1．  除氧器概述

蒸汽鍋爐的受熱面由于各種原因而引起腐蝕，會對鍋爐運行造成故障。腐蝕通常系由幾個因素共同形成，而大部分的腐蝕現象可由電化學作用解釋。高壓以上鍋爐的受熱  面具有高的熱負荷，可能因某種原因發生內部腐蝕，而這種原因在中壓鍋爐造成的腐蝕，而這種原因在中壓鍋爐造成的腐蝕較輕，所以對高壓以上鍋爐應采取嚴格的防腐蝕措施。 

鍋爐發生腐蝕的一些主要原因是：水中含有溶解的氧氣等氣體而引起的電化學腐蝕，金屬材料含有雜質，金屬的局部電壓作用，爐水及蒸汽的PH值較低，鐵—水與鐵—蒸汽在鍋爐局部過熱和在過熱器中由于高溫反應而產生的腐蝕效應，金屬迅速加熱或冷卻而發生的熱震能使材料應力迅速變化，并能在一定條件下形成磁鐵氧化物，停爐時間過久而缺乏應有的保護。而鍋爐熱力設備腐蝕zui主要的原因是水中含有氧等可溶解的氣體，這些氣體呈游離狀態，在溫度較高的條件下可以直接和鋼鐵金屬發生化學反應，因而使熱力設備和管道遭受腐蝕，因此水中溶解有任何氣體對于鍋爐熱力設備的安全可靠運行都是十分不利的。

    溶解在水里的氣體zui主要的是氧氣，氧對鋼鐵的氧化腐蝕作用雖進行得很緩慢，但是對于*連續運行的熱力設備來說是十分危險的，鍋爐、汽輪機的設計壽命長達30年，在中國甚至實際使用到50年，在這樣漫長的使用壽命中，要保證它不被腐蝕損壞，防止氧氣腐蝕顯然是一個十分重要的措施。

    為了防止給水中含有溶解的氧等氣體使鍋爐內發生化學腐蝕，就需要對給水進行除氧，將水中的絕大部分腐蝕氣體除去。除氧的方法主要有熱力除氧、鋼屑除氧、化學除氧、解吸除氧等。

1.1熱力除氧原理

1.1.1熱力除氧原理

當水和某種氣體接觸時，就會有一部分氣體溶解到水中，用氣體的溶解度表示氣體溶解于水中的數量，以mg /L計值，它和氣體的種類以及該氣體在水面的分壓力和水的溫度有關。在一定的壓力下，水的溫度越高，氣體的溶解度越小，反之氣體的溶解度就越大。同時氣體在水面的分壓力越高，其溶解度就越大，反之，其溶解度也越低。天然水中溶解的氧氣可達10mg / L由于汽輪機的真空系統不可能嚴密，空氣通過不嚴密部分滲入系統，凝結水可能溶有大量氧氣。此外，補充水中也含有氧氣及二氧化碳等其它氣體。采用熱力除氧的方法，可除去給水中溶解的不凝結氣體。

除氧是要除去水中所有的不凝結氣體，它采用的是熱力除氧的方法，其原理是依據亨利定律和道爾頓定律以及傳熱傳質定律。亨利定律指出：當液體表面的某氣體與溶解于液體中該氣體處于進、出動態平衡時，溶于單位容積液體中該氣體的質量ｂ，與液面上該氣體的分壓力Ｐb成正比：

ｂ＝ｋＰb/Ｐo （mg/L）

式中：Ｋ為該氣體的質量溶解度系數，它與液體和氣體的種類和溫度有關；Ｐo為液面上的全壓力。可見當水面上氣體的分壓力小于溶解該氣體所對應的平衡壓力Ｐb時，則該氣體就會在不平衡壓力差△Ｐ作用下，自水中離析出水面，直到新的平衡狀態為止。因此，如果使水面上該氣體的分壓力一直維持零值，就可以使該氣體從水中*逸出而除去，這就是熱力除氣的基本原理。問題是如何使水面上不凝結氣體的分壓力近似為零。

根據道爾頓定律：混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和。除氧塔空間的總壓力Ｐ等于水中所溶解各氣體在水面上的分壓力Ｐｉ與水上面水蒸汽分壓力Ｐs之和，即：

Ｐ＝ΣＰi＋Ｐs （MPa）

在除氧器中，隨著水流被蒸汽不斷地加熱，水會逐漸蒸發，水表面的水蒸汽壓力就逐步增大，其它氣體的分壓力就逐步減少，水中的氣體分子逐漸脫出，并隨余汽排出，水面內外氣體分壓均被減小而維持一定的壓差△Ｐ；當水被加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度時，水表面的水蒸汽分壓力等于除氧頭的壓力，也即蒸汽分壓力等于總壓力，其它氣體的分壓力近于或等于零，這就可能讓水中的各氣體*脫出，水中氣體溶解量接近零。加熱除氧過程既是傳熱過程同時又是一個傳質過程；氣體從水中離析脫出的量與水的表面積Ａ、不平衡差△Ｐ成正比例，即

Ｇ＝ＫmＡ△Ｐ （mg/L）

Ｋm是傳質系數或稱離析系數。

氣體從水中離析過程即傳質過程，此過程可分為兩個階段：*階段是初期除氣階段，水中所溶氣量較多，不平衡壓差較大，氣體能以小氣泡形式克服水的表面張力迅速逸出水表面，此階段可除去水中大部份的氣體；第二階段是深度除氣階段，因這時水中溶解的氣量較小，不平衡△Ｐ較小，氣體只能依靠分子的擴散作用緩慢地從水表面逸出，于是就要設法造成大面積水膜，以減少水的表面張力，加強擴散作用；或者利用蒸汽在水面下的鼓泡作用，讓氣體附在水泡面上逸出。可見深度除氣過程較緩慢，所以用加熱的原理除氣不容易做到很*。特別是水溫沒有達到除氧器壓力對應的飽和溫度時，水中含氧量急劇增加。在對于除氣要求很高的機組，一般要再輔以化學除氧措施。 -

圖1－1示出氧氣的溶解度與水的溫度關系。在熱力除氧時，將水溫提高能降低氧氣和其他氣體的溶解度，并同時升高了水蒸氣的分壓力即降低了氧氣等氣體的分壓力。當水達到該壓力下的沸點溫度時，在液面上就僅有飽和水蒸氣，其分壓力為Px=P，而此時其余氧氣等氣體的分壓力等于零，則被除氧。這種除氧狀態僅存在于接近水面的薄層，被放出的氣體能成氣泡狀分離，但液體的表面張力和黏度能阻滯氣泡自水分離，在溫度升高時此表面張力和黏度會降低。

熱力除氧是將水進入除氧器后播散成微細的水柱液滴或微薄的水膜，同時加熱蒸汽進人

除氧器后與水直接接觸而使水被加熱，由于水流細小，形成的表面積大，因此能與蒸汽充分接觸被加熱而達到相應壓力下的飽和溫度，使氧氣析出，而微細的水流又使氧氣易于逸出，從而達到充分的除氧。除氧雖有多種方法，但在火力發電廠中實際應用的只有熱力除氧器。溶解在水中的氣體主要是氧氣，但還有小部分其他腐蝕性氣體，在熱力除氧器中把它們一并除去，因此除氧器也可以稱為除氣器[在國外就稱為除氣器（Deaeartor）。

物理除氧法用得zui廣泛的是熱力除氧。這種方法成本低，不但能除去水中溶解的氧氣，還可除去水中溶解的其他不凝結氣體，且沒有任何殘留物質。因此除核電站外所有火電廠都無例外地用它。

熱力除氧的條件：

為了使鍋爐給水溶解氧達到合格標準，要求做好除氧器的結構設計、運行和調整工作，滿足下列基本條件，才能取得良好的除氧效果。

 （1）將水加熱至相應壓力下的飽和溫度。若在0．1MPa下工作，加熱不足1℃，水中溶解氧約達0.18mg/L遠遠超過標準值。

除氧器的運行工況常受到外界條件的影響，為除去水中的溶解氧，必須有足夠的加熱蒸汽，使除氧器內水的溫度與壓力經常相適應。為此，除氧器應有靈敏可靠的自動調節裝置，對加熱蒸汽和補充水應按負荷變化隨時加以調整，以保證運行穩定。

（2）使氣體的解析過程充分。給水除氧的效果，取決于傳熱和傳質兩個過程。傳熱過程是將水加熱至相應壓力下的飽和溫度，傳質過程是使溶解氣體從水中解析出來。水在除氧過程中，約占90％的溶解氣體以小氣泡形式放出，其余的10％是靠擴散作用。除氧器在結構上，應滿足傳熱和傳質的要求，同時使水和蒸汽在除氧頭內分布均勻，流動通暢。

（3）保護水和蒸汽有足夠的接觸時間。在一定條件下，對除氧程度要求愈高（即深度除氧），除氧的時問也愈長。為此，可采用多級淋水盤，增加填料層高度以及其他方法，適當延長除氯過程，這也是提高除氧效率的主要方法之一。

（4）能順利地排出解析出來的氣體。在除氧頭內要保持蒸汽流通條件，使水中解析出的氣體排出除氧器。為此，除了在除氧頭內保持一定的熱負荷強度外，還應有足夠的余汽量。通常余汽量為每噸水1～3kg。

1.1.2 化學除氧

     在高壓以上機組的鍋爐給水除氧，為了達到給水中zui少氧量的要求，在熱力除氧以后一般在進行化學除氧，以作為熱力除氧的一個補充，消除它的殘余養分而達到接近于零，化學除氧也是為了防止除過氧的水再重新吸入氧氣。

    化學除氧是在水中摻入一定量的化學藥劑，使溶解在水中的氧氣與藥劑化合成為化合物而使氧氣析出消除。過去常使用的一種化學劑是亞硫酸鈉，用化學除氧法可以使給水中含氧量達到化驗分析時不能發現的極小數量。亞硫酸鈉與氧發生反應并變成硫酸鈉，其反應式為                                                  2NaSO+O NaSO

用亞硫酸鈉除氧的速度是隨著水的溫度增高而迅速增加的。例如當水的溫度為80℃時除氧的速度約為1min。

這種除氧的一個缺點是由于水中增加了硫酸鹽而增加了給水中的全固形物含量，這使得鍋爐的排污量增加了，為了減少亞硫酸鈉的耗量和減少給水的全固形物含量，并加快除氧的反應速度，化學除氧應該在給水加熱以后再進行，以補充熱力除氧的不足。這種除氧法的另一個缺點，在鍋爐運行壓力為5.88MPa和274℃以上時，所有的硫化物會被分解產生硫化氫，在汽輪機中蒸汽中的硫化氫會產生腐蝕。

目前采用的一種化學除氧法是聯氨除氧法，與亞硫酸鈉除氧法相比較，聯氨法具有顯著的優點，這種除氧法可以不必保持過剩的反應劑量就能使氧氣得到*化合，此外，使用聯氨不會提高水中的含鹽量，因為它和氧的反應產物是水和自由氮氣，氮氣是惰性氣體，不會發生腐蝕，其反應式為

NH+O2HO+N

NHOH+O3HO+N

聯氨除氧法有一個缺點，聯氨是一種不穩定的化合物，在較高的溫度下它能分解成氨及氮，反應式為

3NH4NH+ N

這種分解出來的氨氣混合在蒸汽中對系統中的銅會起腐蝕作用。聯氨除氧法也是僅僅作為熱力除氧的補充。現代電廠的化學除氧的藥劑一般注入除氧器之后的設備中，而在給水泵之前。

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