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工业锅炉给水除氧途径分析与技术应用

锅炉给水处理工艺过程中，除氧是一个非常关键的一个环节。氧是给水系统和锅炉的主要腐蚀性物质，给水中的氧应当迅速得到清除，否则它会腐蚀锅炉的给水系统和部件，腐蚀产物氧化铁会进入锅内，沉积或附着在锅炉管壁和受热面上，形成难容而传热不良的铁垢，而且腐蚀会造成管道内壁出现点坑，阻力系数增大。管道腐蚀严重时，甚至会发生管道爆事故。

国家规定蒸发量大于等于2吨每小时的蒸汽锅炉和水温大于等于95℃的热水锅炉都必需除氧。多年来众多锅炉给水处理工作者一直都在探求既有效又经济的除氧方法。本文介绍锅炉给水几种主要除氧的主要方法，并结合近几年在这些方法基础上作的调整和改进，对这几种方法作分析和总结，供锅炉给水处理工作者参考。 　　

1 除氧途径的分析 　　

1.1 物理方法 　　根据亨利定律可知，任何气体同时存在于水面上，则气体的溶解度与其自己的分压力成正比，而且气体的溶解度仅与其本身的分压力有关。在一定压力下，随着水温升高，水蒸汽的分压力增大，而空气和氧气的分压力越来越小。在 100℃时，氧气的分压力降低到零，水中的溶解氧也降低到零。当水面上压力小于大气压力时，氧气的溶解度在较低水温时也可达到零。这样，随着水温的升高，减小其中氧的溶解度，就可使水中氧气逸出。另外，水面上空间氧气分子被排出，或转变成其它气体，从而氧的分压力为零，水中氧气就不断地逸出。采用物理方法除氧，是利用物理的方法将水中的氧气析出，常用的有热力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。 　　

1.2 化学方法 　　采用化学方法除氧 ，主要是利用化学反应来除去水中含有的氧气， 使水中的溶解氧在进入锅炉前就转变成稳定的金属或其它药剂的化合物，从而将其消除，常用的有药剂除氧法和钢屑除氧法等。

1.3 电化学方法 　　锅炉给水除氧 ，除可以采用化学方法和物理方法之外，还可以采用电化学方法。电化学除氧，是应用电化学保护的原理，使一种易氧化的金属发生电化学腐蚀，让水中的氧被消耗掉而去除。此法与上述除氧方法比较，设备简单，操作使用方便，运行费用低，可广泛应用于低压锅炉及热水锅炉的给水除氧。但是电化学除氧法目前虽然尚无成熟的经验，但根据试制使用的情况看，其经济实用性比较明显。

锅炉按燃烧方式可分为层式燃烧锅炉、悬浮燃烧锅炉、旋风燃烧锅炉和循环流化床锅炉。

其中悬浮燃烧锅炉常见的火焰型式有切向、墙式及对冲、U型、W型等数种。

切向燃烧切向燃烧是煤粉气流从布置在炉膛四角（六角，八角）的直流式燃烧器引入炉膛进行燃烧的方式。

一般一、二次风口常为间隔布置，各风口的几何中心线都分别与中央的一个或几个假想圆相切。

切向燃烧的特点是靠各角来的风粉混合物协同动作，在炉内形成一个强旋流火球燃烧。

煤粉的着火和切向燃烧方式要求炉膛截面接近正方形，这时会和尾部竖井中的烟气速度的选择发生矛盾。

煤粉着火和燃烧稳定性是靠点火三角区和上游邻角过来的高温火焰的对流传热支持。

火焰的形状不仅与燃烧器布置、参数有关，还与炉膛形状及假想切圆直径有关。

假想切圆直径大，有利于着火稳定性，但容易使煤粉气流刷墙造成炉壁结渣；切圆直径小，有助于减轻结渣，但邻角点燃作用延迟。

切向燃烧炉内旋转的火炬有利于煤粉的燃尽；但是炉膛出口的残余旋流易引起烟温偏差、流量偏差，对过热器、再热器管工作不利。对冲燃烧方式将一定数量的旋流燃烧器布置在两面相对的炉墙上，形成对冲火焰的燃烧方式。

旋流式燃烧器主要靠自身形成的回流卷吸燃烧室内高温烟气来加热点燃煤粉，因此形成基本独立的火炬。

对冲布置的火炬在燃烧室中心相遇对冲，然后转弯向上。

与燃烧器前墙布置相比，前后墙对冲布置时，炉内火焰充满情况较好，火焰在炉膛中部对冲，有利于增强扰动。

旋流式燃烧器前后墙对冲布置和直流式燃烧器切向布置相比，其主要优点是上部炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布比较均匀，使过热蒸汽温度偏差较小，并可降低整个过热器和再热器的金属高点温度。

另外，墙式对冲燃烧方式以烟气挡板改变流经低温过热器及低温再热器的烟气量，从而调节再热汽温度。这种调节方式较四角燃烧炉多以摆动燃烧器在垂直方向角度的方式要有效，运行中再热器可不投减温水，使循环热效率不会因喷入减温水而降低。

近几年投运的墙式燃烧大型锅炉燃用神府东胜等煤时出现了结渣问题，其中炉膛容积大的锅炉防渣性能较差，说明并非仅强调较低的容积及截面热负荷即可有效缓解炉内结渣。

旋流燃烧器的类型、结构，燃烧器的布置可能起着相当重要作用。

因此，对对冲燃烧方式，旋流燃烧器的选型是重要的，同时还要控制单支燃烧器的功率，以及燃烧器区壁面热负荷。W型火焰燃烧方式将直流或弱旋流式燃烧器布置在燃烧室前后墙炉拱上，使火焰开始向下，再折回向上，在炉内形成W状火焰的燃烧方式。

W型火焰燃烧方式由于炉膛温度水平高，NOx生成量高。为了提高着火稳定性，减少NOx生成量，新设计的锅炉常将部分二次风分别由前后墙引入，并用垂直下行一、二次风动量与近似水平对冲的部分二次风和（或）三次风的动量比来调节W火焰的形状。

根据燃用煤质的不同，W形火焰燃烧室四周敷设适量的卫燃带，用以提高火焰温度和燃尽度。

W型火焰燃烧方式相对于前几种燃烧方式而言，下炉膛的截面积偏大，且四周敷设卫燃带，可使煤粉火焰具有较高温度，而又不易冲墙，减少结渣的危险；但是，由于炉膛截面积大，形状复杂，锅炉本体造价大致要增加15％-25％。

另外，形成和控制W型火焰使充满整个炉膛，要求成熟的设计经验和较高的运行水平。

W型火焰燃烧方式对难燃的贫煤及无烟煤在燃烧稳定性上优于四角和墙式燃烧方式。

燃料锅炉按使用燃料可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉及燃用其他燃料（如油页岩、垃圾、沼气等）锅炉。

排渣方式锅炉按照排渣方式可分为固态排渣和液态排渣两种。固态排渣是指炉膛下部排出的灰渣呈灼热的固态，落入排渣装置经冷却水粒化后排出。液态排渣指炉膛内的灰渣以熔融状态从炉膛底部排出。

上世纪50年代、60年代为强化燃烧和解决燃用低挥发分低灰熔点燃煤的困难，液态排渣炉发展较快。

但因燃烧温度高、排出NOX较多对环境保护不利、对煤种变化敏感、运行可靠性易受影响等因素限制，现在发展基本停滞，大部分锅炉采用固态排渣方式。通风方式锅炉按通风方式可分为平衡通风锅炉、微正压锅炉（2～4kPa）和增压锅炉。

所谓平衡通风锅炉指的是进入锅炉的供风由风机提供，燃烧后的烟气经风机抽吸出去，炉膛燃烧室呈负压状态（-50～-200Pa），现在大型电站锅炉基本都采用平衡通风方式。微正压锅炉炉壳密封要求高，多用于燃油、燃气锅炉。增压锅炉炉内烟气压力高达1～1.5MPa，多用于燃气－蒸汽联合循环锅炉。