锅炉给水除氧方法及应用

伍成和

（广东寰球广业工程有限公司，广东 广州 510000）

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。

[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