浅析锅炉给水除氧技术
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摘要：本文分析了现有几种常用的锅炉给水除氧技术，在此基础上，找出它们的优缺点，提出了锅炉给水除氧方法选用的建议性意见。
关键词：氧腐蚀；溶解氧；锅炉给水；除氧
1 简介：
锅炉是现代化生产必不可少的设备，多年的实践表明，结垢与腐蚀是威胁锅炉安全运行的两大危害。近年来，随着阻垢处理技术的发展，锅炉结垢现象已基本得到控制，而腐蚀的危害仍不容忽视。据统计，40%左右的锅炉存在不同程度的腐蚀，严重者甚至腐蚀穿孔，直接威胁到锅炉的安全经济运行。氧腐蚀常常是影响锅炉安全运行和使用寿命的重要因素之一。
2 氧腐蚀的机理与特征
锅炉的金属氧腐蚀是一种电化学腐蚀。氧腐蚀的机理是：锅炉内氧化铁保护膜，因水质恶化和热应力等原因而部分被破坏，露出的钢表面、水与保护膜表面之间形成局部电池，铁从阳极析出。溶解析出的亚铁离子（Fe2+），遇DO，被进一步氧化成氢氧化铁。腐蚀产物呈沉淀物状堆积在阳极上，则在沉淀物内水的氧浓度与覆盖在阴极表面上水的氧浓度之间，产生氧浓度差，形成氧浓差电池。阳极部位的铁进一步被溶解，钢表面加剧腐蚀。
氧腐蚀的产物是铁的氧化物，会恶化锅炉水质和蒸汽品质，导致锅炉热效率下降。
钢铁受到氧腐蚀后，金属表面上产生大小不一的金属锈疱，其直径为1～30mm不等，锈疱表面是一层黄褐色或砖红色硬壳，内部是黑褐色粉末，将这些粉末清除后便呈现出腐蚀凹坑。锅炉的管壁会逐渐溶解变薄，当不能承受炉内巨大的压力时就容易发生爆管，损害锅炉设备，这不仅会大大降低锅炉的使用寿命，而且会带来安全隐患，有可能造成安全事故。
3 影响氧腐蚀的主要因素
锅炉的金属氧腐蚀一般与下列因素有关：DO含量、pH值、水温、水中离子、水流速度等，其中DO含量、pH值和水中离子是最主要的影响因素。
3.1 水中DO含量的影响
DO是一种去极化剂，会引起金属腐蚀，水中氧含量越多，腐蚀就越严重。有资料表明：当DO质量分数为1.0×10-8时，氧腐蚀速度为0.03mm/a；而当DO质量分数为8×10-6时，氧腐蚀速度为1.2mm/a，将大大缩短锅炉的使用寿命。
3.2 水的pH值的影响
当锅水的pH值≤7时，主要发生酸腐蚀，在有DO时，氧腐蚀和酸腐蚀互相促进，使金属的腐蚀加重；当pH值=7～10时，氢离子对金属保护膜的破坏导致DO向金属表面扩散，发生吸氧反应，加速了氧腐蚀；当pH值=10～12时，OH-离子在金属表面形成稳定的保护膜，起到缓蚀作用，从而减缓了氧腐蚀。
3.3 水中离子的影响
水中不同离子对腐蚀速度的影响差别很大，通常氯离子（Cl-）和硫酸根离子（SO4 2-）的影响最大，它们会破坏金属表面的保护膜，从而使氧腐蚀加快。因此，当氯离子和硫酸根离子等浓度高时，必须严格进行脱氧处理。
4 常见除氧方式的特点分析
目前锅炉给水除氧方法主要有两大类：物理除氧法和化学除氧法。
4.1 物理除氧法
（1）热力除氧
热力除氧的原理是根据气体溶解定律（亨利定律），在恒温和平衡状态下气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压成正比。水温越高，水蒸汽的分压越高，而其它气体的分压则越低，当水温升高至沸腾时，水界面上的水蒸汽压力和外界压力相等，其它气体的分压为零，则溶解在水中的各种气体如氧等就从水中解析出来，从而达到除氧的目的。
其优点是：它不仅能除氧，而且能除去水中的其它气体如CO2、N2等；不增加除氧水含盐量，较易控制。缺点是：蒸汽耗量大，由于给水温度提高，影响了烟气余热的利用，负荷变动时不易调整。
（2）真空除氧
真空除氧的基本原理同热力除氧，是利用压力降低时水的沸点也降低的特性，将真空除氧器内真空度维持在0.097～0.090MPa之间，水加热到32～53℃即可沸腾，水中溶解的气体就解吸出来，达到除氧目的。
该法是一种中温除氧技术，一般在3O～60℃温度下进行。可实现水面低温状态下除氧（在60℃或常温），对热力锅炉和负荷波动大而热力除氧效果不佳的蒸汽锅炉，均可用真空除氧而获得满意的除氧效果。其优点是：运行稳定可靠，操作简单，适用范围广。缺点是：设备费用大，设备要求高，耗能大，维修量大，真空度下降会影响除氧效果。
（3）解吸除氧
解吸除氧是将含有DO的水和不含氧的气体强烈混合使水中DO扩散到气体中，从而达到除氧的目的。
解吸除氧器在常温下即可安装，不需预热设备。其优点是：设备简单，投资少，运行费用低。缺点是：安装条件较严，操作麻烦，影响除氧的因素较多，不易控制。
4.2 化学除氧法
（1）亚硫酸钠除氧
亚硫酸钠作为除氧剂，与水中的DO反应，其反应式为：2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4，通常要求加藥量比理论值大。温度越高，反应时间越短，除氧效果越好。为提高反应速度和除氧效率，一般在投加亚硫酸钠的同时加入CuSO4，MnSO4等作为催化剂。
其优点是：设备和药剂费用低，操作简单，残余氧低。缺点是：增加了锅水的含盐量，使排污量增加，蒸汽品质也可能受到影响。另外当温度超过280℃以上时，亚硫酸钠在炉内会分解成腐蚀性很强的SO2和H2S，导致锅炉管壁的酸腐蚀。
（2）联胺（肼）除氧
联胺与氧的反应是一个复杂的过程，它受水的pH值、水温、催化剂等的影响很大。联胺在碱性溶液中才显强还原性，它可以直接把水中的DO还原。温度越高，反应速度越快，水温在100℃以下时，此反应速度很慢，水温高于150℃时反应很快。其优点是：高温时除氧速度快，不会增加锅水含盐量，联胺对金属表面有钝化作用，可延缓金属的腐蚀。缺点是：联胺有毒，易挥发燃烧，不易运输、储存。
（3）树脂除氧
树脂用于锅炉给水除氧中，最有代表性的是氧化还原树脂除氧，其原理是在除氧器内氧化还原树脂与水中DO反应而除氧，树脂失效后用水合胼再生。
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中推广应用。
（4）催化加氢除氧
催化加氢除氧是向含DO的水中通人氢气，在高活性催化剂的作用下，发生反应：2H2 + 02 → 2H20，从而达到除氧目的。目前常用触媒型钯树脂除氧和紫外光催化除氧，前者是将钯粒子牢固的吸附在树脂表面，钯具有很高的催化活性，氢气和DO在钯的催化下得以反应，后者是将DO在紫外光下照射生成氧活性基，氧活性基与氢气反应生成水。
其优点是：设备简单，运行费用低，维护量小，无热量消耗，氢需要量少，残余氧量低，不会增加锅水含盐量，可用于常温除氧。缺点是：氢不易监督控制，且只能除氧，不能除其它气体。
5结论
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、吨位、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]黄进，钟诚等.锅炉给水除氧技术新进展[J].化学工程师。
（作者单位：河钢集团邯钢公司）
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