工业锅炉系统中的除氧与防腐

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  金属腐蚀几乎存在于各种机械设备,据有关资料统计,全世界每年因腐蚀消耗的钢铁(无法回收的部分)约占总产量的十分之一左右。
  目前钢铁设备的腐蚀正日益引起重视,工业锅炉数量最多,是不容忽视的重要组成部分。工业锅炉给水系统的腐蚀大多数情况下是由于遇到了水,所以基本上属于电化学腐蚀,而水中溶解的氧气常常是引起金属发生电化学腐蚀的一个主要因素。
  在工业锅炉系统运行中,氧腐蚀不但发生在除氧器以前的设备上,当除氧器运行不良时,氧的腐蚀作用也会扩展到给水管道、省煤器和锅炉本体中。设备停用时,如果保养不善这些部位更容易造成氧的腐蚀。
  氧对工业锅炉系统腐蚀速度的影响,一是增强了腐蚀速度,二是氧化生成的保护膜又能够减缓腐蚀的速度。但是在大多數情况下,氧腐蚀所形成的保护膜并不能保护工业锅炉本体所有的金属表面,氧化膜薄弱的部分仍然会遭受腐蚀。在锅炉本体内部,特别是自然循环较慢地方,常常会遇到氧的局部腐蚀,有时会达到很深的溃烂程度,甚至穿孔。因此在锅炉给水中实际存在的溶解氧,含量超过一定值的情况下,这种保护膜对锅炉本体内部的金属表面来说并不可靠,相反其腐蚀速度还会与溶解氧的浓度成正比。
  氧是一种化学性质很活泼的气体,它不但能跟除金、银、铂等少数金属以外的绝大多数金属直接化合,而且还能跟很多非金属直接化合,发生氧化反应。当其与金属或非金属化合后,往往形成稳定的氧化物,或生成很难溶解的沉淀物。由此可见,氧腐蚀是威胁工业锅炉安全运行的一个重要因素。根据氧在水中溶解的特性,通常可以采取以下几种方法,对工业锅炉的给水进行除氧处理。
  一、热力除氧
  将水加热至沸点,氧的溶解度会随温度升高而减小,随之被逸出,用水蒸汽将水面上产生的氧气推顶排除,让蒸汽充满空间。如此使水中氧气不断逸出,降低水中氧气的含量,从而保证了给水含氧量达到GB1576-2008给水质量标准的要求。
  热力除氧有以下特点:(1)不仅能除O2,而且也能除去CO2、N2和铵一钠离子交换时产生的NH3;(2)较其它除氧方法效果稳定可靠;(3)除氧水中不增加含盐量,也不增加其它气体的溶解量;(4)容易进行操作控制;(5)蒸汽消耗量大;(6)提高给水进入省煤器的温度,影响烟气废热的利用;(7)负荷变动时不易调整。
  二、解吸除氧
  将不含氧的气体与要除氧的给水强烈混合接触时,根据液面上氧气分压为零(或近于零)时液体中氧气的溶解度会降低的原理,给水中的氧气就大量扩散到无氧的气体中,从而使水中含氧量迅速降低。从给水中扩散出来的氧气又随着原来的无氧气体流至反应器,在反应器中与炽热的木炭作用,使氧进一步变成二氧化碳气体,而残存极微量的氧气。然后再将此气体与要除氧的给水强烈混合接触,继续除氧。如此循环,以达到除氧的目的。
  解吸除氧的主要特点:(1)设备易制造,并且耗钢材较少;(2)操作简单,不需要化学药品,只要木炭即可;(3)给水温度低,省煤器吸热量大,降低排烟温度;(4)因影响除氧效果的因素很多,若调整不好,则影响除氧效果;(5)只能除氧,而不能除去其它气体,并且除氧后水中CO2含量会增加;(6)水箱水面不易密封,常使除氧后的水与空气接触,而影响除氧效果。
  三、化学除氧
  (1)钢屑除氧;使水经过钢屑过滤器,表面积很大的钢屑会被氧化,而将水中的溶解氧除去。反应过程:3Fe+2O2→Fe3O4
  钢屑除氧装置简单,投资少,操作也很方便。但原水温度过低、水中氢氧根碱度过大,或者铁屑表面有钾盐和钠盐存在反而会被钝化,都会降低除氧效果,同时更换钢屑的劳动强度也较大。
  (2)加反应剂除氧:常用的反应剂有亚硫酸钠Na2SO3,亚硫酸氢钠NaHSO3,气体二氧化硫SO2,亚硫酸H2SO3,氢氧化亚铁Fe(OH)2以及联胺N2H4·H2O等。
  加反应剂除氧法的特点及应用:加反应剂法除氧,设备简单,操作方便,除氧效果良好,但药剂费用比较高。因此很少单纯使用加反应剂法进行除氧,而往往是与钢屑除氧联合使用。
  四、电化学除氧
  电化学除氧,就是利用电保护的原理,人为地在除氧器中使用一种金属(常用的是铝AI),发生电化学腐蚀,原水流过除氧器后,水中的氧气会被消耗掉,从而达到除氧的效果。
  电化学除氧的特点:除氧设备简单,操作方便,运行费用低。设备正常运行条件下一般给水含氧量可降至0.1mg/L以下。电化学除氧效果与原水中的含氧量大小无关,与待除氧水流经除氧器的流速快慢、水温高低、电流大小有关,尤以流速和水温影响最大。水温最好在70℃左右,不得低于40℃,电化学除氧要取得好的效果还需根据设备情况、管路布局和现场条件进行试验。
  为保证工业锅炉安全运行,对于额定蒸发量大于等于6T/H的蒸汽锅炉和额定热功率大于等于4.2MW的承压热水锅炉给水要进行除氧,对于额定蒸发量小于6T/H的蒸汽锅炉和额定热功率小于4.2MW的承压热水锅炉、常压热水锅炉,特别是在定期检验中发现有局部氧腐蚀时,锅炉给水更应采取除氧措施。在选择除氧方式时,除了要考虑各种除氧方法的特点以外,还应根据行业特点、工艺要求和现场情况等,本着安全、节约、可靠的原则,科学把握,选择适合该炉型、适合该工艺的除氧方式及设备,以达到减缓锅炉腐蚀,延长使用寿命的目的。
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