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鍋爐除氧- 化學除氧器
作者:管理員 日期:2013-04-23 12:54:29 點擊:
鍋爐給水化學催化除氧技術介紹
 
 
提要 利用研製出的高效催化樹脂進行鍋爐補給水除氧,克服了傳統的單純投加亞硫酸鈉除氧存在的 各種弊端。試驗結果表明,該技術具有催化樹脂性能穩定、除氧效果好、藥劑投加量低、催化反應時間短 等優點。
 
亞硫酸鈉(Na2SO3)是一種較強的還原劑,與水中溶解氧反應生成硫酸鈉(Na2SO4),從而使其消失。 在中小型鍋爐中常作為除氧輔助藥劑來使用,但在常溫條件下,單純投加 Na2SO3,存在下列問題[1~2]:①盡管其投加量很高(約為理論值的 2~3 倍),但無論是軟化水還是自來水,其出水溶解氧含量都達不到《工 業鍋爐水質》(GB 1576-2001)標準(≤0.1mg/L 或 0.05mg/L)。②Na2SO3 與水中溶解氧的反應速度慢,反應時間至少需要 3min,才可使氧的去除率達到最高。
 
本文介紹了針對單純投加 Na2SO3 除氧存在的上述問題,研製出了具有較高性能的催化樹脂,在常溫條 件下,經實驗室靜態、動態及現場中試試驗,探索了該處理技術的可行性,並對催化樹脂的穩定性進行了
 
測試,確定出了除氧設備的最佳設計參數。試驗結果及實際應用表明,該技術可明顯降低藥劑投加量、大大加快除氧反應速度、使催化反應時間大為縮短,且除氧徹底,催化樹脂性能穩定。
 
 
1.化學催化除氧的實驗室試驗
1.1催化樹脂的製備 催化樹脂是以強酸性陽離子交換樹脂為載體,在特定條件下,通過一定方法將催化劑固定到載體上麵。該催化劑能在一定空間內自由活動,在溶解氧與化學還原劑(Na2SO3)所進行的化學反應中起催化作用。 
1.2 靜態試驗
在係列三角瓶中,各加入 10mL 催化樹脂和 500mL 軟化水(溶解氧含量等於 6.56mg/L),然後加入無水 Na2SO3,蓋上瓶塞,不問斷地振搖反應若幹時問,靜置片刻,即進行溶解氧測定。
Na2SO3 投加量、反應時間及溶解氧測定結果見表 1。由表 1 可見,除 Na2SO3 投量為 27mg 時出現有氧以外,其餘各組水中均未檢出溶解氧。而最經濟的方案是 Na2SO3 投量為 30mg(相當於 60mg/L),即去除 1mg/L溶解氧,所需 Na2SO3 投加量約為 10mg/L。考慮到藥劑的純度,僅比理論投加量多 10%,投加量比單純投加Na2SO3 時大幅度降低;反應時間僅為 0.5min,這是由於催化樹脂中催化劑的作用,雖然在整個化學反應過程中其自身的組成、化學性質不發生變化,但它可以改變反應的曆程,降低反應的活化能,由此增大了活化分子數,使分子間有效碰撞增加,從而提高了化學反應速度,使反應時間大幅度縮短。
 
表 1 Na2SO3 投加量、反應時間及溶解氧測定
Na2SO3 投加量/mg 45 40 35 30 27
反應時間/min 2 1 0.5 2 1 0.5 2 1 0.5 2 1 0.5 2 1 0.5
溶解氧/mg/L 0 0 0 0 >0
 
 
為了檢驗催化樹脂的穩定性能,用同一份催化樹脂(10mL)反複進行了 204 次試驗。此時,累計處理
 
水體積相當於樹脂體積的 10200 倍,各組試驗水中均未檢出溶解氧,說明催化樹脂仍具有良好的催化穩定
 
性能。
 
1.3 動態試驗
 
在小型有機玻璃柱中,裝填的催化填料高 1m。軟化水中溶解氧含量在 6.7~7.0mg/L 的範圍內。水中
 
Na2SO3 投加量為 70mg/L。總通水量相當於填料體積的 4250 倍,而此時填料仍具有催化性能。
 
2.化學催化除氧的生產性中間試驗
2.1工藝流程與試驗設備 根據實驗室靜態及動態試驗結果,初步確定了設計參數,設計出中試試驗裝置,並在我院鍋爐房水處 
理車間實際進行了應用。中試試驗工藝流程見圖
1.主要設備及參數見表 2.此外,還裝有水射器、流量計及相應的閥門等。

  利用研製出的高效催化樹脂進行鍋爐補給水除氧,克服了傳統的單純投加亞硫酸鈉除氧存在的 各種弊端。試驗結果表明,該技術具有催化樹脂性能穩定、除氧效果好、藥劑投加量低、催化反應時間短 等優點。

 
 \
 
 
圖 1  化學催化除氧中試試驗工藝流程
 
 表 2  中試主要設備參數
 
名 稱 尺 寸/mm 參 數
催化反應器 Φ×H=300×1600 填料高 1.2m
配藥箱 L×B×H=350×350×850 有效容積 78L
管道混合器 D×H=300×480  
 
 
其工作的基本原理為:向含有溶解氧的軟化水中加入具有較強還原性能的化學還原劑(Na2SO3),通過管道混合器快速混合,流經裝有催化填料的反應器,在接觸催化作用下,使得溶解氧與化學還原劑快速反應,達到在進入鍋爐之前即去除水中溶解氧的目的。
 
2.2 中試過程及結果
 
中間試驗曆時近 1 個月,共運行了 11 個周期,出水量為 2.4m3/h,在試驗期間,軟化水硬度 c(1/2Ca2+)

≤0.03mmol/L,軟化水溶解氧含量變化在 7~8 mg/L 的範圍內,水溫為 8~10℃。主要運行參數運行流速為34m/h;根據靜態試驗結果,為安全起見,取催化反應器空塔停留時間為 2min(實際反應時間約為 1min),則催化填料高 1.2m;進水壓力為 0.18~0.2 MPa。試驗數據見表 3。
 
運行數據表明,在 Na2SO3 耗量為 70~80mg/L 的條件下,出水溶解氧含量均未檢出。整個裝置在運行期間,極少反衝洗,催化樹脂也不需要再生,運行穩定可靠。
 
  表 3 化學催化除氧裝置中試試驗運行結果    
                 
              Na2SO3  
運行周 運行時 出水量 周期產水 進水壓 出 水   檢測水樣數
              單位耗量  
期序號 間/h   /m3/h 量/m3 力/MPa 溶解氧/mg/L   /個
              /mg/L  
                 
1 5.50   2.4 13.2 0.18 0 68.0 5
2 7.43   2.4 17.8 0.18~0.19 0 70.2 5
3 7.50   2.4 18.0 0.19 0 78.7 7
4 7.75   2.4 18.6 0.19 0 69.4 7
5 7.50   2.4 18.0 0.19~0.2 0 76.6 8
6 7.53   2.4 18.7 0.19 0 75.4 7
7 7.25   2.4 17.4 0.19 0 76.6 7
8 7.33   2.4 17.65 0.19 0 77.5 7
9 7.40   2.4 17.8 0.19~0.2 0 81.4 7
10 6.72   2.4 16.1 0.19 0 75.3 6
11 7.60   2.4 18.2 0.19 0 80.5 7
                 
 
 
 
 
3.成本分析
 
以產水量為 10m3/h 的裝置為例,采暖期為 4 個月(120 天);原水溶解氧以 8mg/L 計算,則亞硫酸鈉
 
投加量為 80mg/L。催化樹脂裝量為 0.32t。
 
(1)所需亞硫酸鈉費用:10m3/h×80g/m3×24h/d×120d×10-3×2.3 元/kg=5 299.2 元。
 
(2)為安全起見,催化劑用量按一個采暖期再生催化樹脂 1 次計算,催化劑費用:0.32m3×8kg/m3×400
 
元/kg=1024 元。
 
(3)除氧裝置按每月反衝洗 2 次計算,每次耗軟化水量為 0.55m3,反衝軟化水費用:0.55m3/次×2 次/
 
月×4 月×1 元/m3=4.4 元。
 
(4)水泵噸水耗電量為 0.15kW·h,進水泵電費:0.15kW·h/m3×10 m3/h×24h/d×120d×0.5 元
 
/(kW·h)=2160 元。
 
合計:5299.2+1024+4.4+2160=8487.6 元。
 
整個采暖期總產水量為 10×24×120=28800m3。則噸水成本為:8487.6/28800 =0.29 元。
 
若進水壓力滿足要求(≥0.2MPa),且不考慮樹脂的再生催化,則噸水成本僅為:(5299.24+4.4)
 
/28800=0.18 元,與其它除氧方法相比,其處理成本處於較低水平。
 
除氧裝置自用水率為:0.55×2×4/28800=0.15‰。,極少。
 
4 結語
 
通過化學催化除氧實驗室靜態試驗、動態試驗以及中試試驗,可以認為該除氧工藝是可行的。試驗中
 
所取得的基本數據與有關參數可應用於生產性裝置的設計計算和作為運行操作的依據。
 
該化學催化除氧技術具有如下特點:
 
(1)由於采用催化除氧,大大加快了反應速度,軟化水可在常溫或低溫下進行除氧,出水溶解氧含量
 
≤0.05mg/L,除氧效果穩定可靠。
 
(2)每去除 1mg/L 溶解氧,該技術所需 Na2SO3 投加量為 10mg/L,僅略大於化學反應所需的理論值,因
 
而製水成本較低。
 
(3)催化反應器無需再生,也極少反衝洗,故水利用率高,同時使裝置的操作管理大為簡化。
 
(4)催化樹脂性能穩定,可長期運行。
 
(5)該催化除氧技術可看作是爐外與爐內除氧處理的結合。鍋爐外,經過化學催化反應,軟化水中溶 解氧即已去除,而反應過程中剩餘的少量 Na2SO3 仍可在管道係統中繼續進行化學除氧反應。
 
(6)催化反應器運行流速為 25~35m/h ,催化樹脂層高 1.2m。

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