關鍵詞：工業(yè)鍋爐  節(jié)能減排   除氧器 除溶氧   鍋爐水處理    氧化還原樹脂除氧器      樹脂除氧器

  工業(yè)上使用天然水，自來水，軟化水, 脫鹽水作鍋爐給水，設備冷卻水，油田注水, 溶解氧腐蝕問題比較突出. 由于腐蝕是一個緩慢的過程, 因而, 有些企業(yè)對除氧不重視. 另一方面, 由于缺少很好的除氧技術, 我國50%的工業(yè)用水未配置除氧器, 致使工業(yè)設備，鍋爐，采油設備平均壽命縮短1/3, 給企業(yè)和國家造成巨大的經(jīng)濟損失.

國內(nèi)使用的傳統(tǒng)除氧技術有熱力除氧, 解吸除氧, 海綿鐵除氧（過濾除氧）, 真空除氧,加藥除氧等. 這些除氧技術都有一定局限性, 有的耗能高, 有的除氧后水中帶進對工業(yè)設備，鍋爐，采油設備有害的雜質(zhì),如海綿鐵除氧生成鐵膠體,沖洗鐵膠體水耗大,鐵膠體生成鐵垢影響傳熱, 解吸除氧把溶氧轉化成溶解二氧化碳造成對鍋爐的二次腐蝕，加藥除氧污染水質(zhì)，增加水中含鹽量，增加鍋爐排污量，加快設備腐蝕等, 使得傳統(tǒng)的除溶解氧方法很難在工業(yè)上普遍推廣.

除氧技術基于化學原理和物理化學原理, 上, 發(fā)達國家工業(yè)用水除氧,除了一些特殊場合保留熱力除氧 和真空除氧（如海水除氧）外, 化學除氧技術采用氧化還原樹脂除氧, 物理化學除氧技術采用膜分離除氧.[1]。

化學除氧是把游離氧分子轉變成金屬氧化物或非金屬氧化物. 氧與金屬元素反應 生成金屬氧化物, 如水中溶解氧與海綿鐵反應, 生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵. 溶解氧與非金屬元素反應生成非金屬氧化物, 如與碳元素反應生二氧化碳, 與低價硫化物反應生成高價硫化物（如溶解氧與亞硫酸鈉反應生成硫酸鈉）, 溶氧與元素氫反應生成水. 這些化學元素中的是氫, 氧化產(chǎn)物是水, 為此，世界各國研究氧化還原樹脂除氧[2]. 各種氧化還原樹脂不同之處在于氫的來源. 一種是在水中加入氫, 使水中溶解氧與水中溶解氫在氧化還原樹脂表面反應生成水, 這種氧化還原樹脂有國產(chǎn)的宇神09型氧化還原樹脂, 美國Rhom and Haas公司產(chǎn)品ER-206, 德國Bayer公司產(chǎn)品Lewatic-oc1045, 這類樹脂含有鈀原子, 氧化還原反應在鈀原子表面進行. 另一類樹脂是氧化還原樹脂功能團釋放原子氫與水中溶解氧反應生成水, 這種氧化還原樹脂有國產(chǎn)宇神06型和宇神06A型氧化還原樹脂, 第三類氧化還原樹脂是美國雅魯大學H.G.Cassidy[3]教授合成的, 與溶解氧反應的氫原子由有機官能團提供. 例如由對苯二酚的酚羥基提供. 氧化還原樹脂除氧技術的關鍵就是合成一種適合工業(yè)上應用的氧化還原樹脂,能提供大量的廉價活性氫.

物理化學除氧原理是根據(jù)亨理定律（henrys law）

 C_n=KP_n 在達到平衡條許下, 水中溶解氧含量C_n與水上方氧氣的摩爾分壓P_n成正比, 如果水上方氧氣的摩爾分壓P_n=0, 溶解氧就向水上方無氧氣體中擴散, 如果設法使水上方氣體中氧氣摩爾分壓始終保持為零, 擴散 達到平衡, 水中溶解氧含量就為零, 即成無氧水.

無氧氣體為蒸氣就是熱力除氧, 無氧氣體為氮氣和二氧化碳混合氣體就是解吸除氧, 如果把水上方空氣抽盡, 僅留下水蒸汽 就是真空除氧. 物理化學除氧技術關鍵就是創(chuàng)造快速達到平衡的技術. 下面從henrys 定律和Fick擴散定律分析熱力除氧, 解吸除氧, 真空除氧存在的問題.

 根據(jù)Fick*擴散定律dm/dt=-DAdc/dx

式中:dm/dx, 表示水中溶解氧擴散到無氧氣體中速度

    D, 表示氧的擴散系數(shù);

    A, 表示水與無氧氣體接觸的面積;

    dc/dx, 表示氧的濃度梯度;

    負號表示氧從高濃度向低濃度擴散;

由Fick*擴散定律可知, 要提高除氧速度dm/dt,必須增加接觸面積A, 要把水變成水小珠, 要充分霧化, 這就增加熱力除氧, 真空除氧, 解吸除氧動力消耗. 增加氧的濃度梯度dc/dx, 也可加快除氧速度, 這就必須迅速除去進入無氧氣體中的氧,使無氧氣體中氧濃度盡量低， 在熱力除氧器運行中需要保證含氧蒸汽有一定排放量（5%-10%）,才能確保除氧器輸出水中殘余氧濃度達標。蒸汽排放增加了熱量損失和水損失. 解吸除氧器運行分二步進行，*步解吸過程，把溶解氧充分解吸出來進入氣相，第二步氧化還原反應，解吸出來進入氣相（氮氣和二氧化碳混合氣體）中的氧需迅速被碳還原生成二氧化碳，為加快解吸過程，除氧泵要有足夠大的功率，為加快氧化還原反應速度，應增加碳與氧接觸面積和提高反應溫度。改進后的解吸除氧器用碳分子篩替代木炭，與碳比，碳分子篩由于具有很大的比表面, 能提高與氧反應的速度, 但碳分子篩價格高, 增加了脫氧成本，為進一步提高與氧反應的速度，碳與氧反器的溫度必須大于300℃（用木炭的反應器溫度必須高于600℃）. 這樣解吸除氧器電爐功率要足夠的大, 解吸和氧化二步導致解吸除氧電耗居高不下. 在真空除氧中首先要把水噴淋成小水珠霧化因此噴淋泵要有足夠大功率，其次，保持一定真空度, 真空泵需要有足夠大的排氣量, 迅速排出水中釋放出的氧, 負壓水變成正壓水又需加壓泵輸出脫氧水， 因而, 真空除氧器電耗2度/t以上, 電耗難以進一步降低.

通過以上分析, 利用物理化學原理的傳統(tǒng)除氧技術,能耗高，排放量大, 上發(fā)達國家己采用膜分離除氧技術. 如美國Celgard 膜除氧技術[3]是一種*.

高新除氧技術與傳統(tǒng)除氧技術每噸水除氧成本、能耗、水耗、物耗、廢水廢汽排放及節(jié)能減排特點等列于表1. 采用氧化還原樹脂除氧技術替代傳統(tǒng)除氧技術節(jié)能節(jié)排經(jīng)濟分析列于表2.

 

                                               表1, 各種除氧技術節(jié)能減排性能

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

從表1和表2節(jié)能減排分析,宇神牌06A型,06B型,06C型,08型，09A型,09B型和10型樹脂除氧器替代傳統(tǒng)熱力除氧器,真空除氧器,海綿鐵除氧器,解吸除氧器一個月到二年節(jié)能減排效益可回收技改投資. 尤其是替代熱力除氧器和海綿鐵除氧器4個月節(jié)能減排效益即可回收全部技改投資, 采用宇神10型除氧器替代傳統(tǒng)除氧器10個月內(nèi)可收回投資.

 

參考文獻

1， Fred Wiesler. Membrana,IWC-05-79 Boiler Feed Water Degasification using Membrance contactor-New Methods for optimized performance;

2， 霍銀坤, 水的樹脂除氧, 通用離子交換技術手冊第二十章 , 科學文獻出版社2000年;

3， Cassidy H Y. Oxydation-reduction Polymer Interscience Publishers1966;

4， 霍銀坤, 氧化還原樹脂除氧器 熱力發(fā)電1998（4）60-62;

5， 霍銀坤 第三屆中國膜科學與技術報告會論文集p407~409 ” 膜科學與技術” 編輯部 中國膜工業(yè)協(xié)會;

6， 中國特種設備安全 2005（4） 35~38;

7，王芳，鍋爐水處理，中國建筑出版社，1993.10；

8，姚繼賢，許興煒等，工業(yè)鍋爐水處理及水質(zhì)分析，勞動人事出版社1987.10；

9,HarveyJ.Humphrey,”The Microwave cooling problem” Raytheon Company,Walthom,Massachusetts.

The microwave journal”march 1966 103~108