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氧腐蚀的影响因素:
氧腐蚀同溶解氧的浓度、水温、水流速和水的PH 值有关,而与金属的成分、热处理的方式、加工的工艺等关系不大。
溶氧的浓度影响:
在锅炉给水系统中,给水含盐量超过一定范围(电导率>0.15uS/cm),水中溶氧能引起钢铁材料发生电化学腐蚀。
氧是很好的去极化剂。在阴极,增加氧的浓度,使从阳极传送来的电子能迅速被接收,生成氢氧根,O2+2H2O+4e->40H~(2-1)在阳极,氧将二价铁离子氧化成三价铁离子,降低了靠近阳极溶液中金属离子浓度,Fe+2H2O->Fe(OH)2+H2(2-2)4Fe(OH),+O2 +2H20->4Fe(OH),(2-3)溶液中的溶解氧会加快金属材料的腐蚀速度,但是溶液中氧的浓度越高,金属材料受溶解氧腐蚀,在其表面上容易产生严密的保护膜,使腐蚀减弱。形成保护膜后,尽管能减少金属材料表面上腐蚀点的数目,但却增加了已开始腐蚀点的腐蚀速度。
水温的影响
当氧的浓度一定时,在密闭系统中,水温升高,金属腐蚀速度加快。在开口系统中,由于溶解氧的影响,在80C以下,温度升高对氧扩散速度加快起主要作用,腐蚀速度加快;在80C以上,氧的溶解速度迅速下降,氧腐蚀速度也随之下降。
水流速的影响
通常水流速度增大,氧的扩散速度也随之增大,金属受氧腐蚀的速度加快。当水中的溶解氧量充足,水的流速增大到一定程度时,金属表面发生钝化使氧腐蚀速度下降。如果水流速度进一步增大,水的机械冲刷破坏了金属表面的保护层,促使腐蚀加速。
PH值的影响
当水的PH值<4时,金属表面不易形成保护膜,而且H+浓度高易起去极化作用,加速金属腐蚀;当水的PH 值增大至4~10 时,溶解氧浓度在这个范围没有变化,腐蚀速度不随溶液PH值的变化而变化; 当水的PH 值增大至10~13 时,金属表面生成较完整的保护膜,氧腐蚀速度逐渐减小;当水的PH 值>13时,腐蚀产物变为可溶性的HFeO2,腐蚀速度再次上升[32]。
水中氧的溶解特性和除氧途径
水中氧的溶解特性和除氧途径
根据亨利定律,任何气体在水中的溶解度和气体的种类、水面上该气体的分压力以及水的温度有关,则该气体在水中的溶解度为:b=K卫 (2-4)PO式中: b一气体的溶解度;K一气体的溶解常数。当水的温度升高时,溶解系数随之减小。但当水温达到一定程度之后(如氧气在80~85C左右),则K几乎不变;p一水面上该气体在水蒸汽和其他气体的混合物中的分压力;P。一水面上的水蒸汽和其他气体的混合物的总压力。
表2-1所示在不同的压力和温度下水的饱和含氧量。当压力一定时,水中含氧量随温度升高而降低; 当温度一定时,水中的含氧量随着压力减小而降低。
同时,氧是很活泼的气体,它能跟很多非金属直接化合,而且能跟绝大多数金属直接化合。当其与非金属或金属化合以后,往往形成稳定的氧化物,或生成沉淀,而这些氧化物中的氧就不再与金属化合。
根据亨利定律、氧在水中的溶解特性以及氧的化学性质,可以从以下几个方面着手来除去水中的溶解氧: 第一,加热水。随着温度升高,氧的溶解度降低,水中氧逸出;第二,降低水面上氧的分压力。当水面上空间没有氧分子存在,水中氧气不断逸出;第三,使水中的溶解氧在进入锅炉前就转变为稳定化合物而消耗干净。
热力除氧方式概述
热力除氧原理
在热力除氧器中,除氧头内压力p。为:Po = Pr + Pa + Pco2其中: P、PO、PCO2分别为水蒸汽、氧气、二氧化碳的分压力。
根据亨利定律,任何气体在水中的溶解度与其在汽水界面上的分压力成正比。在敞口设备中将水加热,汽水界面上水蒸气的分压就会增加,其它气体的分压就会降低,各种溶解的气体就会不断析出,这种气水分离过程为解析过程。将水加热到饱和温度时,汽水界面上水蒸气的分压就会接近液面上的全压力,此时,液面上其它气体的分压力接近于零,水中溶解的气体将全部分离出来,从而达到去除水中溶氧的目的。
热力除氧条件
在热力除氧器中,需要除氧的水一般从除氧头上部进入,经过除氧后流入水箱。同时,加热蒸汽由除氧头底部送入,余汽则从除氧头的顶部排出。为了使除氧水的溶氧量降到尽可能低的程度,达到良好的除氧效果,需要满足以下条件:
首先,将水加热到相应压力下的饱和温度。无论何种压力下进行水的除氧,都必须保证将水加热到相应压力下的饱和温度。即使只有轻微的过冷,也会引起除氧效果恶化,使水中的残余溶氧量增高。过冷度愈大,水中残余溶氧量愈高。为了顺利地除去水中的溶氧,就必须有充足的加热蒸汽,使除氧器内水的温度达到工作压力下的饱和温度。因此,除氧器应有灵敏可靠的自动调节装置,对进入除氧器的加热蒸汽和补充水应根据负荷变动的情况随时进行调整,以保证除氧器运行的稳定。
其次,使气体的解析过程充分。除氧器的除氧效果决定于传热和传质两个过程。传热过程是把水加热到相应压力下的饱和温度,传质过程就是使溶解气体从水中解析出来。如果传热过程不理想,那么传质过程也就不能实现。水在除氧过程中,大约有90%的溶解气体是以小气泡形式放出的,其余的10%是靠扩散作用放出的。要除氧的水只有被分散成细小的水滴时,才能获得较大的比表面积,进而加速传热和传质过程的进行。但是,水滴越细,其表面张力越大,妨碍了溶氧扩散过程的进行。如果能使水成为水膜状,以降低表面张力,将有利于少量残余溶氧的扩散。因此,在除氧器结构上,必须为传热和传质过程的顺利进行创造条件,从而实现良好的除氧效果。
第三,保证水和蒸汽有足够的接触时间。水被加热除氧时,溶氧解析速度为:dC_=K.F(G-G)(2-5)dt式中: 一水中溶氧的降低速度,g/h; K。一溶解氧的传质常数,m/h; F一汽、dt水接触表面积,mf; G一在某一瞬时水中溶氧浓度,g/m; C,一达到平衡时水中溶氧浓度,g/m。在除氧头内,C2很小,可以忽略不计,而传质常数K,和汽、水接触表面积F在一定条件下都是常数,因此,由式(2-5) 可知,若要求C=0,则所需要的除氧时间将是无限长的。可见,如果要深度除氧,那么所需要的时间也就愈长。但是,实际中不可能无限延长时间,所以,采用多级淋水盘或是增加填料层高度等阻滞水流下降,从而适当地延长水的除氧时间,这样,就提高了除氧的效率。
最后,能顺利地排出解析出来的溶解气体。根据溶解气体解析过程的原理可知,为了使除氧水的溶氧量降到最低值,就必须尽量降低除氧头内加热蒸汽中的氧分压。在除氧头内保持良好的蒸汽流通条件,使水中解析出来的溶解气体随着余汽顺利地排出除氧器,才能有效的达到除氧的目的。
热力除氧分类
混合式除氧器是将被除氧的水与加热用的蒸汽直接接触,进行除氧。水被加热到一定压力下的饱和温度,使溶解于水中的气体解析出来,并随着加热蒸汽的余汽一起排出。
过热式除氧器是先将被除氧的水加热至超过除氧器工作压力下的饱和温度,然后再引入除氧器内进行除氧。此时,过热水由于减压而一部分汽化,其余水则处于沸腾状态; 从水中解析出来的氧则被汽化的蒸汽带走。
热力除氧器按压力不同则可分为: 压力式、大气式和真空式。
真空式除氧器的工作压力低于大气压力,通常小于0.06MPa。真空除氧能利用低品位余热除氧,在工业锅炉和电站锅炉系统中都有应用12]。大气式除氧器工作压力稍高于大气压力,为0.12MPa,一般用于中温中压的电厂和工业锅炉。高压式除氧器工作压力更高,为0.35~0.60MPa,一般用于高温高压的电厂。
热力除氧器按结构形式则具体可分为淋水盘式、填料式、喷雾式等。
淋水盘式除氧器是使要除氧的水通过多层淋水盘,形成大量细水流,在水流被蒸汽加热的同时除去溶于水中的氧。
填料式除氧器是使要除氧的水经水流分配装置后进入填料层,水流在填料层内被分散成水膜状态,因而被蒸汽加热而除去溶于水中的氧。
喷雾式除氧器是使要除氧的水通过喷雾雾化成很细小的水滴后被迅速加热而除去溶氧。
热力除氧特点
热力除氧不仅能除氧气,而且能除去二氧化碳和氮气。当铵钠离子交换,给水加热后产生的氨气也可以除去: 热力除氧较其它除氧方法的效果稳定可靠;除氧过程中不增加含盐量,也不增加其它气体的溶解量; 而且除氧过程控制容易。
但是热力除氧过程耗汽量较多;除氧后水温提高,增加了给水进入省煤器的温度,影响了烟气废热的利用; 负荷变动时不易调整,仍是热力除氧的不足。
除了热力除氧自身的不足,在整个热力系统中,热力除氧器会带来其他问题:@经热力除氧以后的软水水温较高,容易达到锅炉给水泵的汽化温度,致使给水在输送过程中容易被汽化,而且当热负荷变动频繁、除氧水温<104C时,除氧效果不好。
热力除氧要求设备高位布置,增加了基建投资,设计、安装、操作都不方便。除氧器高位布置,在使用过程中会产生很大的噪音和震动。
热力除氧使得锅炉房自耗汽量增大,减少了有效外供汽。
对于小型快装锅炉和要求低温除氧的场合,热力除氧有一定的局限性,对于纯热水锅炉房也不能采用。
大气式热力除氧器
大气式热力除氧器是工作压力为0.12MPa 的热力除氧器。除氧器一般由除氧头和水箱两部分组成。各种类型除氧器的区别主要在于除氧头内部结构不同。
淋水盘式除氧器是在除氧头内设有多层平行的淋水盘; 淋水盘的数目一般为5~8层,每层淋水盘上都钻有许多孔径为5~8mm的小孔。淋水盘又分大盘和小盘,两种盘交错布置;小盘设有中央通汽孔,而且盘中间部分通常设有钻孔,小孔集中在离中心约100~300mm 处到水盘的边缘。每层淋水盘的边缘都有高度为100~150mm 的围缘;大盘有中央通汽孔,孔的边缘也有高度为100~150mm 的围缘,并且从通汽孔到水盘边缘都钻有小孔。
要除氧的水由除氧头的上部引入,水通过淋水盘上的小孔时,就会被分散成密布的细水流,并被下层的淋水盘盛接,然后又从这层淋水盘的小孔下落,就这样一次通过数层淋水盘,最后落到除氧头下部的水箱。
加热蒸汽由除氧头的下部进入配汽室,从最下层的淋水盘的中央通汽孔上升,穿过下落的细水流,然后从小盘围缘和除氧头外壳间的环形通道穿过而继续上升。在气流上升的同时,通过热量的传递把水加热到相应压力下的饱和温度,这时水中的溶解气体不断解析出来,并被气流携带上升,最后和过剩的加热蒸汽一起自顶部的排气管排至除氧器外。
喷雾式除氧器是在除氧头上部安装有进水喷雾装置,并在喷雾装置下面留出雾化区,用来保证进入能充分雾化。除氧头下部为填料层或淋水盘。
要除氧的水进入除氧头后,通过喷嘴雾化成细小的水滴,并被从填料层或淋水盘上升的蒸汽加热,同时获得初步除氧。经过初步除氧的水经过填料或者淋水盘形成水膜,并被下面的蒸汽再一次加热深度除氧,最后流入水箱。