十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明
鍋爐給水為什么要除氧
鍋爐系統(tǒng)的腐蝕主要來自氧腐蝕和弱酸性腐蝕。氧腐蝕中的氧主要來自給水中的大氣溶解;弱酸性腐蝕即CO2溶解于水形成碳酸腐蝕,弱酸性腐蝕中CO2來自大氣溶解或鍋爐給水中存有碳酸氫根,碳酸氫根受熱分解成CO2溶于水中。
弱酸性腐蝕會造成鍋爐系統(tǒng)設(shè)備及管線金屬均勻變薄,氧腐蝕會在鍋爐受熱面、爐管、系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng)造成點蝕和氧化鐵垢下腐蝕。氧腐蝕和弱酸性腐蝕均會造成鍋爐系統(tǒng)水中全鐵超標,鍋爐系統(tǒng)水鐵離子超標時,鍋爐水顏色發(fā)黃、嚴重的爐水發(fā)紅;蒸汽鍋爐系統(tǒng)水鐵離子超標時大于700ug/L,凝水顏色由純凈開始發(fā)黃、發(fā)紅、嚴重時發(fā)黑,腐蝕更嚴重時凝水會顯示醬油色。
除氧是鍋爐給水處理工藝過程中重要環(huán)節(jié)。氧腐蝕性物質(zhì)氧化鐵會進入鍋爐內(nèi),沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上,形成難溶而傳熱不良的鐵垢,降低熱交換速率,讓鍋爐出力效率下降,浪費能源,同時傳熱不良的鐵垢附著在爐管上,容易讓爐管過熱蠕脹,從而引發(fā)爆管事故;氧腐蝕的鐵垢會造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點蝕和坑蝕,管道腐蝕嚴重時,會發(fā)生管道穿孔、泄漏甚至爆炸事故。GB/T1576-2008工業(yè)鍋爐水質(zhì)國家標準規(guī)定:蒸發(fā)量大于等于2噸每小時的蒸汽鍋爐和水溫大于等于95℃的熱水鍋爐都必須除氧,并且根據(jù)鍋爐工作壓力的不同,要求將給水溶解氧控制在合格的范圍內(nèi)。
鍋爐系統(tǒng)存在弱酸性腐蝕時,如果除氧器效率不高,給水中有氧存在,則鍋爐系統(tǒng)腐蝕加速。鍋爐系統(tǒng)弱酸性腐蝕好控制,只需要提高爐水的PH值,中和弱酸性便能很好控制腐蝕。故下面主要講講如何控制鍋爐系統(tǒng)氧腐蝕,介紹一下十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之一——熱力除氧
熱力除氧一般分為大氣式熱力除氧和噴射式熱力除氧。原理是將鍋爐給水加熱至102-104℃,使氧的溶解度減小,水中氧不斷逸出,再將水面上產(chǎn)生的氧氣連同水蒸汽一道排除,這樣能除掉水中各種氣體(包括游離態(tài)CO2,N2)。除氧后的水不會增加含鹽量,也不會增加其他氣體溶解量,操作控制相對容易,而且運行穩(wěn)定、可靠。熱力除氧是應(yīng)用最多的一種除氧方法。
熱力除氧優(yōu)點:技術(shù)已經(jīng)非常成熟,操作的控制來方法簡短,穩(wěn)定可靠。
熱力除氧優(yōu)缺點: 蒸汽消耗量大,一般需消耗鍋爐產(chǎn)汽量的18-20%;溫度控制范圍較窄,只有2℃左右,負荷適應(yīng)能力差,在實際運行中,由于鍋爐熱負荷經(jīng)常發(fā)生變動、管理操作水平不高,會導(dǎo)致鍋爐熱力除氧設(shè)備有效運行的必需條件不能滿足,除氧效率及除氧效果不夠理想;熱力除氧會造成鍋爐給水溫度過高,使鍋爐給水設(shè)備和省煤器的運行的經(jīng)濟性和安全指際大幅降低;熱力除氧初期投資比較大,應(yīng)用于熱水鍋爐效果不好,熱力除氧方法還要求有蒸汽供應(yīng),有汽源的情況下可以考慮。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之二——真空除氧
真空除氧技術(shù)是在低于大氣壓力下進行除氧的,屬于低溫除氧。常用的真空除氧系統(tǒng)有2種,即蒸汽噴射和水噴射。真空除氧可以用熱水加熱,對于給水溫度要求比較低,所以比較適用于熱水鍋爐系統(tǒng)。相對熱力除氧技術(shù)來說,它的加熱條件有所改善,鍋爐房自耗汽量減少,但熱力除氧的大部分缺點仍存在。真空除氧的高位布置,對運行管理噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設(shè)備的要求比熱力除氧更高。低位布置也需要一定的高度差,而且對噴射泵、加壓泵等關(guān)鍵設(shè)備的運行管理要求也很高,另外還增加了換熱設(shè)備和循環(huán)水箱。真空除氧能利用低品位余熱,可用射流加熱器加熱軟化水,又能分級及低位安裝。
真空除氧優(yōu)點:是在低于大氣壓力下進行除氧的,屬于低溫除氧,給水溫度相對降低。
真空除氧缺點:系統(tǒng)設(shè)備多,附屬設(shè)備增加,期投資大,運行費用較高;要保證真空除氧效果,必須保持整個系統(tǒng)的嚴密性和真空度,對系統(tǒng)設(shè)備的要求較高,由于熱負荷經(jīng)常波動,很難保證系統(tǒng)的氣密性,對運行管理水平要求比較高;仍然消耗較多的熱量對給水進行加熱真空除氧。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之三——聯(lián)銨再生樹脂除氧
聯(lián)銨再生樹脂除氧是以聯(lián)氨為再生劑的樹脂除氧器。
聯(lián)銨再生樹脂除氧優(yōu)點:屬于低溫除氧技術(shù),給水溫度相對降低,不帶入任何電解質(zhì)。
聯(lián)銨再生樹脂除氧缺點:樹脂除氧用聯(lián)銨再生處理后的水有毒,因而鍋爐所產(chǎn)蒸汽及熱水均不可與人體接觸;樹脂的再生方式受到限制,所以除氧效果難以達標。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之四——亞硫酸鈉再生樹脂除氧
亞硫酸鈉再生樹脂除氧是以亞硫酸鈉為再生劑的樹脂除氧器。
亞硫酸鈉再生樹脂除氧優(yōu)點:屬于常溫除氧技術(shù),給水溫度相對降低,不帶入任何電解質(zhì)。
亞硫酸鈉再生樹脂除氧缺點:亞硫酸鈉再生效果有限,設(shè)備運行再生一定時間后需用聯(lián)銨活化,且再生過程較為復(fù)雜繁瑣 ,再生后沖洗耗水量較大。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之五——鋼屑除氧或鐵屑除氧
鋼屑除氧,水經(jīng)過鋼屑過濾器,鋼屑被氧化,把水中的溶解氧除去。這種方法有獨立式和附設(shè)式兩種。此法水溫要求大于70℃,以80~90℃溫度效果最好,溫度20~30℃除氧效果最差。鋼屑要求壓緊,越緊越好,水中含氧量越大,要求水流速降低。因為鋼屑除氧自應(yīng)用以來技術(shù)改進和提高不大,除氧效果也不太可靠,一般用在對給水品質(zhì)要求不高的小型鍋爐房,或者作為熱力網(wǎng)補給水,以及高壓鍋爐熱力除氧后的補充除氧,一般僅作輔助措施。
鋼屑除氧或鐵屑除氧優(yōu)點:操作方便,裝置比較簡單,節(jié)省投資。
鋼屑除氧或鐵屑除氧缺點:當水溫過低或氫氧根堿度過大的時候,鋼屑表面發(fā)生鈍化,都會影響除氧效果,同時更換鋼屑需要較大的勞動強度。除氧效果不穩(wěn)定、失效快、不理想、不太可靠,設(shè)備處理后會增加水中鐵離子的含量。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之六——海綿鐵除氧
海綿鐵除氧屬化學除氧,它采用專門生產(chǎn)的活性海綿鐵來去除水中溶解氧,海綿鐵主要成分是鐵,其疏松多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提供的比表面積是普通鐵屑的5-10萬倍,含有氧氣的水進入海綿鐵除氧器,穿過海綿鐵濾料層,可使水中的溶解氧與鐵發(fā)生迅速的氧化反應(yīng),從而把水中的氧去除掉,其反應(yīng)方程式為:
2Fe2+ + 2H2O + O2→2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+ 2H2O +O2→4Fe(OH)3
海綿鐵除氧優(yōu)點:常溫除氧,進水無需加熱,系統(tǒng)可隨時供水;裝置簡單,設(shè)備可低位布置,占地面積小,操作方便,節(jié)省投資;再生只需反洗,反洗排水無毒,無腐蝕;海綿鐵的濾料消耗量很低,處理每立方米水僅消耗25g左右,根據(jù)處理水量與水質(zhì)的不同,一般3 - 6個月補充一次即可。
海綿鐵除氧缺點:不經(jīng)過軟化的水易使海綿鐵濾料除氧劑表面發(fā)生鈍化,使其氧化反應(yīng)速度減慢,而影響除氧效果,故應(yīng)先軟化再除氧;處理后會增加水中鐵離子的含量,對于蒸汽鍋爐或?qū)o水鐵離子有嚴格要求的給水除氧來說,必須加裝除鐵裝置。
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十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之七——解析除氧
解吸除氧是利用物理-化學相結(jié)合原理將水中溶解氧脫除的方式。解析除氧其工作原理是將待處理的水由除氧泵輸送至引射器,水以一定流速通過引射器時,形成一定的負壓,將不含氧的氣體吸入。水與無氧氣體在混合管中充分混合,然后進入解析器,水中溶解的氧在解析系統(tǒng)中擴散到無氧氣體中。帶氧氣體自解析器頂部進入氣水分離器,經(jīng)氣水分離器脫水后進入換熱器升溫至60~80℃左右,進入加熱器,然后進入反應(yīng)器,與反應(yīng)器中的還原劑反應(yīng)后重新成為無氧氣體,再進入下一個循環(huán),從而達到連續(xù)工作的除氧目的。
解析除氧優(yōu)點:待除氧水不需要預(yù)熱處理,因此不增加鍋爐房自耗汽;解析除氧設(shè)備占地少,金屬耗量小,從而減少基建投資。
解析除氧缺點:管道系統(tǒng)及除氧水箱系統(tǒng)密封難以保證;裝置調(diào)整復(fù)雜;木炭爐反應(yīng)效率差,木炭更換周期短,裝卸麻煩,且易受潮壓實或“搭棚” ,給水箱密封困難,除氧水由于溶入較多的 CO2,使給水pH值有所降低;需用電加熱器加熱含氧氣體。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之八——亞硫酸鈉除氧
亞硫酸鈉除氧是爐內(nèi)加藥除氧,亞硫酸鈉和氧的反應(yīng)方程式為:
2Na2SO3+O2→2Na2SO4
按照反應(yīng)式計算,除掉1g 溶氧需要100%無水亞硫酸鈉7.88g,同時使水中產(chǎn)生約9g 硫酸鈉。為使此反應(yīng)進行比較徹底,則通常在鍋爐水中需維持20~40ppm的過剩量,方能保證除氧效果;由于亞硫酸鈉與氧反應(yīng)生成的是穩(wěn)定鹽硫酸鈉,增加了爐水中的可溶性固形物,使水質(zhì)劣化,鍋爐必須增加排污次數(shù),導(dǎo)致化學藥品的浪費和燃料費用的增加;當鍋爐工作壓力高于6.2MPa時,亞硫酸鈉會分解,生成具有腐蝕性的硫化氫和二氧化硫,而且這些氣體隨水蒸汽一道排出,會引起后續(xù)設(shè)備的腐蝕:
Na2SO3+2H 2O → 2NaOH+H2SO3
H2SO3 → H2O+SO2
亞硫酸鈉還可能自身發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成硫酸鈉和硫化鈉:
Na2SO3 → 3Na2SO4+Na2S
生成的二氧化硫和硫化鈉均有腐蝕性,因此使用亞硫酸鈉作為除氧劑,實際是一種腐蝕取代另一種腐蝕;此外,將含有亞硫酸鈉的給水作減溫水噴入過熱蒸汽來調(diào)節(jié)溫度時,會導(dǎo)致在過熱蒸汽集汽聯(lián)箱和汽輪機中產(chǎn)生硫酸鈉等鹽類沉積;亞硫酸鈉對金屬無鈍化保護作用。
亞硫酸鈉除氧優(yōu)點:可常溫除氧;投資低,操作簡單。
亞硫酸鈉除氧缺點:加藥量及周期需掌握嚴格不易控制,除氧效果不穩(wěn)定;鍋水含鹽量增加,從而導(dǎo)致排污量加大,熱量浪費增加;因為亞硫酸鈉在鍋內(nèi)高溫條件下會分 解生成有害氣體,引起金屬腐蝕,故只適用于中、低壓鍋爐,不能用于高壓鍋爐,一般用在小型鍋爐房和對水質(zhì)要求較高的熱力系統(tǒng)中,作為輔助除氧方式,不適于許多有水質(zhì)要求的情況;亞硫酸鈉是一種較強的還原劑,貯存、配制亞硫酸鈉溶液時應(yīng)在密閉的、不與空氣接觸的容器中進行,以防止其氧化失效,實際上使用中亞硫酸鈉氧化失效案例屢見不鮮。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之九——聯(lián)氨除氧
聯(lián)氨在堿性水溶液中是一種很強的還原劑,可將水中溶解氧還原,反應(yīng)方程式為:N2H4+02 → N2+2H20
反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對熱力系統(tǒng)和設(shè)備沒有任何危害。聯(lián)氨除氧多用作熱力除氧后的輔助措施,以達到徹底清除水中的殘留氧,并不增加鍋爐水的含鹽量。高壓鍋爐多采用聯(lián)氨除氧,因聯(lián)氨有毒,容易揮發(fā),不能用于飲用水鍋爐和生活用水鍋爐除氧。許多鍋爐使用單位正限制或不再使用此法。
聯(lián)氨除氧優(yōu)點:聯(lián)氨與氧不增加鍋爐水的含鹽量,反應(yīng)生成氮和水,有利于阻礙鍋爐的進一步腐蝕。
聯(lián)氨除氧缺點:聯(lián)氨是可疑致癌物, 易揮發(fā)、有毒、易燃,在使用中應(yīng)注意安全與防護、不能用于生活用鍋爐;聯(lián)氨過剩量應(yīng)適宜,過剩量太大可能將反應(yīng)不完全的聯(lián)氨帶人到水蒸氣中去。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之十——過濾式分離除氧
過濾式分離除氧主要是利用分子篩( 或半透膜等)的分離效果將水中的氧濾掉, 或先將氧從水中分離出來, 再用將混合氣體中的氧除去。
過濾式分離除氧優(yōu)點:運行成本及維護費用較低;除氧效果能穩(wěn)定,是理想的除氧方法。
過濾式分離除氧缺點:技術(shù)本身有一定要求;前期投資高,國內(nèi)應(yīng)用較少。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之十一——BF-31T凝水保護劑除氧
BF-31T凝水保護劑屬于爐內(nèi)加藥法,BF-31T凝水保護劑并不是與氧反應(yīng)的傳統(tǒng)除氧方法,而是采用隔離氧從而達到保護鍋爐設(shè)備、管線及整個系統(tǒng)防止腐蝕,從而達到比傳統(tǒng)除氧方法更好效果。BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護劑具有最佳氣液相比,加入鍋爐系統(tǒng)后,BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護劑會在鍋爐水的汽相側(cè)金屬和液相側(cè)金屬表面形成單分子層保護膜,該膜不僅具有吸附及憎水作用,還不影響鍋爐受熱面及爐管和換熱器熱傳導(dǎo)效率。該膜的分子間隙比CO2、O2的截面小,從而防止了系統(tǒng)氧腐蝕和由CO2引起的弱酸腐蝕的發(fā)生,既保證蒸汽冷凝水鐵離子濃度達到國標GB1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求,從源頭杜絕了鐵離子產(chǎn)生,又能讓發(fā)黃的冷凝水和紅色的爐水在72小時內(nèi)顏色回歸正常,保護了鍋爐用汽系統(tǒng)和冷凝水回收系統(tǒng)的設(shè)備或管網(wǎng),讓整個鍋爐系統(tǒng)設(shè)備和管線不再腐蝕、穿孔、泄露,除去鍋爐系統(tǒng)安全運行隱患,延長設(shè)備使用壽命,真正實現(xiàn)了正本清源、標本兼治。
BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護劑除氧技術(shù)是傳統(tǒng)除氧工藝的升級迭代,其隔離氧和CO2,從而保護鍋爐整個系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng),不僅避免氧腐蝕,而且還避免了CO2的弱酸性腐蝕,一舉三得。很多用戶企業(yè)都是經(jīng)歷了從關(guān)注了解到試用BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護劑除氧技術(shù)的過程,使用企業(yè)有北京華騰化工有限公司,廊坊經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、國家電投集團、黃河水電新能源分公司、新疆聚酯有限公司、大連輪胎廠、北京麗華飯店、北大荒麥芽廠,鄂爾多斯色連二礦,北京宋莊供熱公司等。
BF-31T凝水保護劑除氧優(yōu)點:尤其適合蒸汽鍋爐;保護整個鍋爐系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng),不僅避免氧腐蝕,而且還避免了CO2的弱酸性腐蝕;爐水鐵離子含量大幅下降,凝水鐵離子含量迅速達標,見效迅速、效果明顯;系統(tǒng)設(shè)備使用壽命延長,綜合效益好,性價比高。BF-31T凝水保護劑除氧缺點:無毒,對蒸汽品質(zhì)要求較高得鍋爐慎重使用,如蒸汽直接參與蒸煮食品、藥品等。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之十二——丙酮肟除氧
丙酮肟簡稱DMKO,又稱為二甲基酮肟,丙酮肟有較強的還原性,很容易與給水中的氧反應(yīng),降低給水中的溶解氧含量;無毒性,在中、高壓鍋爐給水中取代聯(lián)氨等傳統(tǒng)化學除氧劑的理想產(chǎn)品。使用時,控制給水中丙酮肟過剩量為15~40μg/L。
丙酮肟除氧優(yōu)點:無毒、無環(huán)境污染;丙酮肟同金屬發(fā)生鈍化反應(yīng),可作為鍋爐酸洗后的鈍化劑
丙酮肟除氧缺點:新型除氧劑,使用經(jīng)驗和方法需進一步累計和完善;有用戶使用二甲基酮肟后發(fā)現(xiàn)鍋爐受熱面腐蝕后爆管得情況。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之十三——碳酰肼除氧
碳酰肼也稱二氨基脲,別名卡巴肼,分子式 CON4H6,它是聯(lián)氮的衍生物,是美國Nalco化學公司于1981年公開的專利,在除氧效果及金屬純化方面均優(yōu)于聯(lián)氨,碳酰肼在水處理領(lǐng)域可用作鍋爐水的除氧劑,還用作金屬表面的鈍化劑,以降低金屬的腐蝕速度。碳酰肼可與水中溶解氧反應(yīng)生成二氧化碳、氮氣和水,碳酰肼和氧的反應(yīng)如下:
CON4H6+ 2O2= 2N2 + 3H2O + CO2
使用碳酰肼的時機在熱力除氧之后。1mol氧的碳酰肼用量為0.5mol,
碳酰肼除氧優(yōu)點:毒性小、熔點高、使用安全環(huán)保。
碳酰肼除氧缺點:一般作為輔助熱力除氧使用。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之十四——乙醛肟除氧
乙醛肟分子式:C2H5NO ,乙醛肟是一種毒性小的還原劑,20世紀90年代它作為鍋爐水除氧劑取代了毒性大的聯(lián)氨,且它除氧效果是聯(lián)氨的四十倍,因而它作為新型除氧劑國內(nèi)在熱電廠中應(yīng)用比較廣泛。利用補給水加藥方式向機組投加乙醛肟,可達到很好的除氧效果 ,尤其是以除鹽水直接補充到凝汽器的補水方式,利用乙醛肟在低溫下可除氧且速度快的特性,大部分氧在凝汽器中即可除去, 緩解高壓加熱器及其管道的腐蝕。
乙醛肟除氧優(yōu)點:低溫下可除氧,除氧速度快;毒性小。
乙醛肟除氧缺點:蒸氣與空氣混合可爆;可燃性危險特性,易燃; 高熱放出有毒氮氧化物氣體;儲存遠離火種、熱源,庫溫不宜超過30℃。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明之十五——異抗壞血酸及其鈉鹽除氧
異抗壞血酸及其鈉鹽屬低揮發(fā)性除氧劑,異抗壞血酸用作除氧劑是美國Nalco 化學公司于1981年公開的專利,它是維生素C(L-抗壞血酸)的同分異物體,它和溶解氧的反應(yīng)很復(fù)雜,因為它需要經(jīng)歷幾個中間步驟才能完成,目前還不完全清楚其機理,由于其安全性,用于食品、飼料方面的除氧劑用途較為廣泛。在我國,作為鍋爐水除氧劑也有一些廠家在使用,異抗壞血酸及其鈉鹽鐵在降低鐵離子含量和降低給水系統(tǒng)腐蝕速度等方面優(yōu)于聯(lián)氨,且最終分解產(chǎn)物是CO2 ,因而不會產(chǎn)生汽輪機低 壓缸有機酸腐蝕問題。
異抗壞血酸及其鈉鹽除氧優(yōu)點:除氧速度快;無毒安全。
異抗壞血酸及其鈉鹽除氧缺點:需控制其稀溶液中微生物生長的問題;異抗壞血酸鈉高溫下分解產(chǎn)生腐蝕性溶解固形物,在300℃下分解產(chǎn)物為71.07%乳酸,20.48%乙酸鹽,8.44%甲酸鹽,鈉鹽將影響水和蒸汽的電導(dǎo)率;只能除氧而沒有鈍化作用。
鍋爐給水除氧方法有很多,要想除氧防止鍋爐系統(tǒng)腐蝕,提高鍋爐高效經(jīng)濟、穩(wěn)定安全運行,必須結(jié)合爐型和用戶實際使用情況,根據(jù)鍋爐的熱力參數(shù)、水質(zhì)、噸位、負荷變化、經(jīng)濟條件等情況綜合考慮,因地制宜選用。
十五種鍋爐給水除氧技術(shù)的比較和說明(顏輝)








