淺析鍋爐給水除氧技術

冀靜

摘要：本文分析了現有幾種常用的鍋爐給水除氧技術，在此基礎上，找出它們的優缺點，提出了鍋爐給水除氧方法選用的建議性意見。

關鍵詞：氧腐蝕；溶解氧；鍋爐給水；除氧

1 簡介：

鍋爐是現代化生產必不可少的設備，多年的實踐表明，結垢與腐蝕是威脅鍋爐安全運行的兩大危害。近年來，隨著阻垢處理技術的發展，鍋爐結垢現象已基本得到控制，而腐蝕的危害仍不容忽視。據統計，40%左右的鍋爐存在不同程度的腐蝕，嚴重者甚至腐蝕穿孔，直接威脅到鍋爐的安全經濟運行。氧腐蝕常常是影響鍋爐安全運行和使用壽命的重要因素之一。

2 氧腐蝕的機理與特征

鍋爐的金屬氧腐蝕是一種電化學腐蝕。氧腐蝕的機理是：鍋爐內氧化鐵保護膜，因水質惡化和熱應力等原因而部分被破壞，露出的鋼表面、水與保護膜表面之間形成局部電池，鐵從陽極析出。溶解析出的亞鐵離子（Fe2+），遇DO，被進一步氧化成氫氧化鐵。腐蝕產物呈沉淀物狀堆積在陽極上，則在沉淀物內水的氧濃度與覆蓋在陰極表面上水的氧濃度之間，產生氧濃度差，形成氧濃差電池。陽極部位的鐵進一步被溶解，鋼表面加劇腐蝕。

氧腐蝕的產物是鐵的氧化物，會惡化鍋爐水質和蒸汽品質，導致鍋爐熱效率下降。

鋼鐵受到氧腐蝕后，金屬表面上產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，內部是黑褐色粉末，將這些粉末清除后便呈現出腐蝕凹坑。鍋爐的管壁會逐漸溶解變薄，當不能承受爐內巨大的壓力時就容易發生爆管，損害鍋爐設備，這不僅會大大降低鍋爐的使用壽命，而且會帶來安全隱患，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：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，會引起金屬腐蝕，水中氧含量越多，腐蝕就越嚴重。有資料表明：當DO質量分數為1.0×10-8時，氧腐蝕速度為0.03mm/a；而當DO質量分數為8×10-6時，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

當鍋水的pH值≤7時，主要發生酸腐蝕，在有DO時，氧腐蝕和酸腐蝕互相促進，使金屬的腐蝕加重；當pH值=7～10時，氫離子對金屬保護膜的破壞導致DO向金屬表面擴散，發生吸氧反應，加速了氧腐蝕；當pH值=10～12時，OH-離子在金屬表面形成穩定的保護膜，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，它們會破壞金屬表面的保護膜，從而使氧腐蝕加快。因此，當氯離子和硫酸根離子等濃度高時，必須嚴格進行脫氧處理。

4 常見除氧方式的特點分析

目前鍋爐給水除氧方法主要有兩大類：物理除氧法和化學除氧法。

4.1 物理除氧法

（1）熱力除氧

熱力除氧的原理是根據氣體溶解定律（亨利定律），在恒溫和平衡狀態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，當水溫升高至沸騰時，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，從而達到除氧的目的。

其優點是：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，負荷變動時不易調整。

（2）真空除氧

真空除氧的基本原理同熱力除氧，是利用壓力降低時水的沸點也降低的特性，將真空除氧器內真空度維持在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，達到除氧目的。

該法是一種中溫除氧技術，一般在3O～60℃溫度下進行。可實現水面低溫狀態下除氧（在60℃或常溫），對熱力鍋爐和負荷波動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。其優點是：運行穩定可靠，操作簡單，適用范圍廣。缺點是：設備費用大，設備要求高，耗能大，維修量大，真空度下降會影響除氧效果。

（3）解吸除氧

解吸除氧是將含有DO的水和不含氧的氣體強烈混合使水中DO擴散到氣體中，從而達到除氧的目的。

解吸除氧器在常溫下即可安裝，不需預熱設備。其優點是：設備簡單，投資少，運行費用低。缺點是：安裝條件較嚴，操作麻煩，影響除氧的因素較多，不易控制。

4.2 化學除氧法

（1）亞硫酸鈉除氧

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

其優點是：設備和藥劑費用低，操作簡單，殘余氧低。缺點是：增加了鍋水的含鹽量，使排污量增加，蒸汽品質也可能受到影響。另外當溫度超過280℃以上時，亞硫酸鈉在爐內會分解成腐蝕性很強的SO2和H2S，導致鍋爐管壁的酸腐蝕。

（2）聯胺（肼）除氧

聯胺與氧的反應是一個復雜的過程，它受水的pH值、水溫、催化劑等的影響很大。聯胺在堿性溶液中才顯強還原性，它可以直接把水中的DO還原。溫度越高，反應速度越快，水溫在100℃以下時，此反應速度很慢，水溫高于150℃時反應很快。其優點是：高溫時除氧速度快，不會增加鍋水含鹽量，聯胺對金屬表面有鈍化作用，可延緩金屬的腐蝕。缺點是：聯胺有毒，易揮發燃燒，不易運輸、儲存。

（3）樹脂除氧

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

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，一般不宜在工業鍋爐中推廣應用。

（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，發生反應：2H2 + 02 → 2H20，從而達到除氧目的。目前常用觸媒型鈀樹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，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生成水。

其優點是：設備簡單，運行費用低，維護量小，無熱量消耗，氫需要量少，殘余氧量低，不會增加鍋水含鹽量，可用于常溫除氧。缺點是：氫不易監督控制，且只能除氧，不能除其它氣體。

5結論

鍋爐給水除氧方式多種多樣，要想高效經濟、穩定安全運行，必須結合爐型和實際情況，根據鍋爐的熱力參數、水質、噸位、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。

參考文獻

[1]黃進，鐘誠等.鍋爐給水除氧技術新進展[J].化學工程師。

（作者單位：河鋼集團邯鋼公司）