理解锅炉给水除氧
为了满足锅炉给水中氧含量和允许金属氧化物含量的严格工业标准，几乎完全去除氧气至关重要。这一关键过程通过高效的机械除氧实现，通常辅以精确控制的除氧剂。
除氧遵循基本原理：
- 液体中任何气体的溶解度与该气体在液体表面的分压成正比。
- 气体溶解度随液体温度升高而降低。
- 当液体与气体充分混合时，气体去除效率显著提高。
除氧器的主要目的是将溶解气体（特别是氧气和游离二氧化碳）降至极低水平。此外，除氧器通过提高水温来提升工厂热效率，提供必要的给水储存，并确保锅炉给水泵具有合适的吸入条件。
除氧方法
除氧可通过多种介质实现：
- 物理介质：
- 除氧加热器（例如盘式、喷雾式）
- 真空除氧器
- 膜接触器（应用日益广泛）
- 化学介质：
- 除氧剂（通常用作精处理）
- 催化树脂
二氧化碳通常使用物理除氧方法去除。
压力式除氧器
压力式除氧器大致分为两种主要类型：盘式和喷雾式。两者均通过将水加热至饱和温度，使溶解气体变得不溶并排出。
盘式除氧加热器
盘式除氧加热器由以下部件组成：
- 坚固的壳体，通常由低碳钢制成。
- 喷嘴，通常由耐腐蚀不锈钢制成，用于分配和喷洒进水。
- 直接接触式排气冷凝器。
- 多层盘组。
- 保护性隔室壁。
工艺概述：
- 进水被喷入蒸汽氛围中，迅速加热至接近蒸汽饱和温度几度以内。
- 大部分不凝气体（主要是氧气和游离二氧化碳）在水被喷入设备时释放。
- 密封件防止来自喷雾段的气体重新污染盘组中的水。
- 水从一层盘逐层流下，破碎成细小液滴或薄膜，与进入的蒸汽充分接触。
- 这种充分接触将水加热至蒸汽饱和温度，并去除最后残留的氧气。
- 除氧后的水随后落入下方的储存空间，由蒸汽保护层防止再污染。通常储存在单独的储罐中。
蒸汽流动动力学：
- 蒸汽通过盘室端口进入除氧器，并向下流经盘组，通常与水流平行。
- 少量蒸汽在水温升至饱和温度时冷凝。
- 剩余蒸汽剧烈冲刷下落的水流。
- 在离开盘室之前，蒸汽在壳体与隔室壁之间向上流动至喷雾段。
- 大部分蒸汽冷凝，成为除氧水的一部分。
- 少量携带释放的不凝气体的蒸汽持续排向大气。充分排气对于完全除氧至关重要。
- 蒸汽通过盘组的流动可以是横流、逆流或与水流同向。
喷雾式除氧加热器
喷雾式除氧加热器包括：
- 壳体，通常为低碳钢。
- 弹簧加载的进口喷雾阀，通常为不锈钢。
- 直接接触式排气冷凝器段，也为不锈钢。
- 用于最终除氧的蒸汽洗涤器。
工艺概述：
- 进水被喷入蒸汽氛围中，加热至接近蒸汽饱和温度几度以内。
- 大部分不凝气体释放到蒸汽中。
- 加热后的水通过水封下落，排至蒸汽洗涤器的最低段。
- 在洗涤器中，水被大量蒸汽彻底洗涤，并加热至当前饱和温度。
- 当水-蒸汽混合物在洗涤器中上升时，由于轻微的压力损失，除氧水的温度略高于饱和温度。这会引起少量闪蒸，有助于释放溶解气体。
- 除氧水随后从蒸汽洗涤器溢流至下方的储存段。
蒸汽流动动力学：
- 蒸汽通过侧箱进入除氧器，流向蒸汽洗涤器。
- 流经洗涤器后，向上进入喷雾加热段以加热进水。
- 大部分蒸汽在喷雾段冷凝，成为除氧水的一部分。
- 少量含有不凝气体的蒸汽持续排向大气。
真空除氧
真空除氧在低于大气压沸点的温度下使用，主要用于降低水分配系统中的腐蚀速率。
机理：
- 对系统施加真空，使水在降低的压力下达到其饱和温度。
- 喷嘴将水破碎成小颗粒，促进气体去除。
- 进水通过喷嘴进入，并下落通过填充有拉西环或其他合成填料的塔柱。
- 此过程将水减薄为薄膜和液滴，促进溶解气体的释放。
- 释放的气体和水蒸气由真空持续移除，真空由蒸汽喷射器或真空泵维持，具体取决于系统规模。
效率： 真空除氧器通常不如压力式除氧器除氧效率高。
除氧器的腐蚀疲劳
腐蚀疲劳，特别是在焊缝处或附近，是除氧器中的一个重大问题。它由机械因素和操作问题的共同作用引起：
- 机械因素： 制造工艺、焊接质量差、焊缝未消除应力。
- 操作问题： 水锤或蒸汽锤事件可能引起显著应力。
AquaChain 工程提示
定期检查除氧器焊缝和内部表面是否有腐蚀疲劳迹象，特别是在应力集中区域。实施稳健的预防性维护计划，包括无损检测（NDT），以发现早期裂纹迹象，并确保适当排气以防止气体覆盖，气体覆盖会加剧腐蚀。
常见问题解答
问1：为什么除氧对锅炉给水至关重要？ 答1：除氧至关重要，因为它能去除溶解氧和二氧化碳，这些气体对锅炉部件具有高度腐蚀性。通过去除这些气体，可以防止点蚀，减少金属氧化物的形成，显著延长锅炉及相关管道的使用寿命，同时提高热效率。
问2：化学除氧剂能否完全替代机械除氧？ 答2：不能。化学除氧剂通常用于补充机械除氧，而非替代。机械除氧器去除大部分溶解气体，将氧含量降至极低的十亿分比（ppb）范围。然后，化学除氧剂对水进行“精处理”，去除机械方法无法消除的最后痕量氧气，确保最佳保护。
问3：与真空除氧器相比，使用压力式除氧器的主要优势是什么？ 答3：压力式除氧器通常能达到比真空除氧器更低的溶解氧水平（通常 < 7 ppb 或 < 0.007 mg/L），因此对高压锅炉系统更有效。它们还能加热给水，有助于提高热效率，并为锅炉给水泵提供正吸入压头，而真空除氧器则不具备此功能。