太鋼450 m2燒結(jié)機余熱供汽鍋爐除氧器的選擇

徐成浩

鍋爐在啟動和運行期間，有空氣進入汽水循環(huán)系統(tǒng)，而過量的溶解氧存在會引起鍋爐給水系統(tǒng)和部件以及汽水管道的腐蝕;同時腐蝕產(chǎn)物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，形成氧化鐵垢，氧化鐵垢不僅導(dǎo)致傳熱不良，同時在高溫下Fe3+還會引起進一步的腐蝕[1，2]。所以，為保證鍋爐的安全正常運行，提高其使用壽命，鍋爐給水除氧就成為了鍋爐運行中的一個非常重要和必要的環(huán)節(jié)[3，4]。GB/T 1576-2008工業(yè)鍋爐水質(zhì)中對蒸汽鍋爐給水溶解氧濃度規(guī)定，鍋爐蒸發(fā)量大于10 t/h應(yīng)進行除氧，產(chǎn)汽用于發(fā)電的，給水溶解氧不大于0.05 mg/L。

1 工程概況

太鋼450 m2燒結(jié)環(huán)冷機余熱供熱工程的余熱鍋爐給水采用的是太鋼焦化廠煤調(diào)濕站、脫硫脫氫站和太鋼燒結(jié)混合料加熱冷凝水返回冷凝后的供熱回水，不足部分由太鋼除鹽水管網(wǎng)補充。其水溫在50℃～80℃之間。

余熱鍋爐為雙壓鍋爐，高溫的廢氣從余熱鍋爐上部進入，鍋爐給水從鍋爐下部進入;鍋爐上部產(chǎn)生額定蒸汽溫度為375℃，額定蒸汽壓力為1.96 MPa(g)的高壓蒸汽，中部產(chǎn)生額定蒸汽溫度為228℃，額定蒸汽壓力0.69 MPa(g)的低壓蒸汽。鍋爐下部的鍋內(nèi)管道將排出的煙氣作為預(yù)加熱器對鍋爐給水進行加熱，從而為接下來的熱力除氧進行預(yù)熱。為了防止預(yù)加熱器的腐蝕，鍋爐給水需要在爐外進行除氧。

受場地限制，業(yè)主要求該工程的除氧裝置布置于已有的加壓水泵房內(nèi)。加壓泵房內(nèi)部有水泵吸水池(地上布置)，泵房內(nèi)可利用的泵房高度為4.8 m左右，在除氧方式的選擇上應(yīng)充分考慮到這一點。在此，選擇熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧、解析除氧等幾種除氧方法進行比選。

2 除氧方法的比較和分析

2.1 熱力除氧

熱力除氧一般有大氣式熱力除氧和噴射式熱力除氧。其原理是將鍋爐給水加熱至沸點，使氧的溶解度減小，水中氧不斷逸出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣連同水蒸氣一道排除，還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，是目前應(yīng)用最多的一種除氧方法。

為了保證熱力除氧器具有可靠的效果，在設(shè)計和運行中應(yīng)滿足下列條件:1)增加水與蒸汽的接觸面積，水流分配要均勻;2)保證氧氣在水中的溶解壓力與水面上的分壓力之間有壓力差;3)保證水被加熱到除氧器工作壓力下的沸騰溫度，一般采用104℃。

熱力除氧技術(shù)是一種普遍采用的成熟技術(shù)，但在實際應(yīng)用中還存在著一些問題。

2.2 真空除氧

這是一種中溫除氧技術(shù)，利用亨利定律，通過降低氧的分壓從而降低氧在水中的溶解度來實現(xiàn)除氧。相對于熱力除氧技術(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，并且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，當(dāng)給水水溫變化頻繁時，要求系統(tǒng)做相應(yīng)調(diào)整送入蒸汽量以維持水溫，使得系統(tǒng)的運行控制更加復(fù)雜，要求設(shè)備可靠性更高。

2.3 化學(xué)除氧

1)鋼屑除氧，水經(jīng)過鋼屑過濾器，鋼屑被氧化，而水中的溶解氧被除去。此法水溫要求大于70℃，水溫在80℃～90℃效果最好，在20℃～30℃除氧效果最差。使用鋼屑要求壓緊，越緊越好，水中含氧量越大，要求流速越低，以保證充分的反應(yīng)時間。鋼屑除氧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。2)亞硫酸鈉除氧，這是一種爐內(nèi)加藥除氧法。此法可迅速將氧從給水中去除，一般使用亞硫酸鈉作為除氧劑，除氧反應(yīng)為:2Na2SO3+O2→2Na2SO4。水溫度愈高，反應(yīng)時間愈短，除氧效果愈好。當(dāng)爐水pH=6時，除氧效果最好，若pH增大則除氧效果下降。通常要求加藥量比理論值大，加入銅、鈷、錳、錫等作催化劑，可提高除氧效果。該方法一般用在小型鍋爐和一些對水質(zhì)要求較高的熱力系統(tǒng)中作為輔助除氧手段。3)聯(lián)氨(肼)除氧，聯(lián)氨(N2H4)還原性很強，可將水中的溶解氧還原。反應(yīng)式為:N2H4+O2→N2+2H2O，聯(lián)氨與氧反應(yīng)生成氮和水。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，且只能在高溫下迅速反應(yīng)，目前此法多用作高溫高壓機組的熱力除氧后的輔助措施，以達到徹底清除水中的殘留氧，而不增加爐水的含鹽量的目的。

2.4 解析除氧

解析除氧是一種比較先進的常溫除氧技術(shù)。該法是將不含氧的氣體與要除氧的水強烈混合接觸，根據(jù)液面上氧氣分壓力為零(或近于零)時液體中氧氣的溶解度降低的原理，而使水中的氧氣大量擴散到無氧的氣體中，從而使水中含氧量降低。從水中擴散出來的氧氣又隨著原來無氧的氣體流至除氧反應(yīng)器，在反應(yīng)器中與脫氧劑作用(500℃～600℃條件下)，使絕大部分O2變成CO2。然后再將此氣體與要除氧的給水強烈混合接觸。如此循環(huán)工作，以達除氧的目的。

解析除氧有以下特點:1)待除氧水不需要預(yù)熱處理，可常溫除氧，因此不增加鍋爐房自耗汽;2)解析除氧設(shè)備占地少，金屬耗量小，從而減少基建投資;3)除氧效果好。在正常情況下，除氧后的殘余含氧量可降到0.05 mg/L;4)不用化學(xué)藥品，減少了環(huán)境污染;5)只能除去水中氧氣而不能除去其他不凝氣體，水中二氧化碳含量有所增加;6)管道系統(tǒng)及除氧水箱應(yīng)密封。

根據(jù)以上分析，結(jié)合本工程的水溫低、水溫變化大且較頻繁、布置場地狹小、不能高位布置等限制條件，筆者認(rèn)為解析除氧是最適用的處理方案。

3 除氧器的設(shè)計

本工程要求除氧設(shè)備設(shè)計出力為:100 m3/h，出水溶氧:≤0.05 mg/L。提供的給水溫度為8℃～70℃，水壓為0.40 MPa～0.50 MPa。系統(tǒng)由除氧泵、引射器、解析器、除氧器、氣水分離器、換熱器、控制柜、除氧水箱等組成?？紤]系統(tǒng)的安全可靠，設(shè)計為2×50%解析除氧器。

最終選定的設(shè)備參數(shù)如下:型號:CJY-50T/H解析除氧器。單臺設(shè)備出力:50 m3/h。適應(yīng)溫度范圍:5℃～80℃，要求能適應(yīng)一個較長的溫度波動范圍。

消耗功率:16 kW。進水壓力:0.4 MPa～0.5 MPa。反應(yīng)器溫度:260℃～320℃。脫氧劑處理能力:260 m3水量/kg～300 m3水量/kg。除氧劑類型:A3X型(活性炭)。設(shè)備凈重:4 200 kg。外形尺寸:3 000×1 350×4 700(長×寬×高)。

由以上參數(shù)看出，除氧器最高點為解析器，最高點高度為4.70 m，加壓水泵房梁底高度為4.8 m，可以滿足設(shè)備安裝要求。兩套裝置現(xiàn)已安裝運行，設(shè)備除氧效果滿足設(shè)計要求。

在此需要指出的是，由于解析除氧增加了給水中CO2的含量，在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程中應(yīng)注意監(jiān)控除氧后水的pH值，應(yīng)控制給水pH值在8～9.5之間，當(dāng)給水呈酸性時，應(yīng)向除氧水池加氨中和，以防系統(tǒng)發(fā)生酸性腐蝕。

4 結(jié)語

結(jié)合太鋼450 m2燒結(jié)機余熱供汽鍋爐除氧器工程的水溫低、水溫變化大且較頻繁、布置場地狹小、不能高位布置等限制條件，通過對不同類型除氧器的原理、效果、特點及安裝要求等的對比，同時根據(jù)工程需要，選定了最適宜的除氧器:2×50%解析除氧器，該設(shè)備具有可常溫除氧，設(shè)備占地少，除氧效果好等特點，具有一定的推廣和借鑒作用。

[1] 李茂東.工業(yè)鍋爐鐵雜質(zhì)污染與控制[J].腐蝕與防護，2002，23(9):414-416.

[2] 馬慶謙，游 菊.DZL4-13型鍋爐水冷壁管爆裂原因分析[J].工業(yè)鍋爐，2004(6):55-58.

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