锅炉给水除氧技术的应用探讨

薛 瑞

（太原理工大学，山西 太原 030024）

锅炉给水中含有一定的氧和二氧化碳等气体，在过滤运行的过程中，温度、压力等环境因素会使锅炉本身的金属构件发生电化学腐蚀，而且腐蚀速度较快，如果不能及时采取处理措施，容易对锅炉的运行安全和使用寿命造成严重影响，甚至可能会引发重大安全事故，给生产和人身安全带来严重损害［1－2］。因此，锅炉给水除氧是避免锅炉设备遭受腐蚀、保证锅炉设备安全经济运行的重要措施。

1 常用锅炉给水除氧技术

锅炉给水除氧技术的种类较多，根据除氧原理具体可以分为三大类：物理除氧、化学除氧和电化学除氧［3］。

1.1 物理除氧

根据亨利定律可以知道，当多种气体同时存在于水面上时，不同气体的溶解度与其本身的分压力成正比，而且气体的溶解度仅仅受到本身的压力影响。在一定压力条件下，随着水温的不断升高，水蒸气的分压力也会随之增加，而氧气的分压力会越来越小。在理论情况下，当水温上升至100℃时，氧气的分压力会降低到零，水中的溶解氧也会降低到零。当水面上压力小于标准大气压时，氧气的溶解度在水温较低的情况下也可能达到零。在这种情况下，随着水温的不断升高，水中氧的溶解度会不断降低，从而使氧的分压力降低到零，水中的氧气会不断逸出，达到除氧的目的。利用物理技术进行除氧，是通过物理方法将水中的氧分子析出。目前，常用的物理除氧方法包括热力除氧、真空除氧及解析除氧3种。

1.2 化学除氧

采用化学方法除氧，主要是通过化学药剂与水中的氧气发生化学反应来除去水中的氧气，使水中所溶解的氧分子在进入锅炉前转变成稳定的金属化合物或者其他的稳定结构，从而将其从水中消除。目前，常用的化学除氧方法包括药剂除氧法和钢屑除氧法。

1.3 电化学除氧

锅炉给水除氧，除了采用物理方法和化学方法之外，还可以采用电化学方法。利用电化学方法除氧，主要是应用电化学保护的原理，在水中加入易氧化金属，与水中氧气发生氧化反应，从而除去水中的氧气。电化学除氧比物理除氧和化学除氧更加简单，操作更加方便，同时运行成本低，可以广泛应用到低压锅炉及热水锅炉的给水除氧工作中。

2 电化学除氧的工作原理

从电解原理可以知道，将2种不同的金属与直流电源进行连接并放置到一种电解质中，使其负极与被保护的金属材料相连接，正极与准备让其发生腐蚀的金属连接，这样就能够使被保护的金属材料形成阴极，实现保护。同时，让发生腐蚀的金属材料形成阳极，不断被腐蚀。电化学除氧就是利用这种原理实现的。将金属材料制造的除氧器与直流电源接通，让除氧器的外壳与电源的阴极相连接，阳极与放置在除氧器中的铝板连接，当水流通过除氧器时，水中的氧气就会与铝板发生电化学腐蚀反应，从而消耗掉水中的氧气，工作原理如式（1）～（5）。

当直流电接通后，阳极铝板将发生如（1）式反应：

阴极的变化如（2）式：

在水中产生式（3）电化学反应：

在上面的反应过程中，还会发生氧的去极化作用并产生氢气，其具体反应为式（4）：

同样也产生氢氧化合作用，如式（5）：

通常情况下，除氧器会选用铝作为阳极材料，因为该材料化学活性较强，与水中氧气发生反应的条件要求较低，氧化反应极易发生。同时，铝材成本较低，又是两性金属，在锅炉给水中的电位及腐蚀速度十分稳定，其与氧气发生反应后所产生的Al（OH）3属于不安定胶溶体，容易沉淀到水中与水分离，从而被排出，实现较好的除氧效果。此外，Al（OH）3属于对人体无害的物质，可有效地保证除氧过程中的安全性，避免对环境造成危害。长期实践证明，利用铝进行锅炉给水除氧，能够使锅炉给水中的含氧量降低到0.1mg／L左右，达到 GB1576－850《低压锅炉水质标准》的要求，且除氧之后的锅炉系统未发生任何不良情况。

3 电化学除氧影响因素分析

根据除氧条件以及所用材料的不同，电化学除氧效果会存在一定的差异，主要包括给水的流速、温度、电流大小等因素。其中，给水的流速及水温会对除氧效果产生较大的影响。

3.1 给水温度的影响

锅炉给水中的含氧量会受到水温的影响，水温越高，水中的含氧量越低。因此，电化学除氧的效果会随着给水温度的不断提升而提高，温度越高，水中氧分子的活性越高，其发生化学反应的速度越快，除氧效果越好。通常情况下，电化学除氧时要求给水温度在40℃以上。水温在70℃左右时，能够获得最好的除氧效果。

3.2 给水流速的影响

锅炉给水的除氧效果会受到给水流速的影响，当给水流速较小时，除氧效果较好；反之，则除氧效果较差。因此，在利用电化学方法进行除氧的过程中，通常需要对给水流速进行控制。控制给水流速在12m／h～13m／h，可有效地保证除氧效果。

3.3 电流大小的影响

电流大小既能对金属的活性产生影响，也会影响电化学除氧器的除氧效果。当电流增大时，金属活性会增强，除氧效果也会明显提高。但是，当电流增大到一定限值时，除氧效果反而会变差。实验表明，电流密度控制在2mA／cm2～2.5mA／cm2时，能够取得较好的除氧效果。在采用电化学方法除氧的过程中，每吨给水大约需要消耗电能0.2kWh。

4 电化学除氧存在问题与解决途径

目前，电化学方法除氧并未得到广泛的应用，因此，在应用的过程中还需要注意很多问题。

4.1 金属氧化物

在利用电化学方法除氧的过程中，水中的氧气会与金属材料发生氧化反应生成金属氧化物，如果长时间不进行清理，金属氧化物就会在金属板表面形成松软多孔的化合物。这些化合物有可能堵塞金属板的通水孔，使通水孔阻力增加，降低除氧效果。针对这种情况，应该在除氧器设计时适当增加除氧器的容积，以便为金属氧化物提供足够的沉淀空间。另外，还可以在除氧器外壳上设置适量的清洗孔，便于在需要时清理金属板表面附着的化合物。在利用电化学方法除氧的过程中，还应定期对除氧器内部进行清理，保持除氧器内部清洁，进而保证电化学除氧效果。

4.2 水温的控制

当锅炉给水温度低于40℃时，采用电化学方法进行锅炉给水除氧的效率较低，难以达到《低压锅炉水质标准》规定的标准。在通常情况下，要求给水温度在70℃左右。为了提高锅炉给水温度，可以先通过锅炉尾部的省煤加热器对给水进行加热，并对加热温度进行控制，提高电化学除氧效果，然后再使给水流入锅炉。对于没有省煤加热器的锅炉，可以通过设置换热器对给水进行加热，然后再进行除氧。

4.3 除氧器的设计

目前，电化学除氧器的设计还不够完善。在进行电化学除氧器的设计时，可以参照以下取值：当设计水温为70℃时，水的比电阻通常取值1 000Ω·cm；给水流速取值为12m～16m；电流密度取值2mA／cm2～2.5mA／cm2。根据上述条件进行除氧器的设计，能够有效地保证70℃水温时的除氧效果。

5 结论

目前，电化学除氧技术还不够完善，仍然需要不断改进。相对于物理除氧和化学除氧，电化学除氧技术具有操作简便、运行成本低、在正常条件下除氧效果较好等特点，而且无污染，能够有效地保证锅炉给水除氧的环保性。相信，随着电化学除氧技术的不断完善，定会在社会生产中得到广泛应用。

［1］陈家祥.钢铁冶金学［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［2］陈剑钧.小型工业锅炉给水除氧的实用工艺探讨［J］.工业用水与废水，2007，38（4）：80－83.

［3］陈丽芬.浅谈锅炉给水除氧的几种办法［J］.民营科技，2011（9）：11－13.