鍋爐給水除氧方式的分析與改進(jìn)

1、鍋爐給水除氧方式的分析與改進(jìn)劉耀先1, 劉鍵2, 孫立文2(1. 天津市昌海水處理設(shè)備有限公司, 天津 300301; 2. 天津鋼管公司, 天津 300301摘要通過對(duì)低壓鍋爐幾種給水除氧方式的理論計(jì)算與分析, 介紹了海綿鐵除氧器作為一種新型除氧設(shè)備, 具有簡單易行、經(jīng)濟(jì)合理的特色, 是目前較有前途的除氧方式之一。經(jīng)過企業(yè)的實(shí)踐, 取得很好的經(jīng)濟(jì)效益, 很有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞鍋爐給水除氧; 分析與改進(jìn); 海綿鐵除氧器中圖分類號(hào)TK223. 5+22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B 文章編號(hào)1005-829X(2002 12-0054-03Analysis and amelioration of the deox

2、ygenation of boiler water supplyLIU Yao xian 1, LIU Jian 2, SUN Li wen2(1. Tianjin Changhai Water Treatment Equipment Co . , Ltd . , Tian jin 300301, China ;2. Tianjin Steel Pipe Corp . , Tianjin 300301, China Abstract :Through the theoretical calculation and analysis of several ways of deoxygenatio

3、n of low pressure boiler water supply, the sponge iron(DRI is introduced as a new type of deoxygenation apparatus. It is easy to operate and economi cal in use, being one of promising deoxygenation apparatuses. After being used by some companies, it shows that the economic benefit is very good. It i

4、s of practical value.Key words :deoxygenation of boiler water supply; analysis and a melioration; sponge iron deoxygenation apparatus 鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設(shè)備和管道腐蝕的主要原因。為防止和減輕熱力系統(tǒng)的氧腐蝕, 必須對(duì)鍋爐給水進(jìn)行除氧處理。鍋爐給水的除氧處理有多種方式, 如熱力除氧、真空除氧、解析除氧、化學(xué)藥劑除氧和海綿鐵過濾式除氧等。各種除氧方式其除氧效果、投資費(fèi)用、運(yùn)行成本、操作管理各不相同。從資源與環(huán)保角度出發(fā), 評(píng)價(jià)和選擇經(jīng)濟(jì)合理的除氧方式, 顯

5、得十分重要。津?qū)幖瘓F(tuán)公司是大型國有企業(yè), 擁有燃煤鍋爐5臺(tái), 其中35t h 3臺(tái), 20t h 2臺(tái), 最大產(chǎn)汽量145t h, 蒸汽壓力1. 3MPa, 過熱蒸汽溫度250 , 主要用于工業(yè)生產(chǎn)和廠區(qū)、生活區(qū)的集中供暖。隨著生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展, 職工生活的改善, 人們對(duì)蒸汽和熱能的需求量逐漸增加。盡管鍋爐及外網(wǎng)系統(tǒng)幾次改造, 蒸汽產(chǎn)量仍有較大缺口, 經(jīng)熱平衡測(cè)算仍缺20t h 。在對(duì)鍋爐給水除氧方式分析、比較與測(cè)試之后, 決定改進(jìn)鍋爐除氧方式, 采用海綿鐵過濾式除氧, 減少自耗蒸汽消耗, 經(jīng)一年的運(yùn)行, 效果良好。1 除氧現(xiàn)狀津?qū)幖瘓F(tuán)公司的鍋爐給水采用傳統(tǒng)的大氣式熱力除氧。共安裝4臺(tái)除氧器,

6、其中20t h 2臺(tái), 75t h 2臺(tái)。工作壓力0. 2MPa, 相應(yīng)飽和水溫度104 。使用中主要有三個(gè)問題, 一是消耗蒸汽量較大, 經(jīng)測(cè)試耗蒸汽2228t h, 占蒸汽產(chǎn)量的15%20%; 二是負(fù)荷波動(dòng)時(shí)參數(shù)很難控制, 出水水質(zhì)不穩(wěn)定; 三是對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生熱污染, 周邊環(huán)境溫度平均升高35 。2 除氧成本分析以津?qū)幑镜?0t h 除氧器為例, 對(duì)不同除氧方式的主要運(yùn)行成本進(jìn)行分析。該除氧器進(jìn)水為軟化水, 硬度 0. 03mmol L, 溶解氧含量7. 8mg L, pH 值7, 水溫1530 , 壓力! 0. 25MPa, 處理水量24t h, 要求除氧后水中殘氧含量穩(wěn)定保持在0. 0

7、5mg L 以下, 其他指標(biāo)符合GB15761996標(biāo)準(zhǔn)。2 1 熱力除氧熱力除氧的原理基于亨利定律, 即氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓力成正比。熱力除氧器是用蒸汽加熱的方式把水加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度, 使水中氣體逸出, 除去水中溶解氧的設(shè)備。該設(shè)備在運(yùn)行中主要消耗的是蒸汽。蒸汽耗量可用下式計(jì)算: G =Q (h b -h u (h g -h b+g s(1式中, G 為除氧器消耗的蒸汽量, kg h; Q 為需除氧的鍋爐給水量, kg h; h b 為除氧器內(nèi)飽和水熱焓值,2002年12月第22卷第12期 工業(yè)水處理Industrial Water TreatmentDec

8、. , 2002Vol. 22No. 12kJ kg; h u 為除氧器進(jìn)水熱焓值, kJ kg; h g 為蒸汽熱焓值, kJ kg; 為除氧器效率, 一般為0. 960. 98; g s 為余汽排出量, 與管理水平有關(guān), 一般為耗氣量的3%5%; 若將20t h 除氧器的有關(guān)參數(shù)和查表所得的熱焓值, 代入(1 式中, 所消耗蒸汽量如下:G =24000#(439. 36-125. 66+0. 03G得G =3410. 7kg h計(jì)算結(jié)果表明, 一臺(tái)20t h 除氧器消耗的蒸汽量是3. 4t h 。占該鍋爐蒸汽產(chǎn)量的17%(這一結(jié)果與實(shí)測(cè)值相符 。蒸汽按60元 t 計(jì)算, 則自耗蒸汽費(fèi)用20

9、4元 h 。如果加熱除氧水的蒸汽是利用余熱汽, 如二次汽、排汽等, 其運(yùn)行成本另行計(jì)算。當(dāng)除氧水溫達(dá)104 進(jìn)入鍋爐省煤器時(shí), 需考慮省煤器降低的費(fèi)用。2 2 真空除氧真空除氧從原理上講也是一種熱力除氧, 因水的沸點(diǎn)與壓力有關(guān), 壓力低則水的沸點(diǎn)溫度也低。真空除氧器就是利用抽真空的方法, 使水在常溫下(35 左右 呈沸騰狀態(tài), 除去水中溶解氧的設(shè)備。 真空除氧的關(guān)鍵在于除氧器內(nèi)形成和保持真空狀態(tài)。而要形成和保持真空狀態(tài), 就必須選用恰當(dāng)?shù)某闅庋b置, 并保證整個(gè)系統(tǒng)的嚴(yán)密性。抽氣裝置有多種, 如蒸汽噴射器、水噴射器、水環(huán)式真空泵等。無論哪種抽氣裝置, 都要消耗一定的能源。目前有用低位真空除氧器的

10、, 該除氧器的真空度0. 094MPa, 工作水溫35 , 當(dāng)處理水量為24t h 時(shí), 所配置抽氣裝置的功率約1825kW, 按0. 5元 (kW h 計(jì), 則運(yùn)行費(fèi)用912. 5元 h 。有的真空除氧器要求水溫在5060 , 勢(shì)必要增加其他能源消耗。由于真空除氧要求系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定的真空狀態(tài), 其維修工作要求較高。2 3 解析除氧解析除氧器是使含氧的水與無氧的氣體相混合, 將水中的氧氣分離出來的設(shè)備。在正常情況下, 氧在氣、液兩相中的濃度比例是平衡的, 若將含有溶解氧的水與已脫氧的氣體強(qiáng)烈混合, 兩相中氧的濃度比失去平衡, 降低氧的分壓力, 使水中的溶解氧解析出來, 從而降低水中的溶解氧。

11、解析除氧的關(guān)鍵是系統(tǒng)中不斷產(chǎn)出脫氧的氣體。這種氣體的產(chǎn)生要借助于反應(yīng)劑(如木炭、焦炭、活性炭及炭類化學(xué)試劑 和必要的溫度(約300600 。從N 2+2CO+O 22+2CO 2的化學(xué)反應(yīng)和混合氣體的流程來看, 解析除氧既消耗一定量的反應(yīng)劑, 也要消耗一定的熱能。據(jù)某供熱站資料, 20t h 解析除氧器的電力消耗約1520kW h, 反應(yīng)劑消耗0. 3kg h 。按0. 5元 (kW h 計(jì), 反應(yīng)劑按6元 kg 計(jì), 則運(yùn)行費(fèi)用為9. 311. 8元 h 。此外, 解析除氧的噴射器安裝高度不能低于5m, 進(jìn)口水壓不得低于0. 5MPa, 這樣增加了水泵功率消耗。2 4 化學(xué)藥劑除氧化學(xué)藥劑除

12、氧是將藥劑加入鍋爐給水中, 使藥劑與水中溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 形成穩(wěn)定的化合物, 借助鍋爐排污而排到爐外, 達(dá)到除氧的目的。 化學(xué)除氧的主要消耗是藥劑。常用的化學(xué)藥劑有亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、聯(lián)氨等。后者有毒, 使用甚少。Na 2SO 3除氧的化學(xué)反應(yīng)如下:2Na 2SO 3+O 2Na 2SO 4鍋爐給水除氧處理所消耗的亞硫酸鈉量, 可通過下式計(jì)算: G =Q %a (C 1-C 2 +G s &E(2式中, G 為工業(yè)純亞硫酸鈉消耗量, g h; a 為與每克氧化合所需Na 2SO 3, 無結(jié)晶水時(shí)a =8g, 有結(jié)晶水時(shí)a =16g; Q 為需除氧的鍋爐給水量, t h; C 1為除氧器進(jìn)

13、水中含氧量, g t; C 2為除氧器出水中殘余氧量, g t; G s 為Na 2SO 3過剩量, 取34g t; E 為工業(yè)亞硫酸鈉(Na 2SO 37H 2O 的純度, 一般為80%90%; 若將20t h 除氧器的有關(guān)參數(shù)代入(2 式中, 所消耗的Na 2SO 3如下:G =24#16#(7. 8-0. 05 +40. 85=3614g h即消耗亞硫酸鈉3. 6kg h, 按12元 kg 計(jì), 運(yùn)行費(fèi)用43. 2元 h ?；瘜W(xué)除氧還增加了鍋爐排污量和加藥泵的耗電量。這種方式多適用于熱水鍋爐和小型工業(yè)鍋爐, 較大鍋爐僅在除氧器發(fā)生故障或需深度處理時(shí)采用。2 5 海綿鐵除氧海綿鐵除氧器是以

14、經(jīng)活化處理而得到的高活性、塊狀、多孔隙的海綿鐵做除氧劑, 當(dāng)鍋爐給水流經(jīng)除氧器時(shí), 在除氧劑的化學(xué)作用和過濾作用下, 去除水中的溶解氧。其化學(xué)反應(yīng)式如下:2Fe+2H 2O+O 2OH 22Fe(OH 2+H 2O+1 2O 2OH 3 氫氧化鐵沉淀物則通過除氧器的定期反洗而排出。工業(yè)水處理2002-12, 22(12 鍋爐給水除氧方式的分析與改進(jìn)海綿鐵除氧器主要消耗物是海綿鐵。其消耗量取決于除氧水中含氧量, 溶解氧含量高消耗則多, 反之則少。海綿鐵除氧劑大體分為兩種:一種是相對(duì)密度大, 抗壓強(qiáng)度高的塊狀海綿鐵; 另一種是抗壓強(qiáng)度低的鐵粉或其混合物。這兩種除氧劑的化學(xué)反應(yīng)雖然相同, 但也有一些

15、區(qū)別。(1 生產(chǎn)工藝。塊狀海綿鐵除氧劑是用進(jìn)口富鐵礦直接還原再經(jīng)活化而成; 粉狀海綿鐵除氧劑是用普通鐵粉和粘結(jié)劑經(jīng)燒結(jié)而成。(2 使用效果。塊狀海綿鐵除氧劑使用中不粉化, 不板結(jié), 只需少量補(bǔ)充; 而粉狀海綿鐵除氧劑極易粉化和板結(jié), 需大量補(bǔ)充或更換。(3 除氧器的結(jié)構(gòu)和配置。塊狀海綿鐵除氧器無特殊要求時(shí), 不配置脫鐵罐或鐵粉收集器; 而粉狀海綿鐵除氧器均配置脫鐵罐或鐵粉收集器。 (4 運(yùn)行中的消耗。在同等條件下塊狀海綿鐵耗量少, 而粉狀海綿鐵消耗量多。塊狀海綿鐵除氧劑的消耗可按(3 式計(jì)算:m 塊=(C 1-C 2 h(3式中, m 塊為塊狀海綿鐵除氧劑處理單位水量的消耗量, g t; 為與

16、每克氧化合需活性鐵量, 約1. 21. 4g; C 1為除氧器進(jìn)水中含氧量, g t; C 2為除氧器出水中殘余氧量, g t; J h 為塊狀海綿鐵中活性鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù), 85%95%;粉狀海綿鐵消耗量, 實(shí)踐表明是由兩部分組成。一是與水中氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)消耗量m h ; 二是隨水流失的鐵粉量m s 。因此, 可按(4 式計(jì)算:m 粉=m h +m s = (C 1-C 2J h+m s(4式中, m 粉為粉狀海綿鐵除氧劑處理單位水量的消耗量, g t; m h 為粉狀海綿鐵與水中氧化學(xué)反應(yīng)處理單位水量的耗量, g t; 為與每克氧化合需純鐵粉量, 1. 21. 4g; C 1為除氧器進(jìn)水中含氧量

17、, g t; C 2為除氧器出水中殘余氧量, g t; J h 為粉狀海綿鐵中含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù), 75%78%; m s 為除氧劑中鐵粉流失量, 一般為m h 的13倍。若將20t h 除氧器的有關(guān)參數(shù)代入(3 式中, 則每處理1t 水消耗塊狀海綿鐵除氧劑如下:m 塊=1. 2#(7. 8-0. 05=10. 9g t除氧劑按8. 28元 kg 計(jì), 運(yùn)行費(fèi)用2. 17元 h 。若將20t h 除氧器的有關(guān)參數(shù)代入(4 式中, 每處理1t 水消耗粉狀海綿鐵除氧劑如下:m 粉=1. 2#(7. 8-0. 050. 75+24. 8=37. 2g t粉狀海綿鐵除氧劑按5. 8元 kg 計(jì), 運(yùn)行費(fèi)用5

18、. 18元 h ?？梢? 在選用填料式海綿鐵除氧器時(shí), 對(duì)除氧劑的選擇要特別慎重。海綿鐵除氧器在運(yùn)行中, 需要定期反洗, 反洗時(shí)要消耗反洗水。3 除氧方式比較通過對(duì)上述除氧方式的分析, 我們認(rèn)為不同的除氧方式, 其除氧效果不同。除氧方式的除氧效果、水質(zhì)穩(wěn)定性、主要運(yùn)行成本綜合比較如表1所示。表1 20t h 除氧器除氧方式的綜合比較除氧方式出水殘氧量 (mg L -1 水質(zhì)穩(wěn)定性主要消耗運(yùn)行費(fèi)用(元h -1環(huán)境影響熱力除氧0. 05較穩(wěn)定蒸汽204熱污染真空除氧0. 10不穩(wěn)定電或蒸汽9. 012. 5無污染解析除氧0. 050. 10不穩(wěn)定電、反應(yīng)劑9. 311. 8空氣污染0. 05較穩(wěn)定化學(xué)藥劑43. 2排污量大海綿鐵除氧塊劑0. 03穩(wěn)定海綿鐵、水2. 17無污染粉劑0. 05板結(jié)變差鐵粉、水5. 18無污染4 經(jīng)濟(jì)效益通過對(duì)常見的5種鍋爐給水除氧方式的粗略計(jì)算、分析與比較, 選擇塊狀海綿鐵除氧方式是最好的。它以其除氧水質(zhì)好、水質(zhì)穩(wěn)定、運(yùn)行成本低、使用操作簡單、節(jié)約能源、符合環(huán)保要求的優(yōu)勢(shì), 為替代落后的熱力除氧奠定了理論基礎(chǔ)。 津?qū)幖瘓F(tuán)公司按20t h 除氧器運(yùn)行計(jì)算, 仍采用熱力除氧, 全年的運(yùn)行費(fèi)約176萬元。若改為塊狀海綿鐵除氧器, 全年運(yùn)行費(fèi)