锅炉氧腐蚀的防止Word下载.docx
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水温达到沸点时,水面上水蒸气的压力和外界压力相等,其它气体的分压则为零。
此时,溶解在水中的气体全部逸出。
利用亨利定律,在敞开设各中将水加热到沸点,使水沸腾,这样水中溶解的氧就会解析出来。
这就是热力除氧的原理。
由于二氧化碳在水中的溶解度也同样是随水温提高而降低,因此,当水温到达沸点时,水中二氧化碳气体同样被解析出来。
所以,热力法不仅可除去水中溶解氧,也能同时除去大部分溶解二氧化碳气体、氨及硫化氢等腐蚀性气体。
热力除氧过程还可以促使水中的熏碳酸盐分解。
因为重碳酸盐和CO2之间存在平衡关系:
2HCO3¯
→CO32-+H2O+CO2,除氧过程中也把CO2除去了,使反应向右方移动,即重碳酸盐分解。
温度愈高,水沸腾时间愈长,加热蒸汽中游离CO2浓度愈低;
则重碳酸盐的分解愈高。
在热力除氧器中,为了使氧解析出来,除了必须将水加热至沸点以外,还需要在设备上创造必要条件使气体能顺利地从水中分离出来。
因为水中溶解氧必须穿过水层和气水界面,才能自水中分离出来,所以要使解吸过程能较快地进行,就必须使水分散成小水滴,以缩短扩散路程和增大气水界面。
热力除氧器,就是按照将水加热至沸点和使水流分散这两个原则设计的一种设备。
热力除氧也有它的缺点:
如蒸汽耗量较多;
由于给水温度提高了,影响烟气废热的利用;
负荷变动时不易调整等。
2.除氧器类型
热力除氧器的功能是把要除氧的水加热到除氧器工作压力相应的沸腾温度,使溶解于水中的氧和其它气体解析出来。
热力除氧器按其工作压力不同,可分为真空式、大气式和高压式三种。
真空式除氧器的工作压力低于大气压力。
大气式除氧器的工作压力稍高于大气压力,常称为低压除氧器,高压式除氧器的工作压力比较高,常称为高压除氧器。
热力除氧器按结构形式分为:
淋水盘式、喷雾填料式、膜式等。
(1)淋水盘式除氧器
淋水盘式除氧器的主要构成为除氧头和贮水箱。
除氧器的除氧过程主要是在除氧头中进行的,凝结水、各种疏水和补给水,分别由上部的管道进入,经过配水盘和若干层筛状多孔盘,分散成许多股细小的水流,层层下淋。
加热蒸汽从除氧头下部引入,穿过淋水层向上流动。
这样,当水和蒸汽接触时就发生水的加热和除氧过程。
从水中析出的氧和其它气体随着一些多余的蒸汽自上部排汽阀排走。
经除氧的水流入下部贮水箱中。
其结构见图8-7
图8—7淋水盘式除氧器
l一除氧头;
2—余气冷却器;
3—多孔盘;
4一贮水箱;
5—蒸汽自动调节器;
6一安全门;
7一配水盘;
8一降水管;
9—给水泵;
10一水位自动调节器;
11—排气阀;
12一主凝结水管;
13一高压加热器疏水管;
14一补给水管·
从理论上来讲,水经过除氧器后是可以将水中氧除尽的,但实际上要做到始终将氧除得很完全是困难的,特别是采用淋水盘式除氧器时,因为除氧器的运行条件并不能一直保持水中的氧扩散到蒸汽中的过程进行完毕。
为了增强除氧效果,有时在贮水箱内靠下部装一根蒸汽管,管上开孔或者加装几只喷嘴,用来送入压力较高的蒸汽使此贮水箱内的水一直保持着沸腾的状态,这种装置称为再沸腾装置。
由于采用了这种措施,使贮水箱内水温能保持着沸点,且有使蒸汽泡穿过水层的搅拌作用,所以可以做到将水中残余的气体解吸出来。
再沸腾用汽量一般为除氧器加熟用蒸汽的10%~20%,如果运行条件许可,也可以更大一些。
采用了再沸腾装置后,因为水在贮水箱中经过长时间的剧烈沸腾,可促进水中碳酸氢盐的分解过程,故可以减少水中碳酸化合物的总含量(通常换算成总CO2量表示)。
此外,当运行中由于某些原因造成有氧漏过除氧头时,装有再沸腾装置的贮水箱,可以使出水中含氧量仍保持较小。
但设备装有再沸腾装置后,会使运行复杂化,例如易发生振动和除氧器并列运行时水位波动大。
淋水盘式除氧器对于运行工况变化的适应性较差;
同时,因为除氧器小汽阳水进行传热、传质过程的表面积小,因此除氧效果差。
(2)喷雾式除氧器
喷雾除氧器是在将水喷成雾状的情况下进行热力除氧的一种设备。
它的工作原理是当水成雾状时,有很大的表面积,非常有利于氧从水中逸出。
在实际运行时,喷雾式除氧器往往不能获得良好的除氧效果,出水中含氧量一般在50~100mg/L,这是由于水在除氧过程中,大约有90%溶解气体变成小气泡逸出,其余10%要靠扩散作用,自水滴内部扩散到水滴表面后,才能被水蒸汽带走。
当水呈雾状时,对于水中小汽泡的逸出是很有利的,因为气泡通过的水层很薄,但对于溶解气体的扩散过程却很不利,因为微小的水滴具有很大的表面张力,溶解气体不容易扩散通过小水滴的表面。
为此,喷雾式热力除氧器应结合其它除氧方式,才能保持其效果良好。
(3)喷雾填料式除氧器
喷雾填料式除氧器是一种行之有效的除氧器,其结构如图8—8所示。
它的原理为将水通过喷嘴喷成雾状,在喷嘴上面设有上进气管,引入加热用蒸汽,通过蒸汽和水雾的混合,达到水的加热和初步除氧过程。
经过初步除氧的水往下流动时和填料层相接触使水在技术规范工作压力:
0.57MPa;
工作温度:
162℃;
出力:
535t/h;
进水温度:
145.8℃
图8—8喷雾填料式除氧器结构图
1一进气管:
2一环形配水管;
3—10t/h喷嘴;
4一疏水进水管;
5一淋水管6一支承管;
7--滤板;
8一支承管;
9一进汽室;
10一筒身;
1l一挡水板;
12一吊攀;
13一不锈钢Ω填料;
14一滤网:
15—弹簧安全阀;
16一入孔
填料表面成水膜状态,在填料层下面装有下进气管,在这里又引入蒸汽。
因而,当这部分蒸汽向上流动时,和填料层中的水相遇便进行厂再次除氧。
喷雾填料式除氧器中所用填料应该用不腐蚀而且不会污染水质的材料制成,上要有Ω形、圆环形和蜂窝式等多种,其中以Ω形不锈钢做填料的效果最好。
由于送入除氧器的水经喷头分散成细小的水滴而除氧效果好。
通常只要加热蒸汽压力合适,汽量足够,水经喷头的雾化程度奸,则在雾化区内就能较快地把水温封每到与工作压力相应的沸点,大约95%的溶解氧就可从水中移出。
并且水在填料层中又被分散成极薄的水膜,使水中残留的溶解氧进一步逸去。
这类除氧器的出口水溶解氧可降到10ug/L以下。
喷雾填料式除氧器的优点是:
除氧效果好,当负荷与水温在很大范围内变动时,它都能适应;
设备结构简单,检修方便,和现有的其它热力除氧器相比,同样出力的设备其体积小;
除氧器中的水和加热蒸汽混合速度快,不易产生水击现象等。
要保持喷雾除氧器良好的除氧效果,在运行中必须注意以下两点:
负荷应维持在额定值的50%以上,若负荷过低,因雾化效果差,出水质量会下降;
为了适合负荷的变化,工作汽压不宜小于0.08MPa(表压)。
3.提高除氧器效果的措施
除氧器的除氧效果是否良好,决定于设备的结构和运行工况。
除氧器的结构,主要应能使水和汽在除氧器内分布均匀、流动通畅及水汽之间有足够的接触时间。
这些因素由于在设计此种设备时已经考虑到了,所以除发生异常情况外,通常不作检查。
要提高除氧器的运行效果只有从运行工况来考虑。
(1)被除氧的水一定要加热到除氧器工作压力相应的沸点。
实验表明:
如果水温低于沸点1℃,出水溶氧量就会增加大约0.1mg/L;
为保证水能被加热到沸点,必须注意调节进汽量与进水量,以确保除氧器内的水保持沸腾状态。
实际上用人工进行调节很难保证除氧效果始终良好,为此,在除氧器上通常应安设进汽与进水的自动调节装置。
(2)解吸出来的气体应能通畅地排走。
如果除氧器中解吸出来的氧和其它气体不能通畅地排走,则由于除氧器内蒸汽中残留的氧量较高,就会影响到水中氧扩散出去的速度,会使除氧器内蒸汽中氧分压加大,从而使水的残留含氧量增大。
排气时不可必避免的会有一些蒸汽被一起捧出,如果片面强调减少热损失,关小排气阀,那么会使给水中残余氧含量增大,这是不适合的。
相反,任意开大排气阀也是不必要的,因为这只能造成大量热损失,并不会使含氧量进一步降低。
所以,排气阀盼开度,应通过调节实验来确定。
(3)在除氧器水箱内装沸腾装置。
使水在水箱内也能始终保持沸腾状态。
此种装置形式有:
在水箱底部或中心线附近沿水箱纵向装一根进蒸汽管,在管上装喷嘴。
(4)在除氧器的除氧头筒壁周围装挡水环,或在添料层上部加装挡水淋水盘,沿简壁下泄的水与加热蒸汽充分接触而增加除氧效果。
(5)如果补给水是补入除氧器的,应该尽可能地均匀地补入,因补给水含氧量高,水温低,如大量补入或补入量波动幅度大,均使除氧效果变差。
(6)为使进水雾化更充分,要合理地设计和布置雾化喷嘴。
(7)在雾化区内可加装二次蒸汽管,以使雾化区内有充足的加热汽源。
为了解掌握除氧器的运行特性,确定除氧器较佳运行条件,需对除氧器进行调整试验。
包括除氧器的温度、压力、除氧器的负荷、进水温度、排气量及补给水等。
4.除氧器的异常情况
(1)理想运行工况与安全保证
除氧器内应装有仪表与自动装行。
最基本的自动调节器应包括:
压力自动调节器与水位自动调节器,以保持稳定的本体温度,防止亏水与满水。
除氧器出口应装有连续测定的氧量表。
安全门是高压除氧器的安全保证,动作必须灵活并定期校验。
由于除氧器承压表面大,壳体较薄,超压的允许裕度小,当超压严重时能产生灾难性的后果,故而必须使其符合标准。
(2)除氧器压力温度异常
要使除氧器出水合格,最基本的要求是把除氧水加热到饱和温度。
除氧器的加热蒸汽使用的是汽轮机抽汽。
在机组负荷过低时抽汽不足可使除氧器达不到饱和温度,负荷波动过大也有一定影响。
此时出水含氧量很难低于0.1mg/L。
在除氧器压力的允许限度内,尽量使运行压力维持得高一些(能降低出水含氧量)。
除氧器虽已达到饱和温度,但是压力温度过低,出水含氧量也有可能不合格。
(3)除氧器本身震动或水汽管路水击
除氧器超过设计出力过大时,由于其通水和通汽截面有限,能引起本体震动。
进入除氧器的水温过低,瞬间流量过大,会使蒸汽在除氧器上凝结,破坏了除氧器的正常通风,也能引起本体震动。
轻度的震动能听到沉闷的响声,较严重时可察觉到除氧器晃动,严重时还能感到构筑物颤动。
由于除氧器内水汽流通被扰乱,或因温度降低自外界吸入了空气,出水含氧量将升高。
当对除氧器操作不当时,能引起管道水击,发出尖锐的“劈拍”声,有时也能影响出水含氧量的合格。
(4)其他
除氧器结构不合理,难以保证出水含氧量合格。
有一台淋水盘式除氧器出水溶氧不合格,排汽门略开大即喷水。
检查后发现是因水汽流通受阻造成的。
经改造后不再喷水,出水含氧量合格。
由于除氧器内温度较高,又有一定的氧和二氧化碳分压,本身很容易产生腐蚀。
当除氧器失修时,淋水盘倾斜偏流,筛孔堵塞溢流,淋水盘塌落等,都能妨碍正常除氧,增加出水含氧量。
5.调整试验
为了摸清除氧器的运行特性,制定其最优良的运行条件,必须进行除氧器的调整实验。
在进行此试验以前,应做好下列准备工作:
查看各种水样是否都能采取,如除氧器下部能否采取刚除过氧的水样:
检查各种水流是否都有表计指示,如凝结水、补给水、蒸汽等有无流量表以及其它必要的温度计和压力表等,必要时加装取样装置和测量仪表。
对所有的取样装置及测量仪表都应加以校检,例摇取样器的引出管是否用耐腐蚀的不锈钢或紫铜制成,冷却效果能否符合要求,各表计的指示是否正确等。
试验前,还应拟定好具体的计划和组织好人员,准备好试验用的药品和仪器。
除氧器调整试验的目的,是为了求得良好除氧效果的运行条件,对于淋水盘式除氧器,还应保证不发生水击现象。
水击就是由寸:
除氧器内水汽的流通不畅,或者因水温变动过剧,而发生的冲击现象。
水击易使设备遭到损伤。
除氧器调整试验通常所要求取的运行条件是:
(1)除氧器内的温度与压力。
除氧器内的温度与压力和进汽量有关,可在额定负荷下进行试验,求取除氧器内温度和压力的允许变动范围。
(2)负荷。
在允许的温度与压力范围内,求取除氧器最大和最小允许负荷。
(3)进水温度。
在除氧器的允许温度、压力和额定负荷下,变动其进水温度,以求取最适宜的进水温度范围。
(4)排汽量。
在允许的温度与压力下,求取其不同负荷下的排汽阀开度,以寻求最适宜的排汽量。
(5)补给水率。
在允许温度、压力和额定负荷下,求取其最大的允许补给水率。
(6)其它。
此外,还可以对进水含氧量和贮水箱水位的允许值进行试验.
(二)真空除氧
真空除氧的原理和热力除氧的原理相似,也是利用水在沸腾状态时气体的溶解度接近于零的特点,除去水中所溶解的氧和二氧化碳等气体.由于水的沸点和压力有关,在常温下可利用抽真空的方法使之呈沸腾状态,以除去所溶解的气体。
当水的温度一定时,压力愈低(即真空愈高),则水中残余的氧及二氧化碳含量愈少。
真空式除氧器的结构如图8-9所示。
水由除氧器塔上部进入,经喷头使之在全部断面上喷成雾状,再经中部填料里水膜下流。
而由水中解吸出的氧、二氧化碳等气体由塔体顶部被抽气装置抽出体外。
图8—9真空式除碳器
1一除氧塔;
2一喷头;
3一填料;
4一贮水箱:
5一喷射器
为达到良好的除氧效果,在真空式除氧舶结构上和运行中必需注意以下几点:
1.喷头
它是除氧塔中的关键部件,其喷水细度对除氧效果影响较大。
喷头的数量应与除氧器的出力相适应。
喷头数量过多,雾化效果不好:
喷头数量过少,则水流通过的阻力增大。
现在用的喷头,每只喷水量为0.7h/t,压力降为O.2MPa。
为了防止喷头被堵塞而影响喷水量,在除氧器进水管上应装过滤器。
2.填料
填料的作用主要是加强传质,可用不锈钢环,只要保证填料层有一定高度,即可获得良好的除氧效果。
3.抽气装置
抽气装置有多种:
蒸汽喷射器。
水喷射器,水环式真空泵等。
选用抽气装置的抽气能力应与处理水量相适应。
4.进水温度
进水温度应比除氧器运行真空下相对应的饱和温度高3~5℃,以保证除氧效果。
一般进水温度应在15℃以上。
当要求深度除氧时,可用预热法提高进水温度,以降低设备的必要真空。
5.系统严密性
整个系统应严密不漏气,管道应尽可能采用焊接,法兰间以用胶垫为好,抽气管愈短愈好。
由于真空除氧器是在低温条件下运行,.具有节能的优点,因此同外应用较早。
我国自六十年代开始试验研究,随着设计、调试、运行经验的累积,使这一技术日趋成熟,在锅炉水处理中的应用也日益增多。
(三)解吸除氧
使含有溶解氧的水与不含氧的气体强烈混合,以达到除氧的目的,称为解吸除氧。
解吸除氧的装置,如图8—10所示。
含溶解氧的水用水泵以O.3~0.4MPa压力送至喷射器2,靠其抽吸作用把由反应器7来的无氧气体(N2+CO2)吸入,并与水混合形成乳状液。
此时水中氧气即开始向气体中扩散,并经扩散器3和混合管4进入解吸器(除氧筒)5。
在此进行汽水的分离,档板6用以改善分离过程,减少水汽携带。
含氧气体(N2+C02+O2)经解吸器气空间通往反应器7,它是一根两端封死的钢管,其中装满木碳,放在温度500~600℃锅炉烟道中或其它加热设备中(如电炉等)。
在反应器中气体与灼热的术碳相遇,木碳与氧作用形成C02,故从反应器出来的是无氧气体。
上述过程是反复进行的。
除氧后的水由解吸器流入水箱8,为了减少与空气的接触面积,水箱内放有木质浮板9,几乎将整个水面盖住。
气体通往反应器的管道上装有汽水分离器10,它可将气体带出的水滴分出,并经水封箱11排掉。
图8—10解吸除氧装置
l一水泵}一喷射器材3一扩散器4一混合管5一解吸器6一挡板7一反应器8一水箱
9一浮板10一气水分离器11一水封箱
除氧过程中木碳逐渐消耗,需定期(一般3~5d)增添一次。
为便于装填木碳和排出碳灰,反应器两端应露出烟道外,并采用便于拆卸的法兰连接。
反应器宜垂直或倾斜放置(不小于45℃),而不允许平放。
因平放时木碳耗损后会将反应器上部空间露出,气体将直接经此处流过,影响除氧效果。
解吸除氧的效果与下列因素有关:
1.水压
喷射器前水压越高,吸入的无氧气体越多,除氧效果越好。
实践证明,当水压大于0.3MPa时,甚至冷水(25℃)也能得到良好的除氧效果。
2.水温
水温高,扩散过程强烈,除氧效果好。
但水温过高,会使喷射后汽化,影响除氧效果。
一般水温在40~50℃之间为宜。
3.烟温
反应器的温度条件对除氧效果影响很大。
反应器内各种还原物质所需的最低温度为:
木碳—500℃;
焦碳—600℃;
无烟煤一750℃:
钢屑—800℃,装有两种还原物质的反应器应使用合金钢管。
4.解吸器中水位
水位高时,解吸器水柱的附加阻力增大,喷射器吸入的无氧气体减少,除氧效果减低。
通常运行时应使水位不超过解吸器高度的一半。
解吸除氧器的优点:
设备易制造,省钢材,操作简单,费用低,只需木碳,不需其它化学药品,给水温度低。
解吸除氧器的缺点主要是影响除氧效果的因素多。
例如:
反应器周围温度、木碳含水分、负荷变化、水压、水温、解吸器水位波动等均影响除氧效果:
另外,此法只能除氧,而不能除其它气体,并且除氧后水中CO2含量增加;
若水箱水面密封不好,又常使除氧后的水与空气接触,发生吸氧现象;
故解吸除氧的使用不广泛。
(四)化学药剂除氧
将化学药剂加入水中与水中氧起化学反应,而除去氧气的方法称为化学除氧。
由于是向给水中加入化学药剂,、所以增加了给水的含盐量,一般很少被单独地用于处理给水,只作为给水加热除氧后进行的辅助除氧措施,除去水中剩余的、为数不多的溶解氧。
常用的化学除氧药剂有:
联胺、亚硫酸钠、二氧化硫及氢氧化亚铁等。
1.亚硫酸钠
(1)亚硫酸钠的性质与原理
亚硫酸钠是白色或无色结晶,密度1.56g/cm3,易溶于水。
它是一种还原剂,能和水中的溶解氧反应生成硫酸钠,反应方程式为:
2Na2S03+02→2Na2SO4
按上述反应式计算,要除去1mg/L的氧,至少需要7.9mg/L的2Na2SO4,对于结晶状2Na2SO4·
7H2O需要16g。
为使反应进行得比较彻底,通常在锅水中要维持20~40mg/L的过剩量。
亚硫酸钠加药量(G)可按下式计算:
C02+β
G=——————
ε
式中C02—水中含氧量,mg/L;
p—亚硫酸钠过剩量,mg/L;
ε—工业亚硫酸钠(Na2S03·
7H2O)的纯度;
β的值通常取3~4mg/L
使用的亚硫酸钠溶液的浓度为2%~10%。
亚硫酸钠和氧反应的速度与温度、pH值、氧浓度.、Na2S03的过剩量有关。
温度高,反应速度快,除氧率也高。
水的pH值对反应速度影响很大,pH值高的水中,反应速度较低;
中性水中,反应速度最高;
水中Ca2+、Mg2+以及Mn2+、Cu2+等离子对反应有催化作用,而当水中含有机物及SO42+离子,会显著降低反应速度。
如水中的耗氧量从0.2mg/L增加到7.0mg/L时,反应速度降低l/3还多。
(2)亚硫酸钠加药系统
典型的加药系统如图8—11所示。
反应剂加入溶解箱l,经加水搅拌后,溶液转入溶液箱3中,然后再用给水调整至所需浓度,经转子流量计4,由活塞泵将亚硫酸钠溶液压进锅炉或给水母管中。
图8-11亚硫酸钠加药系统
l一溶解箱2一搅拌器3—溶液箱4一转子流量计5一泵6一排水阀门
亚硫酸钠适用于中低压锅炉的除氧处理。
据研究报导,在锅炉工作压力不超过6.86MPa时,锅水中Na2S03浓度不超过10mg/L,亚硫酸钠不会在锅炉内产生有害化学物质。
当压力超过6.86MPa时.亚硫酸钠会发生高温分解,以及水解而产生H2S、SO2、NaOH等物质。
引起锅炉腐蚀。
加亚硫酸钠除氧,设备简单,操作方便,除氧效果也好。
但加亚硫酸钠处理时,亚硫酸钠与氧反应生成巯酸钠,因而使锅水的总海解固形物增加,导致捧污量j!
尊加,蒸汽品质也可能受到影响。
因此。
很少单独加亚硫酸钠除氧,多与其它除氧法配合使用,作补充除氧。
2.联胺处理
联胺(N2H4)又称为肼,在常温下是一种无色液体,易溶于水,它和水结合成稳定的水合联胺(N2H4·
H2O),水台联胺在常温下也是一种无色液体。
联胺容易挥发,空气中的联胺蒸气对呼吸系统和皮肤有侵害作用,所以,空气中的联胺蒸气量不允许超过lmg/L;
联胺能在空气中燃烧,其蒸气量达4.7%(按体积计),遇火便发生爆炸;
联胺水溶液呈弱碱性;
联胺与酸可形成稳定的盐;
联胺受热分解。
其分解产物可能是NH3、H2、N2;
在碱性溶液中,联胺是一种很强的还原剂,它可以和水中溶解氧直接反应把氧还原,反应如下式:
N2H4+02→N2+2H20
N2H4遇热会分解:
3N2H4→N2+4NH3
联胺和氧的直接反应是个复杂的反应a为厂使联胺与水中溶解氧的反应能进行得较快和较为完全,必须了解水盼PH值、水温;
催化剂等对反应速度的影响。
联胺在碱性水中才显强还原性,它和氧的反应速度与水中的pH值的关系密切,水的p雅在9~11之间时,反应速度最大。
因而,若给水的pH值在9以上,有利于联胺除氧反应。
温度愈高,联胺与氧的反应速度愈快。
水温在l00℃以下时,此反应速度很慢;
水温高于150℃时;
反应很快。
但是若溶解氧量在10ug/L以下时,实际上联胺与氧不再发生反应,即使提高温度也无明显效果。
给水采用联胺处理时,应保持剂量稳定。
含有联胺的蒸汽不宜作生活用a低压锅炉给水除氧很少用联胺。
高压(电站)锅炉多采用联胺作为除氧剂。
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