空除氧系统和汽轮机凝汽器抽真空系统原理一致,凝结水在凝汽器中就经过了真空除氧,进入除氧器的水含氧只有补充水这一部分,余热发电除氧补充水量很小,正常运转约为蒸发量的2%左右,故可以经过改造,使真空除氧抽真空系统与凝汽器抽真空系统并用凝汽器抽真空设备,取消真空除氧器的循环水泵及水喷射泵,达到降低能耗和水耗的目的。

改造后系统增加阀门9、11、12、管道10、13。管道10为除氧器真空管道与凝汽器抽真空管道连接管道(除氧器与凝汽器距离15m,增加管道15m),由阀门9断开;阀门11将循环水箱溢流管断开;管道13为除氧水箱溢流管(增加管道4m),并将原有溢流管道延伸到离疏水箱底部100mm(正常运转时,保证疏水箱水位在300mm以上,即可保证溢流管不窜入空气进入除氧水箱而破坏除氧水箱真空),由阀门12断开。改造后真空除氧器运行方式:关闭阀门3、11,开启阀门9、12,停循环水泵即可投入正常运转,达到节能降耗的目的。

3 效果

1)改造后运行情况。真空除氧系统改造后,凝汽器真空度在改造前后没有变化,基本保证在-88k Pa左右,除氧水箱真空度与凝汽器真空度一致,除氧效果明显,经日常运行检测,除氧水箱水中含氧量均低于0.05mg/L,符合余热锅炉给水水质标准要求。

一体化除氧头在锅炉系统中的应用 篇4

锅炉一体化除氧技术, 即在锅炉系统中增加一体化除氧头, 用锅炉产生的蒸汽加热除氧头中软水进行热力除氧, 除氧水汇入锅筒经锅炉的受热面吸热产生蒸汽, 多余的除氧水作为其他锅炉供水。一体化除氧头运用先进的旋膜热力除氧, 除氧效率高、排汽量小、运行稳定、成本低, 提高了企业的经济效益。

将锅炉一体化除氧及给水除氧装置与锅炉本体安装在一起的锅炉运行装置, 包括一压力汽包, 也称为除氧锅筒, 锅筒上设置有一体化除氧头 (见图1) 。

一体化除氧头为立式容器, 由外壳、旋膜器组、淋水箆子、液汽网填料组件、氧气排除装置构成。

旋膜器组由水室、汽室、起膜管、凝结水接管、补充水接管构成。旋膜器完成除氧水粗除氧, 起膜管材料均为不锈钢材质, 常年运行无需检修。

淋水箆子由四层角钢组成, 疏水经过各层箆子与蒸汽进行热交换, 同时为除氧水进入液汽网填料进行均匀分配。

液汽网填料组件是由液汽网、框体、扁钢构成, 给水在这里与蒸汽充分接触, 加热到饱和温度并进行深度除氧, 保证水质合格。

氧气排除装置是法兰接管组件, 管子均布切向孔, 上升的氧气和少量的水蒸气切向进入排气管, 有效地防止排氧时的汽带水。

除氧锅筒兼作除氧水箱, 锅内设备有水下孔板、进水装置等, 进入锅筒的汽水混合物, 经水下孔板汽水分离后引出饱和蒸汽, 通入一体化除氧头加热除氧水。

2 一体化除氧头的工作原理

压力稳定的蒸汽通入除氧头, 给水被加热至除氧压力下的饱和温度即可除去溶解于给水中的氧及其他气体, 除氧水汇入锅筒经蒸发受热产生蒸汽。

具体系统工作原理如下:该系统采用独特的一体化多级除氧。软水送至省煤器加热后再进入除氧器起膜组的水室内, 在压差的作用下, 经旋膜管上的小孔斜旋喷射, 形成多层离心旋膜群与来自汽包由下而上的蒸汽逆流形成热交换, 在很小的行程上短时间产生剧烈的混合加热作用, 水温达到一体化除氧头工作压力下的饱和温度。因分压力为零, 溶解在水中的氧气溶解度急剧下降逸出水面, 经排气管排入大气。此时氧气基本被除净, 给水在起膜器内完成一次除氧, 经起膜段粗除氧的给水经淋水篦子进行二次分配, 呈均匀淋雨状落到其下的液汽网填料上, 在填料层完成二次深度除氧后流入锅筒汽包。此时, 水箱内的水含氧量低于部颁标准。锅筒汽包的除氧水经下降管进入蒸发受热面与管外烟气换热, 产生定压的饱和水蒸气, 饱和水蒸气上升进入一体化除氧头加热给水除氧, 另一部分饱和蒸汽加热成低压过热蒸汽供系统应用。富裕的除氧水通过给水泵供给其他锅炉热力设备。这样形成完整的锅炉一体化除氧循环 (见图2) 。

3 一体化除氧头的技术特点及节能效果

锅炉系统中传统的除氧器由除氧头和除氧水箱两部分组成, 除氧器及除氧水箱要求高位布置, 耗汽量大, 锅炉房的造价高, 管理不便, 造成很大的能源浪费。应用新型的锅炉一体化除氧装置, 锅炉汽包兼作除氧水箱, 置于锅筒上的一体化除氧头运用先进的旋膜除氧, 排汽量小, 节省设备占地空间, 减少基建投资。

一体化除氧技术可用于水泥窑余热发电、烧结机余热发电、玻璃窑余热发电等锅炉系统中, 一体化除氧设备已申请了锅炉自除氧结构装置实用新型专利, 专利号为ZL2011.2.0282573.X。

锅炉一体化除氧系统中, 除氧的关键技术为一体化除氧头, 采用旋膜热力除氧, 旋膜热力除氧是先进的热力除氧器, 一体化除氧头具有以下优点:

1) 除氧效率高, 给水含氧量合格率100%。高压除氧器给水含氧量≤5mg/L, 低压除氧器给水含氧量≤10mg/L, 完全达到部颁标准。

2) 运行稳定, 无震动。

3) 适应性能好, 对水质、水温要求不苛刻, 而且可超出力50%左右运行, 从而可取消前置加热器, 节约设备投资规模。

4) 排汽量小 (小于入口水量的0.1%) , 降低了能耗。

传统的锅炉给水除氧耗汽量大, 为防止锅炉给水泵汽蚀, 除氧器及除氧水箱要求高位布置, 一般高于锅炉给水泵入口7m, 锅炉房的造价高, 管理不便。使用本设备直接置于锅筒上, 节省设备占地面积, 减少基建投资。

4 应用举例

以烧结机余热锅炉04KY00设计的除氧器为例。04KY00为1台双压余热锅炉, 一体化除氧头与低压锅筒相连。除氧头产生的除氧水同时满足锅炉中压段的给水和低压锅筒自循环的用水量。除氧头自用蒸汽量和出水量计算汇总如表1所示。

注:进水平均焓hu= (h1Q1+h2Q2) / (Q1+Q2) ;一体化除氧头排气量L=A Dzy;一体化除氧头自用蒸汽量Dzy= (Q1+Q2) · (hb-hu) / (hq-hb) η+L;除氧头的出水量Qgs=Q1+Q2+Dzy。

这条工艺流程采用锅炉一体化除氧系统, 低压锅筒上直接设置一体化除氧头, 低压锅筒兼作除氧水箱, 结构合理紧凑, 比传统的热力除氧器节省钢材约7.5t, 节约成本减少锅炉的投资。一体化除氧头运用先进的旋膜热力除氧, 除氧效率高, 提高系统运行的可靠性和稳定性。

5 结论

锅炉一体化除氧头是一种新型高效的节能设备, 锅炉一体化除氧技术可广泛用于水泥、玻璃、铁矿等行业的余热发电。

锅炉除氧 篇5

关键词：锅炉给水,节能减排,经济效益分析

1 概述

目前我国工业锅炉采用软化水，脱盐水作锅炉给水，溶解氧腐蚀问题比较特出。由于腐蚀是一个缓慢的过程，因而，有些企业对除氧不重视。另一方面，由于缺少很好的除氧技术，我国50%的工业锅炉未配置除氧器，致使工业锅炉平均寿命缩短1/3，给企业和国家造成巨大的经济损失。

国内使用的传统除氧技术有热力除氧，解吸除氧，海绵铁除氧(过滤除氧)，真空除氧，加药除氧等。这些除氧技术都有一定局限性，有的耗能高，有的除氧后水中带进对锅炉有害的杂质造成对锅炉的二次腐蚀，使得传统的除氧方法很难在工业锅炉上普遍推广。

除氧技术基于化学原理和物理化学原理，国际上，工业锅炉补给水除氧，除了一些特殊场合保留热力除氧(如电厂除氧)和真空除氧(如海水除氧)外，化学除氧技术采用氧化还原树脂除氧，物理化学除氧技术采用膜分离除氧[1]。

化学除氧是把游离氧分子转变成金属氧化物或非金属氧化物。氧与金属元素反应生成金属氧化物，如水中溶解氧与海绵铁反应，生成氢氧化亚铁和氢氧化铁。溶解氧与非金属元素反应生成非金属氧化物，如与碳元素反应生二氧化碳，与低价硫化物反应生成高价硫化物(如溶解氧与亚硫酸钠反应生成硫酸钠)，溶氧与元素氢反应生成水。这些化学元素中最理想的是氢，氧化产物是水，为此，世界各国研究氧化还原树脂除氧[2]。各种氧化还原树脂不同之处在于氢的来源。一种是在水中加入氢，使水中溶解氧与水中溶解氢在氧化还原树脂表面反应生成水，这种氧化还原树脂有国产的宇神09型氧化还原树脂，美国Rhom and Haas公司产品ER-206，德国Mobey公司产品Lewatic-oc1045，这类树脂含有钯原子，氧化还原反应在钯原子表面进行。另一类树脂是氧化还原树脂功能团释放原子氢与水中溶解氧反应生成水，这种氧化还原树脂有国产宇神06型和宇神06A型氧化还原树脂，第三类氧化还原树脂是美国雅鲁大学H.G.Cassidy[3]教授合成的，与溶解氧反应的氢原子由有机官能团提供。例如由对苯二酚的酚羟基提供。氧化还原树脂除氧技术的关键就是合成一种适合工业上应用的氧化还原树脂，能提供大量的廉价活性氢。

物理化学除氧原理是根据亨理定律(henrys law) Cn=KPn在达到平衡条许下，水中溶解氧含量Cn与水上方氧气的摩尔分压Pn成正比，如果水上方氧气的摩尔分压Pn=0，溶解氧就向水上方无氧气体中扩散，如果设法使水上方气体中氧气摩尔分压始终保持为零，扩散达到平衡，水中溶解氧含量就为零，即成无氧水。无氧气体为蒸气就是热力除氧，无氧气体为氮气和二氧化碳混合气体就是解吸除氧，如果把水上方空气抽尽，仅留下水蒸汽就是真空除氧。物理化学除氧技术关键就是创造快速达到平衡的技术。下面从henrys定律和Fick扩散定律分析热力除氧，解吸除氧，真空除氧存在的问题。

根据Fick第一扩散定律dm/dt=-DAdc/dx

式中dm/dt———水中溶解氧扩散到无氧气体中速度;

D———氧的扩散系数;

A———水与无氧气体接触的面积;

dc/dx———氧的浓度梯度;

负号———氧从高浓度向低浓度扩散。

由Fick第一扩散定律可知，要提高除氧速度dm/dt，必须增加接触面积A，要把水变成水小珠，要充分雾化，这就增加热力除氧，真空除氧，解吸除氧动力消耗。增加氧的浓度梯度dc/dx，也可加快除氧速度，这就必须迅速除去进入无氧气体中的氧，使无氧气体中氧浓度尽量低，在热力除氧器运行中需要保证含氧蒸汽有一定排放量(5%～10%)，才能确保除氧器输出水中残余氧浓度达标。蒸汽排放增加了热量损失和水损失。在解吸除氧器运行中必须使解吸出来进入氮气和二氧化碳混合气体中的氧迅速与碳反应生成二氧化碳除去，为加快反应只有增加反应接触面积和提高反应温度二种途径，目前改进后的解吸除氧器用碳分子筛替代木炭，与碳比，碳分子筛由于具有很大的比表面，能提高与氧反应的速度，但碳分子筛价格高，增加了脱氧成本，但是，水中残余氧含量仍不达标，为进一步提高与氧反应的速度，碳与氧反器的温度须大于300℃，水中残余氧含量才达标(用木炭的反应器温度必须高于600℃)。这样解吸除氧器电炉功率要足够的大，导致解吸除氧电耗居高不下。在真空除氧系统中要保持一定真空度，真空泵需要有足够大的排气量，迅速排出水中释放出的氧，因而，真空除氧器电耗2 kWh/t以上，难以进一步降低。

通过以上分析，利用物理化学原理的传统除氧技术能耗高，国际上发达国家己采用膜分离除氧技术。如美国Celgard膜除氧技术[4]是一种高新技术。

2 宇神牌06A型氧化还原树脂除氧器

2.1 宇神牌06A型氧化还原树脂除氧器

2.1.1 特点和用途

宇神牌06A型氧化还原树脂除氧器特点是：(1)残余氧含量低，可达1μg/L以下;(2)可低温除氧，最低达-40℃;(3)抗核辐照剂量达107拉德(Rad)[5]，适合于工业锅炉给水除氧，反应堆、核电站一、二回路水除氧;这三大特点处于世界先进水平。除氧原理如图1所示。

当树脂使用一段时间后，氧化还原树脂上的铜肼配位化合物的功能团失去活性氢后，使用水合肼再生，重新生成新的配位化合物，继续提供活性氢，其反应式如图2所示。

在再生过程中，还伴随发生络合物中Cu+被氧化为Cu O的反应，其反应方程式如图3所示。

络合物中Cu+损失致氧化还原树脂的活性降低。在除氧器运行一段时间后(一般为16 h)，定期加入定量的硫酸铜溶液，对络合物中的Cu+进行再生和补充，恢复氧化还原树脂的活性。其反应方程式如图4所示。

2.2.2 顺流固定床宇神牌06A型氧化还原树脂除氧器

产品性能和技术参数见除氧器罐体结构与顺流再生软化器类似。设置上、下布水装置，除氧器罐中装填氧化还原树脂层高，根据罐体直径不同，层高在1 500～2 500之间，两台除氧罐体组成一套，两台除氧罐体之间用管道联接成一体，可串联运行也可并联运行，实现零排放。除氧系统由除氧器，吸浓联氨泵，联氨计量筒，联氨药箱，药泵，带搅拌器的硫酸铜药箱，硫酸铜药泵、无氧水箱组成，软化水从除氧器上部进入，下部流出，软化水硬度≤0.04 mmol/L，软化水浊度<5 mg/L，固定床除氧器流速≤12 m/h，定期测定无氧软化水中残余氧含量，当出水含氧量达到100 ppb时进行再生。再生切换根据用户需要而定，也可定在100 ppb或50 ppb。脱氧水中残余氧含量刚开始为100 ppb，逐渐降到5 ppb(约占周期产水量5%)，以后全周期产水中80%脱氧水中残余氧含量保持在20 ppb左右(高纯水，超纯水可保持在2～10 ppb)，以后逐渐升到100 ppb进行再生。再生时根据除氧器中装填树脂量，全自动加联氨，把一定量联氨放入药箱中，加水稀释至一定浓度后，开药泵，把联氨打入除氧器中进行再生，流出水经另一除氧器，送入无氧水箱，实现零排放，再生液加完后，关闭除氧器阀，静止熟化8 h完成再生(需二台组合成一套)。再生后的除氧器可再连续运行24 h左右，当连续运行16 h后，根据除氧器中装填树脂量，补加一定量一定浓度的硫酸铜溶液，此时除氧器流出的水仍为合格的脱氧水，加完硫酸铜溶液后，继续运行8 h左右，直到流出水中残余氧含量超过规定的指标，再加联氨再生。

宇神牌06A型氧化还原树脂理化性能如表1所示。

2.3.3浮动床宇神06A型氧化还原树脂除氧器（发明专利号200510077710.5)

该除氧器运行流速可以达25～30 m/h，同样尺寸的除氧器，其出力可提高一培，节省钢材，节省树脂，节省厂房。其性能与普通浮动床比较如表2所示。

软化水硬度≤0.04 mmol/L，软化水浊度<2 mg/L，除氧器流速≤25 m/h时，浮动床脱氧水中残余氧含量在10 ppb以下，操作过程与固定床同：运行16 h，补加少量铜离子后再运行8 h，加肼熟化8 h，重复上述步骤。浮动床操作方法同浮动床软化器，不过浮动床树脂除氧器再生过程与浮动床软化器不同，浮动床树脂除氧器为非对流再生，而是同流再生，再生还原剂联氨溶液从除氧器下部进入，自下而上流过树脂再生，从除氧器顶部流出，流入联氨药箱，铜离子溶液也是从除氧器下部进入，自下而上流过树脂再生，进入无氧水箱。联氨再生熟化后的除氧器可连续运行24 h左右，当连续运行16 h后，根据除氧器中装填树脂量，补加一定量一定浓度的硫酸铜溶液，此时除氧器流出的水仍为合格的脱氧水，可进入无氧水箱，加完硫酸铜溶液后，继续运行8 h左右，直到流出水中残余氧含量超过规定的指标，停止运行，进行加联氨再生。为了使浮动床稳定，不乱层，下部进水阀门前设置稳压管，稳压管高度高出除氧器项端0.5 m与大气相通。其安装如图5所示。

2.2.4宇神06A型氧化还原树脂除氧器运行成本

(1)再生剂费用：

1)联氨费用：软化水中溶解氧含量以8 mg/L计，浓度为80%联氨(N2H4浓度为16 mol)价格15 000元/t，每吨脱氧水消耗联氨16.7 g，联氨费用=15元×0.016 7=0.25元/t。

2)水合硫酸铜价格以15 000元/t计，每吨脱氧水消耗硫酸铜用量以8 g计，硫酸铜费用0.12元。

再生剂费用=1)+2)=0.25+0.12=0.37元/t。

(2)折旧费计算：

宇神06A型氧化还原树脂除氧器t/h出力平均价格以6 000元计，折旧率以10%计，除氧器每年运行时间以330天计，每吨脱氧水承担费用=6 000×5%/7 920=0.076元。

(3)药泵电费：

药泵型号为BAW150，功率1.5 k W，流量5 t/h，以出力20 t/h为例，一个产水周期产水480 t，药泵运行1 h，电费为0.75元，每吨脱氧水承担电费C=0.75/480=0.0015元。

宇神牌06A型氧化还原树脂除氧总成本= (1) + (2) + (3) =0.38+0.076+0.001 5=0.46元/t。

3 宇神06B型氧化还原树脂除氧器

3.1 特点和用途

不用定期再生，可连续运行，易实实现自动操作。还原中不用硫酸铜，适合电厂给水、冷凝水，双水内冷电机冷却水除氧和核电站二回路水除氧。

3.2 结构

把宇神06B氧化还原树脂装入除氧器罐中，在未除氧水中用剂量泵加入与水中含氧量等当量的联氨，经静态混合器流入宇神06B氧化还原树脂除氧器即可除氧。

宇神06B型氧化还原树脂除氧器除氧流速可达60 m/h，除氧反应时间仅需1 min，树脂用量少，除氧器体积小，可用于高压锅炉，超高压锅炉脱盐水，纯水，高纯水，除氧。

3.3 除氧原理

水中溶解氧与水中加入的肼在宇神06B型树胎脂表面反应生成水，氮气：N2H4+O2→2H2O+N2↑。

3.4 运行成本

流速sv以60 L/h计，即100 L/kg·h，每吨除氧器出力配06B树脂10 kg，以10 t/h宇神牌06B型氧化还原树脂除氧器为例，需配树脂100 kg，一台计量泵，树脂寿命以五年计，每年运行330天，每千克树脂周期产水量=330×24×5×100/1 000=3 960 m3

(1)树脂折旧费用400/3 960=0.10元/t;

(2)设备价以20 000元/t计，执旧率以10%计，设备折旧费=30 000×10%/7 920×10=0.03元/t;

(3)电费：计量泵功率为0.18 kW，电费=0.5×0.18/10=0.01元;

(4)联氨费，16.7×15/1 000=0.25元/t;

宇神06B型氧化还原树脂除氧器除氧成本Q0=(1)+ (2) + (3) + (4) =0.10+0.03+0.01+0.25=0.39元/t。

4 宇神06C型氧化还原树脂除氧器

4.1 特点和用途

宇神06C型氧化还原树脂除氧器内装宇神06C型氧化还原树脂，该树脂用1号再生剂和2号再生剂还原再生，该再生剂经国际权威部门认可，对人的健康无害，可用于食品工业锅炉给水除氧，适合于浓缩脾酒稀释用水除氧。

4.2 脂除氧原理

O2+06C型还原态树脂→06C型氧化态树脂;

06C型氧化态树脂+还原剂→06C型还原态树脂。

4.3 树脂理化性能

宇神牌06C型氧化还原树脂除氧器结构及除氧系统与宇神牌06A型相同，但需用二只药箱二台药泵，可用于固定床除氧器也可用于浮动床除氧器生产脱氧水，宇神06C型除氧器再生时间≤1 h，因此可单罐运行。06C型氧化还原树脂除氧器主要用于水温≥10℃的软化水，脱盐水、纯水除氧，具体如表3所示。

5 宇神08型氧化还原树脂除氧器即用亚硫酸钠还原再生的氧化还原树脂除氧器

专利号97201188.9除氧器由宇神08型氧化还原树脂，除氧器罐一只或贰只(逆流再生固定床或浮动床)，药箱1只，药泵一台组成。树脂除氧失效后用亚硫酸钠还原再生，除氧流速20 m/h，每吨水脱氧消耗无水亚硫酸钠平均200 g，除氧费用为0.80元/t，其性能如表4所示。

6 宇神牌09型氧化还原树脂及其除氧器

6.1 特点和用途

宇神牌09型氧化还原树脂除氧器由于采用氢气再生，属于绿色环保节能型除氧器。尤其适合有氢气源的企事业单位使用，是除氧成本最经济的除氧器。

6.2 除氧原理

宇神09型氧化还原树脂除氧器也是单罐运行，水中溶解氧通过与水中溶解氢在宇神09型氧化还原树脂表面结合成水而被除去。

6.3 树脂理化性能

树脂理化性能如表5所示。

6.4 除氧成本

(1)水中溶氧含量以8 mg/L计，氢利用率以80%计，每吨水脱氧消耗1.2 g氢，氢价以0.05元/g，除氧氢费用0.06元/t;

(2)宇神09型氧化还原树脂500元/kg，流速以60 L/h。L树脂计(80 L/kg·h)，全周期产水量以5年计，每年运行330天，每千克树脂产无氧水3 168 m3，树脂折旧费用400/3 168=0.16元;

(3)不含树脂的设备价为3 000元/t，折旧率以10%计，设备折旧费Q=3 000×10%/7 920=0.040元;

(4)除氧成本=0.06+0.16+0.04=0.26元/t。

氧化还原树脂通过了第十四研究院院级鉴定，获电子工业部一等科技成果奖，氧化还原树脂除氧器通过了电子工业部元器件管理局和江苏省石油化工厅联合签定。获电子工业部二等科技进步奖和江苏省优秀新产品奖，被化学工业部列为全国化工科技成果推广应用重点项目，被国家科委列入国家科技成果重点推广计划项目。宇神牌氧化还原树脂除氧器，已被国家经贸委、国家计委、国家科委已确认为优秀节能产品(证书号941229)。

7 树脂除氧替代传统除氧器节能防腐效益

以宇神06B型氧化还原树脂除氧器为准，，算替代传统除氧器节能防腐效益

7.1 替代热力除氧

7.1.1 热力除氧成本

热力除氧自耗蒸汽占锅炉出力的16%(进水温度以18℃计)。进水温度以18℃计，，加热到105℃，软化水消耗蒸汽量计算。

查表105℃蒸汽汽化潜热为536 k Cal， (105-18)×1 000/536=162.3 kg，，即降低锅炉出力16%。

尽管用于除氧的蒸汽热量大部分可回收，但最少有5%蒸汽排到空气中。

生产脱氧水消耗蒸汽量160 kg×5%=8 kg。

(1)蒸汽排放费：8 kg×0.16元/kg=1.28元/t。

(2) 8 kg锅炉给水费用：锅炉给水价以10元/t计，0.008×10=0.08元

(3)框架折旧费：热力除氧的无氧水温105℃相应的饱和蒸汽压为0.123 Mpa，除氧器必须高位布置，应高出锅炉给水泵入口12.3 m，才能防止高温脱氧水在锅炉给水泵入口处汽化，单层锅炉房需建专用钢筋水泥框架，一台放置出力为30 t/h热力除氧设备的框架造价30万元，设备折旧率以5%计，每年运行330天计，因水泥框架折旧增加脱氧成本=10 000×5%/7 920=0.06元/t。

(4)降低锅炉出力增加成本：热力除氧平均自耗蒸汽计算锅炉房投资以每吨锅炉出力20万元计算，锅炉折旧率以5%计，脱氧水增加成本D=200 000×16%×5%/7 920=0.20元/t。

(5)热力除氧器折旧费计算：折旧率以5%计，热力除氧器价格以2 000元/t出力计，每吨脱氧水承担的折旧费=2 000×10%/7 920=0.01元。

热力除氧总成本Q1=(1)+(2)+(3)+(4)+(5)=1.28+0.08+0.06+0.20+0.01=1.63元/t。

7.1.2 代替热力除氧节能效益

采用宇神06B氧化还原树脂除氧器代替热力除氧每年节能、节水效益为W，故W=(Q1-Q0)×7 920=(1.63-0.39)×7 920=1.10元×7 920=9 820.8元。

7.1.3 回收技改资金时间

06B除氧器出力计平均价7 000元/t，投资回收时间Y年，Y=7 000/9 820.8=0.7年，即8个月收回替代热力除氧投资。

7.2 替代真空除氧器

真空除氧器属于中温除氧。原理也是根据亨利定律，把水上方抽成真空，水中溶解氧就向真空扩散，达到除氧的目的，国内采用的抽真空装置一般为水流喷射泵，真空度只能达到0.06 Mpa，要达到好的除氧效果，必须把水上面的水蒸汽压提高到0.04 Mpa，与此饱和水蒸汽压相应的水温为60℃，因此，采用真空除氧器对锅炉补给水除氧，要使水中残余氧含量<100 ppb，水温必须≥60℃。

7.2.1 真空除氧器运行成本

(1)电费：真空除氧器需用四台泵，一台射流真空泵，使除氧器产生0.06 Mpa真空度;一台软化水喷淋泵，使软化水在真空中喷雾除氧;一台引水泵，把真空除氧器中脱氧水吸出;一台锅炉给水泵，把无氧水送入锅炉。平均生产一吨脱氧水耗电2度，电费以0.50元/k Wh计，脱氧水电费：A=0.5×2=1.00元。

(2)折旧费：出力为20 t/h真空除氧器价格16万元，平均每吨出力8 000元，折旧率为10%，每年运行以330天计，折旧费B=8 000×10%/7 920=0.10元/t。

(3)因加热水占用锅炉出力的费用：软化水温度平均以12℃计，每吨水加热到60℃需消耗蒸汽Wkg, 100℃蒸汽热焓ΔHg为639 kCal/kg。

W=(60-12)×1 000/ΔHg=75 kg，蒸汽/t脱氧水：降低锅炉出力7.5%，每吨出力锅炉投资以20万元计，旧率以5%计，年运行330天计，C=(200 000×7.5×5%)/7 920=0.10元/t。

真空除氧成本Q=(1)+(2)+(3)=1.00+0.10+0.10=1.20元/t。

7.2.2 替代真空除氧的节能效益

国产真空除氧器，除氧性能不稳定，射流泵长期使用，真空度达不到指标，射流真空泵连续使用，水温升高，也会造成真空度下降。真空除氧器生产脱氧水残余氧含量一般在100～200 ppb，达不到GB1576～2001工业锅炉水质标准的要求，达，到防溶氧腐蚀效果。替代真空除氧的节能效益(Q2-Q0)×7 920=(1.20-0.39)×7 920=0.81×7 920=6 415.2(元/t出力)。

7.2.3 回收技改投资时间

Y=7 000/6 415.2=1.09年，即1年零1个月收回收技改投资。

7.3 替代解吸除氧器

解吸除氧器工作原理是水中溶解氧与碳反应生成二氧化碳，反应方程式如下：

为了把水中溶解氧解吸出来，必须把软化水在无氧氮气体中喷淋雾化，水中溶解氧解吸出来，进入氮气，含氧氮气与碳子筛在高温除氧反应器中反应生成二氧化碳，氮气变成氮气和二氧化碳的混合气体，软化水在这种混合气体中喷淋，二氧化碳溶入软化水中，这样，水溶解氧转变成溶解的二氧化碳，降低了水的PH值，达不到GB1576—2001规定的pH值≥7的要求，增中了水的腐蚀性，美国雷声公司研究报告结论：

水中溶解氧对金属腐蚀速度在有二氧化碳存在条件下，要快13倍，因此，采用解吸法除氧没有解决锅炉的腐蚀。仅仅是把溶氧腐蚀转变成溶氧与二氧化碳的综合腐蚀，且是更严重的腐蚀。

解吸除氧成本计算：

(1)电费：以北京海淀捷源公司JYX-4型解吸除氧为例，额定出水量4 t/h(与4 t锅炉配套)，除氧泵为IS50-32-200功率为5.5 kW，电加热高温除氧反应器功率为2.5 k W，共8 kW，每吨脱氧水耗电2 k W，电费A=2×0.5=1.00元。

(2)碳分子筛消耗：水中溶解氧含量以8 mg/L计，根据化学反应方程式计算每吨脱氧消耗碳分子筛3 g，利用率以80%计，实际消耗3.75 g, 3 094碳分子筛45元/kg, B=3.75×0.045=0.17元。

(3)折旧费：解吸除氧器平均价格以出计为5 000元/t，折旧率以5%计，故可得出C=5 000×5%/7 920=0.03元。

解吸除氧总成本Q3=A+B+C=1.00+0.17+0.03=1.20元。

替代解吸除氧器每年节能费G=(Q3-Q0)×7 920= (1.20-0.39) ×7 920=0.81×7 920=6 415.2元。

投资回收时间Y3, Y3=7 000/6 415.2=1.09年，即一年1个月节能效益可收回替代解吸除氧投资。

7.4 替代海绵铁粒除氧器

海绵铁粒除氧原理：水中溶解氧与海绵铁粒反应，生成氢氧化亚铁和氢氧化铁而被除去。

为了加快反应速度，把废钢铁融化加入少量钴通入氮气，制成多孔粒状海绵体，化学反应方程式如下：

由化学反应方程式可知，除氧反应生成铁的氢氧化物胶体，阻碍了溶解氧与铁反应，因此，要定期用高压软化水反冲洗，配置一台IS100-80-160高压泵，功率15 kW，反洗强度为27 L/m2·s，反洗30分钟(或用真空泵吸进空气，反洗强度可降低到15 L/m2·s)，每天反洗一次，洗去海绵铁粒表面的铁胶体，由化学反应方程式(1)还可知，除去8 mg O2生成Fe2+28 mg。软化水中含铁离子，软化水经除氧后带黄色，进入锅炉铁离子会在锅炉管内壁生成铁垢，铁垢导热系数比钢铁小8倍，不但造成锅炉热效率降低，而且给锅炉安全运行造成隐患(尤其是燃气锅炉)，因此，为了锅炉安全运行GB1576—2008标准中规定贯流和直流蒸汽锅炉给水中铁含量≤0.3 mg/L (p≤2.5 Mpa)和≤0.1 mg/L (p≤2.5 Mpa)，海绵铁除氧必须再加，化器除铁，组成海绵铁除氧软化器除铁装置，水温保持在8℃以上，残余氧含量才能≤100 ppb，对于我国东北、西北地区冬季水温接近0℃，不适合使用。以武汉水利电力大学河南安阳长城水处理设备厂生产的ZGY-1200-1型组合式除氧除铁器为例，该除氧器出力17 t/h，分上下两室，下室内装填海绵铁粒层高900 mm，海绵铁粒重6.5 t，上室装填001×7阳离子交换树脂层高900 mm，体积为707 L，重350 kg，采用低速逆流再生(2 m/h)，盐耗量为80 g/L，再生盐中加1.5%Na2SO3，把Fe3+还原成Fe2+，防止Fe3+对001×7阳离子交换树脂的污染。树脂对Fe2+工作交换容量400 mol/m3。

7.4.1 海绵铁粒除氧成本（1）除铁费用

除铁设备再生一次可除去0.4×707=282.8 mol Fe2+，除氧后水中产生与溶氧等当量Fe2+，水中Fe2+浓度，溶氧含量以8 mg/L计即1 mol/t，可产无铁脱氧水28.8 t。

1)电费，盐泵功率2 kW，盐液浓度4%～5%，1.5 m3盐水，以2 m/h流速打入除铁器中，在一个除铁周期中盐泵电费为D1=2.2×0.5=1.00元;

2)软化器再生费用，工业盐0.7元/kg，再生水平以80 g/L树脂计，盐费D2=0.7×0.08×707=0.7×56.56=39.59元;

3)软化器反洗自耗水，5%计，自耗水费D3=282.8×5%×5=70.7元;

4) Fe3+还原费，于Fe3+使阳离子交换树脂中毒，因此需加亚硫酸钠和亚硫酸氢钠还原Fe3+相当于再生用盐量2%，亚硫酸钠和亚硫酸氢钠平均价以4元/kg计，还原剂费用D4=4×0.08×707×2%=4.52元;

除铁费D=(D1+D2+D3+D4)/282=(1.0+39.59+70.5+4.52)/282.8=115.62/282.8=0.41元/t。

(2)反冲洗铁胶体消耗水费：水费仍以5元/t计算，1 200海绵铁除氧器，截面积1.13 m2，反洗强度为27L/m2·s，连续运行五天反洗时间累计为60分钟，反洗用水量q=27×60×60×1.13=109.8 t。120小时生产脱氧水2 040 t，自耗水=109.8/2040=5.4%，反冲水费=5.0×5.4%=0.27元/t。

(3)海绵铁粒消耗费用：水中溶解氧含量以8 g/m3根据反应式计算除去8 g氧消耗海绵铁28 g (1 mol)，海绵铁利用率以50%计，价格以10 000元/t计，B=28×2×10/1 000=0.56元/t。

(4)电费：15 kW反冲洗泵，运行半小时，全国平均电费每度以0.5元计，出力17 t/h海绵铁除氧器一个冲洗周期内，每吨脱氧水承担电费C=15×0.5×0.5/2 040=0.01元。

(5)设备折旧费：设备价以2 000元/t出力计，折旧率以5%计，每年运行330天计E=2 000×10%/7 920=0.025元/t脱氧水，

海绵铁除氧总成本Q4=(1)+(2)+(3)+(4)+(5)=0.41+0.27+0.56+0.01+0.025=1.28元。

7.4.2 替代海绵铁粒除氧节能效益

替代海绵铁粒除氧每年每吨出力产生的效益 (Q4-Q0) ×7 920= (1.28-0.39) ×7 920=0.89×7 920=7 048元。

7.4.3 技改费回收时间

Y=7 000/7 048=0.99年，即1年收回投资。

8 替代加药除氧

加药除氧是在水中加入还原剂，把水中溶解氧还原。常用还原剂有亚硫酸钠，与溶氧反应生成硫酸钠：

或加联氨生成水和氮：

加药除氧共同缺点是污染水质。锅炉给水中带进有害杂质，增加炉水含盐量，加快电化学腐蚀，增加炉水排污水量，增加热损失和水损失。另一缺点是增加药品消耗，所加除氧还原剂一般要过量100%，仅用作热力除氧后二，除氧，如发电厂在热力除氧后水中残余氧含量在0.03～0.05 mg/L的水中加入联氨，并过量，使炉水中联氨保持在0.05～10 mg/L，以保证超高压锅炉炉水中残余氧含量为≤0.007 mg/L。

除氧成本：根椐化学反应方程式过量1倍药量计算加N2H4除氧成本为0.5元/t，但水温须达270，以上才能快速与氧反应，低于该温度仍有氧，蚀。工业锅炉加药除氧常用亚硫酸钠，加无水亚硫酸钠除氧，每吨水需要加药20 g，药费0.8元，但，中不能含富维酸，腐植酸等有机物，，否则不能与氧反应，亚硫酸钠与氧反应生成硫酸钠，除氧后水中硫酸钠与水中钙离子生成硫酸钙沉积在锅炉内壁生成硫酸钙水垢，硫酸钙垢不能用化学酸洗清除，给锅炉维修增加困难。剩余亚硫酸钠与钙离子生成亚硫酸钙水垢，亚硫酸钙垢在高温下分解为二氧化硫和氧化钙，造成二氧化硫对钢铁的腐蚀，反应如下：

因此，目前，国外发达国家，锅炉给水除氧己不用，硫酸钠，用联氨，碳酰肼、等有机还原剂。但这此还原剂价格高。

9 树脂除氧替代传统除氧节能效益

树脂除氧替代传统除氧节能效益如表6所示。

1 0 结语