对热水锅炉给水除氧方式的探讨
1前言
为保证锅炉安全运行，对锅炉给水进行有效的除氧是非常重要的。在国家标准《工业锅炉水质》（GB1576—2001）中，对锅炉水质提出了严格要求，要求蒸发量大于2t/h的蒸汽锅炉和额定功率≥4.2MW的热水锅炉，都必须除氧。在锅炉房设置适用的除氧设施，除去锅炉给水中的溶解氧，是保护热力系统设备经济运行的必不可少的手段。
2锅炉氧腐蚀简介
氧腐蚀是影响锅炉安全运行和使用寿命的关键问题之一。特别是随着热水锅炉的发展，腐蚀问题更为突出，引起人们极大的关注。溶解在水中的氧是造成锅炉腐蚀的重要因素。试验证实，腐蚀速度与溶液中氧的浓度成正比，
氧是很活泼的气体，它能跟绝大多数金属直接化合，当其与金属化合后，往往形成沉淀或稳定的化合物，这些氧化物不再与金属化合，起腐蚀作用的是水中的溶解氧。防止锅炉氧腐蚀最有效的方法就是加强锅炉给水的除氧，使给水中的含氧量达到水质标准的要求。
3除氧的原理与途径
根据气体溶解定律：任何气体在水中的溶解度与此气体在气水界面上的分压力和水温有关。根据氧的特性，水中除氧可从以下几个方面着手：
(1)使水加热，减小氧的溶解度，水中氧气就可以逸出;
(2)使水面上空的氧分子都排除，或转变成其他气体。既然水面上没有氧分子存在，氧的分压力就为零，水中氧的溶解度为零，水中氧气不断逸出；
(3)使水中的溶解氧在进入锅炉之前就转变为与金属或其他药剂的化合物而消耗干净。
锅炉给水常用的除氧方法有：热力除氧 、真空除氧、解吸除氧 、钢屑及加药除氧、海绵铁常温过滤式除氧等。
4各类除氧方式的分析
4.1热力除氧
热力除氧原理是将水加热至相应压力下的饱和温度（一般达到沸点），蒸汽分压力接近水面上的全压力，溶解于水中氧的分压力接近于零，使氧析出，再将水面上产生的氧气排除，从而保证给水含氧量达到水质标准的要求。
热力除氧有以下特点：
（1）不仅能除O2，还能除CO2及其他气体；
（2）除氧水中不增加含盐量，也不增加其它气体的溶解量；
热力除氧按压力大小可分为压力式和大气式两种。锅炉给水常采用大气式热力除氧器，图2是热力除氧的系统图。除氧器内保持比大气压力稍高的压力（一般为0.02～0.025MPa表压力，此压力下饱和温度为104～105℃），以便于排出逸出的气体。在实际运行中，常因热负荷频繁变动及管理操作水平等原因，而使锅炉给水实际的除氧效果受较大影响。另外，热力除氧还必须有蒸汽供应。
4.2真空除氧
真空式除氧是在低于大气压力（真空度600~700mmHg）下进行除氧的，属于低温除氧。常用的真空除氧系统有蒸汽喷射和水喷射两种，由于给水温度要求低，用热水加热即可，因此可用于热水锅炉系统。
真空除氧效果好坏的关键是保证真空度，由于热负荷的波动，同时系统的气密性难以保证，故在供热系统除氧中应用不广泛。
4.3解吸除氧
解析除氧是基于亨利定律，氧在水中的溶解度与水所接触的气体中的氧的分压力成正比，而气体中氧的分压力又与气体中氧的含量成正比，因此将要除氧的给水与已脱氧的气体强烈混合，则溶解于水中的氧大量扩散到气体中，从而达到除氧的目的。图3为解吸除氧的系统图。
解吸除氧有以下特点：
（1）不需加热，可常温下除氧，节约能源;
（2）根据资料核算，其初步投资约为热力除氧的2/3；真空除氧的2/5。运行费用比热力除氧、真空除氧、亚硫酸钠除氧，氧化还原树脂都低的多;
（3）除喷射器布置要求一定高度外，其余均为低位布置，占地较少。
解吸除氧也存在一些不利因数：
（1）只能除氧，不能除其他气体，除氧后水中CO2有所增高，PH值降低0.2～0.3；
（2）要消耗一定的电力；
（3）产品质量及催化脱氧剂差异很大，造成使用效果不一致；
（4）系统的气密性要求难以保证。
解析除氧技术一直在不断发展，最近对脱氧做了改进后，又称新型解析除氧，这种方法属于常温低位除氧，但设备最高点也要达到6m左右，还要有加热器、除氧水泵、温控器等，系统较为复杂。
4.4化学除氧
4.4.1化学药剂除氧
化学除氧也是一种常用的除氧措施，常用的除氧反应剂有亚硫酸钠、联氨等。
(1)亚硫酸钠除氧
投加亚硫酸钠是中小锅炉常用的一种除氧方式。它是一种较强的还原剂，与水中氧反应生成硫酸钠，从而除去水中的氧，反应式：2Na2SO3＋O2→2Na2SO4，亚硫酸钠的加入量一般要过量。按理论计算，除去1mg/l的氧需要8mg/l的亚硫酸钠，但实际上要加入20mg/l工业亚硫酸钠(Na2SO4 。7H2O)。
亚硫酸钠除氧基建投资小，运行操作简单，但是除氧效果不可靠，增加锅炉水的含盐量，需加大排污，造成热量和水量的损失，也增大了锅炉产生CaS O4水垢的可能性。亚硫酸钠除氧只能用于压力较低的中小锅炉。
(2)联氨除氧
联氨又称肼，在常温下是无色液体，易溶于水与乙醇。联氨是极为有效的除氧剂，与水中氧气反应生成水与氮气，不增加水中的含盐量，反应式：N2H4＋O2→2H2O＋N2，目前主要用于热力除氧后的辅助措施，以彻底消除水中残留的氧。但联氨在低温时与溶解氧反应速度较慢，且易燃易爆，对人体可能有致癌作用。故联氨常用在中、高压锅炉。
4.4.2树脂除氧
树脂除氧属于化学除氧的范畴。除氧树脂按其原理的不同，可分为：氧化还原型树脂；载体型树脂；触媒型树脂三类。树脂除氧效果很好，但运行流速慢，使设备体积庞大，增加设备投资。树脂价格较贵，设备初投资较大,因此应用较少。
4.5电化学除氧
电化学除氧就是利用电化学保护的原理，人为的在除氧器中使用一种金属(常用铝)，当水流过除氧器时同金属发生电化学腐蚀，水中氧即被消耗，从而达到除氧的效果。
电化学除氧设备简单，操作方便，运行费用低，运行条件正常时含氧量可降至0.1mg/l。电化学除氧效率与待除氧水中含氧量大小无关，与流速、水温、电流大小有关。水温最好在70℃左右，不得低于40℃。电化学除氧目前尚无成熟经验，锅炉运行过程中会出现片状沉淀物，除氧器本身易生腐蚀。
4.6钢屑除氧
钢屑除氧就是使水经过钢屑除氧器，钢屑被氧化，而将水中的溶解氧除去，反应式为：3Fe＋2O2→Fe3O4。钢屑的材料可以用0～6号碳素钢，钢屑厚度一般用0.5～1mm，长度为8～12mm，要采用切削下不久的钢屑。在装入前，应先用2%~3%的碱溶液洗去附着在钢屑表面的油污，再用热水冲去碱溶液，然后用2%~3%的硫酸溶液处理20～30min，再用热水冲洗，使钢屑表面容易与氧起作用，钢屑装入除氧器后要压紧。图4为钢屑除氧器原理图。
钢屑除氧器除氧效果与下列因素有关
（1）水温：这是主要因素，水温越高反应速度越快，并不易带出铁锈。一般要求水温≥70℃。
（2）水与钢屑的接触时间：所需时间与水温关系见表-1：
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钢屑除氧器装置简单，投资小，操作也比较方便。但水温过低或氢氧根碱度过大，钢屑表面钝化，都会使除氧效果降低，同时更换钢屑劳动强度也较大。有的锅炉房将钢屑除氧与加入反应剂除氧联合使用，效果较好。
4.7海绵铁常温过滤除氧
海绵铁常温过滤式除氧是近年来开发出新的除氧工艺技术。海绵铁的主要成份是铁素体，其粒径约1.5毫米，平均比重约为1.5左右，铁素体表现疏松、多孔且外表极不规则，表面积大，与水介质接触充分，极易与其中的溶解氧发生反应，其反应机理为：2Fe＋2H2O＋O2→2Fe(OH)2 ，2Fe(OH)2＋H2O＋0.5O2→2Fe(OH)3。
反应最终生成物Fe(OH)3呈絮状，分子附着力小，用具有一定强度的水反冲洗，极易从海绵铁中排除。运行中，残留的二价铁离子，可在其热力系统循环中，与二次渗入的氧气先发生反应，从而保护锅炉本体免遭腐蚀。残留的氢氧根离子，可相对提高循环水碱度 ，一定程度的改善热水锅炉循环水碱度偏低的状况。
海绵铁常温过滤式除氧装置一般采用微电脑程序控制，实现了除氧、反洗运行的自动化，其主要特点是：
（1）常温除氧，无需加热；
（2）除氧效果稳定。除氧水含氧量稳定在0.05mg/l以下，达到中低压锅炉的水质标准；
（3）投资省。设备整体组装小，占地面积小，高度低，不需专用厂房；
（4）对负荷变化适应性好；
（5）出水无毒。除氧剂无毒且不需要除油、活化。
5各种除氧方式的比较
几种除氧方式的性能比较见表-2。
除氧方式的性能对比 表-2
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7最佳除氧方式的选择
通过对供热锅炉给水各种除氧方式的工作原理与除氧效果的分析及对我市各供热锅炉房除氧设备及运行情况的调查，我们对热水锅炉给水的除氧方式有了更加全面清楚的认识。在选择热水锅炉给水除氧方式时，应充分考虑每种除氧方式各自的特点，根据供热系统的不同情况加以选择：
1、电化学除氧技术不成熟，目前不便应用；
2、热力除氧是一种比较成熟的技术，能达到比较理想的除氧效果，但难以应用于热水锅炉，而且运行管理调节比较困难，基建投资大，在有汽源的情况下可以考虑采用；
3、真空除氧属于低温除氧，同热力除氧相比，加热温度有所降低。真空除氧的除氧效果较好，但基建投资大，系统复杂，运行费用较高，对运行管理要求高，特别是真空度难以保证；
4、解吸除氧若调整好，除氧效果是比较好的，投资也较小，运行费用比较低。但运行中调节比较困难，因而除氧效果不稳定；
5、加亚硫酸钠除氧设备简单、操作方便，投资低，除氧效果良好，但运行费用很高，且增加锅炉水的含盐量，不得不加大排污，造成热量和水量的损失，在经济与技术上看，此法不理想；
6、钢屑除氧投资小，管理方便，运行费用低，但效果不稳定，一般要求水温≥70℃，且更换钢屑劳动强度大，通常采用加药除氧作补充；
7、海绵铁常温过滤式除氧是新技术、新工艺，除氧效果比较好，投资、运行费用都比较低，管理方便，易于操作。随着除氧器结构的改进与海绵铁质量的提高，海绵铁常温过滤式除氧的除氧效果会继续得到改善。
综上所述，在热力系统中，特别是对热水锅炉，除去锅炉给水中的溶解氧，是保护热力系统中所有设备不受腐蚀的基本方法，也是保证热力设备安全经济运行必不可少的手段。就热水锅炉来讲，目前所采用的海绵铁常温过滤式除氧技术是适合热水锅炉供热系统的，该除氧方式在未来的热水锅炉给水除氧系统中具有广阔的应用前景。
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