工业锅炉排污、除氧与停炉保护

一、工业锅炉排污

在工业锅炉中，锅水绝大多数都是自然循环运行。目前很少使用纯水，进入锅炉的水都带有一定的杂质。经过长期运行，其锅水杂质浓度不断增加，需要定期进行排污，降低浓度。如果不进行处理，将对锅炉造成一定危害。所以说锅炉排污也是一种特殊形式的锅内水处理方式。

在蒸汽锅炉中，进入锅炉的水及锅内所加药剂，受热后不断蒸发浓缩，锅水中的杂质浓度将逐渐增加，尤其是钙、镁盐类杂质达到饱和和过饱和浓度时，会出现沉淀，形成水垢或水渣。如果是溶解的盐类，将使锅炉水表面张力减小，引起泡沫或汽水共腾。所以蒸汽锅炉通过排污，将一部分高浓度的锅水和沉淀到底部的水渣排出炉外，并同时补充新的给水，改善锅水品质。

在热水锅炉运行中，不像蒸汽锅炉进行浓缩蒸发，使锅水浓度增加很快，但如果不进行监督，将会造成锅水或循环水出现浓度提高或加入的药剂流失等现象。所以热水锅炉也要根据水质情况，不定期地进行排污，排出沉渣。

二、工业锅炉防腐

1. 均匀腐蚀和局部腐蚀

均匀腐蚀是在整个金属表面受到速度近于相等的腐蚀；局部腐蚀只在金属表面个别部位产生腐蚀，像溃疡状腐蚀、孔腐蚀、晶间腐蚀和穿晶腐蚀等。这种腐蚀不易查出，但危害极大。

2.化学腐蚀与电化学腐蚀

按照金属腐蚀的机理又可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属腐蚀发生化学反应，生成一种新的物质，如没有电流产生叫做化学腐蚀，如果伴随有电流产生称为电化学腐蚀。金属在电解质溶液中的腐蚀都是电化学腐蚀，锅炉的给水和锅水都属于电解质溶液，因此锅炉腐蚀多是电化学腐蚀。

锅炉给水、锅水中含有许多盐碱物质，其本身就是电解质溶液，金属和电解质之间就会形成无数微电池。铁是阳极放出电子，从而使铁不断被腐蚀。另外由于钢材在轧制或加工过程中，都可能引起表面变形而形成内应力，从而产生电位差，变形大或内应力大的地方就会成为阳极，并受到腐蚀。钢铁是由多种元素并夹带少量杂质组成的合金，由于金属组织结构的不同而引起电位差，产生电化学腐蚀。再有金属表面都有一层氧化薄膜。薄膜各部分厚薄不均、粗糙不同，都会产生电位差，造成表面越不光滑越容易腐蚀。

3.防止腐蚀的几种方法

锅炉在运行和停用时会发生氧腐蚀，因为水和空气中都有氧存在，热水锅炉由于循环水量大，溶解氧带入锅内的机会多，因此产生的腐蚀要比蒸汽锅炉严重得多。所以国家水质标准规定对蒸发量大于等于10t/h的蒸汽锅炉和大于7.0MW的承压热水锅炉应进行除氧，小于7.0MW的承压热水锅炉如果发现局部氧腐蚀也应除氧。目前使用的除氧方法很多，最简单的方法是使用药剂，将溶解氧与药品发生化学反应将氧除掉。但消耗药剂成本较高，只适用于补给水量较小的锅炉。比较可靠的方法是安装除氧设备，将溶解氧利用物理或化学方法除掉，常用的方法有热力除氧、钢屑除氧、解析除氧、真空除氧、海绵铁除氧等。

三、工业锅炉给水除氧

1. 化学除氧

水中溶解氧是加速电化学腐蚀的重要原因。氧气能吸收阴极的电子，形成氢氧根离子（OH-），从而使腐蚀加剧。

化学除氧，就是向锅水中投加一定量的化学药剂，使之与水中的溶解氧发生化学反应，达到除氧目的。如加入亚硫酸钠（Na2SO3）、联氨（N2H4）等。亚硫酸钠是一种较强的还原剂，使用时最好在密闭容器中投入，避免与空气接触，以防止氧化。由于亚硫酸钠价格便宜，货源充足，反应生成物无毒无害，所以在小型工业锅炉和热水锅炉中应用较多。另外可加入联氨，它比亚硫酸钠反应快，并且不会在水中增加含盐量。但联氨有毒并且在空气中遇火会爆燃，要求水温最好在150℃以上，因此在中小锅炉中很少采用，一般用于电站锅炉。亚硫酸钠的加入量可根据化学反应式计算，可配成2％～10％的溶液，用活塞泵或压差式加药罐投入给水或补给水中。运行时按水质标准测定进行监督。

2.钢屑除氧

钢屑除氧是使锅炉给水通过装有钢屑的过滤器，水中溶解氧与钢屑发生氧化，得以去除。一般水温越高，反应速度越快。钢屑表面应清洁无油渍、污垢，装填紧密而不影响水流通过，阻力太大将会造成压力损失。钢屑除氧设备简单，维修容易，运行费用低。但除氧效果与水温和水中杂质有很大关系。另外运行失效时，冲洗麻烦，更换钢屑时，劳动强度较大，尤其是钢屑锈成一团时难于取出，限制了推广应用。

3.解吸除氧

解吸除氧是利用氧气在水中的溶解度与水面上气体的分压力成正比，而气体中氧的分压力又与气体中氧的浓度成正比的原理。当含氧的水与无氧的气体强烈混合时，溶于水中的氧便会扩散到无氧的气体中，达到除氧的目的。这种方法叫做解吸除氧。

解吸除氧装置是将水喷成雾状或小颗粒，与经过加热的木炭相遇，将水中氧气带走。除氧后的水进入封闭水箱，再送入锅炉。过去木炭加热是利用锅炉本身，现在有的是用电加热独成一体。这种方法装置简单，运行费用低、水温低，但水中的溶解CO2不仅没排出还会增加，目前采用得不多。

4.热力除氧

从亨利定律可知，在一定压力下，将水加热到相应压力下的饱和温度，水中溶解的氧气就会从水中逸出。这就是热力除氧的原理。

热力除氧的装置一般由脱气塔（除氧头）和贮水罐两部分组成。脱气塔的作用，是将水分解成细水流或水滴，以增加水和蒸汽接触面积，缩短加热时间，使水迅速达到饱和温度，促使氧气及时析出。贮水罐的作用是贮存锅炉30～90min的用水量和未扩散的溶解氧继续析出，达到深度除氧的目的。除气塔较早使用淋水盘式，后来为了提高除氧效率，又出现了喷雾填料式和旋膜式除氧器，提高了除氧效果，且运行稳定，缺点是给水温度高，影响锅炉效率，安装位置高等，占用一定空间，在大中型工业锅炉普遍采用。

5.真空除氧

真空除氧与热力除氧的原理相似，也是利用降低水面上的气体分压力，使其达到饱和温度下沸腾进行除氧。

由于真空除氧需要有一定的真空度，一般抽真空用水力喷射器、蒸汽喷射器或真空泵实现。为了保证锅炉给水泵前有一定的正压头，必须将给水箱放到高位（一般10m以上），才能保证给水泵正常运行，否则容易漏入空气，增加溶解氧。真空除氧是在较低温度下运行的，并且自耗蒸汽量少，所以在低压锅炉和热水锅炉中应用较为广泛。

6.海绵铁除氧

海绵铁除氧器属于化学除氧，它采用活性海绵铁（直接还原铁）来去除水中的溶解氧。海绵铁主要成分是铁，具有疏松多孔的内部结构，比表面积是普通铁屑的5万～10万倍，促使水中的氧与铁迅速发生氧化反应，使溶解氧稳定在0.05mg/L以下。上述反应产物Fe（OH）2、Fe（OH）3为不易溶于水的絮状沉淀，可用一定强度的反洗水流冲洗干净（大约5min）。海绵铁的消耗量很少，一般3～6个月补充一次。除氧后水中增加了少量铁离子，一般为0.2～0.5mg/L，对于热水锅炉来说仍符合国家规定的水质标准，但对蒸汽锅炉或给水Fe2+有严格要求的给水除氧来说，可以加装除铁装置，除掉水中的Fe2+。为提高除氧效果，应先软化再除氧。使用一段时间后，可进行反洗。常温过滤除氧器是近年来出现的一种新型除氧装置。溶有氧气的水进入除氧器，穿过海绵铁滤料层便可使水中氧气与铁发生氧化反应，保证出水溶解氧含量在0.05mg/L以下，效果很好。

（1）主要特点

①可在常温下实现除氧，进水无需加热，除氧效果好；

②除氧效果稳定可靠，出水中溶解氧含量稳定≤0.05mg/L，符合工业锅炉水质标准；

③安装无特殊要求，可低位布置，工艺简单，克服了热力、真空除氧必须高位安装的不便；④流程合理，设备结构简单紧凑，易于操作维护。

（2）注意事项

①除氧器首次使用和添加海绵铁后，应先将海绵铁彻底反洗，排出清水，再经正洗到水质合格后，才能投入使用；

②设备使用一段时间后，当滤层低于800mm时，应及时补充滤料到规定高度；

③除氧器暂停使用时，应冲洗干净并充满水，以确保内部在密封隔氧状态下备用；

④进水温度应高于50℃工作温度；

⑤经除氧的水应与空气隔绝，除氧水箱应采取密闭隔氧措施；

⑥安装管路时应设旁通，以保证设备检修时正常供水；

⑦当除氧器进出口压差超过0.06MPa时，应进行反洗。

四、工业锅炉停炉保护与保养

腐蚀是锅炉安全经济运行的一大隐患，其危害性已被广泛认同，从而增强了人们的防腐意识，促进了锅炉运行时防腐措施的落实，并取得了一定成效。但应强调的是，腐蚀不单单发生在锅炉运行中，停用不保养所造成的锅炉腐蚀比其运行中的腐蚀更严重。因此，必须引起高度重视，并采取恰当的保养措施。

1. 锅炉停用腐蚀的危害

锅炉停用期间如不保养或保养方法不当，由于空气的大量进入和金属表面潮湿等原因，将造成锅炉及汽水系统的严重腐蚀，其后果与危害相当严重。

（1）腐蚀面广，腐蚀产物量大　停炉后由于空气的大量进入，凡是与空气能接触到的部位均产生吸氧腐蚀，其腐蚀面比锅炉运行时要大得多。此种腐蚀形态多以溃疡型和斑点型腐蚀为主，所产生的Fe2O3和Fe（OH）3铁锈量很大，从而使金属机械性能降低，强度受到影响。

（2）加剧锅炉运行腐蚀，造成腐蚀恶性循环　锅炉停用腐蚀所生成的高价铁Fe2O3和Fe（OH）3成为锅炉运行时氧的代用品，是腐蚀电池的阴极极化剂，即在阴极产生Fe（OH）3+e-→Fe（OH）2+OH-和Fe2O3+2e-+H2O→2FeO+2OH-反应，使高价铁还原成低价铁，阳极的铁被腐蚀，即Fe→Fe2++2e-。同时高价氧化铁在还原成磁性氧化铁时还要放出氧气，即6Fe2O3→4Fe3O4+O2↑，又增加了水中的含氧量，在锅炉运行时又会促进铁的腐蚀加重。当锅炉再次停用时，已还原的低价铁又重新被氧化成高价铁，并在铁锈下产生强烈的氧浓差腐蚀，从而又促使铁锈下的铁进一步被腐蚀，又产生大量新的氧化铁。锅炉再次运行时，上述氧化铁又会参与新的阴极反应，产生更严重的腐蚀。随着锅炉交替运行和停用，腐蚀过程发生恶性循环，从而使金属管壁不断减薄，甚至出现穿孔事故。这种恶性循环腐蚀并不因锅炉运行时除氧措施的加强而停止，给锅炉的安全和经济运行带来很大隐患。

2.锅炉停用保养要点

锅炉停用腐蚀的主要原因是空气的大量进入和金属表面潮湿，有针对性采取相应措施便可防止发生腐蚀。

①要防止空气进入停用锅炉内部；

②要保持停用锅炉金属表面清洁干燥；

③使金属表面浸泡在含有除氧剂、钝化剂或缓蚀剂等药剂溶液中。

3.锅炉停用保养方法

（1）干法保护　这种方法是在锅炉停用时将水放净并保持金属表面干燥，或充填某种气体以防空气侵入，达到停用保养目的。

①热炉放水法　此法适用于运行转入检修的锅炉，即利用锅炉停用时的热量，将放水后的锅炉烘干。

②充氨气法　向锅内充入氨气，全部排出内部空气，减少金属表面湿润膜中的含氧量，同时氨溶解在湿润膜中，使膜呈碱性，因而金属得到保护。此法保养效果好，适用于长期保养。但保养条件要求严格，操作工艺复杂，限制了使用。

③干燥剂法　利用干燥剂的吸潮特性，使锅内金属表面充分干燥，达到防腐目的。

（2）湿法保护　在停炉时不将锅水放掉，而是将锅炉充满水以防空气进入锅内。或者在充满水的锅炉内加除氧剂、钝化剂或缓蚀剂等药剂，从而达到防腐目的。

①保持给水压力法（短期保养）　在锅炉停用时用除氧水充满锅炉并关闭全部阀门，用给水泵控制锅内压力（压力>0.3MPa），每天检测锅水含氧量，当含氧量超标时，应更换锅水。也可将亚硫酸钠随给水送水锅内，并维持过剩量为5～10mg/L，以提高防腐效果。

②保持蒸汽压力法（短期保养）　如某台锅炉停用后，可采取间断生火的办法，保持锅炉蒸汽压力，以防空气侵入，蒸汽压力应大于0.2MPa。如若还有锅炉在正常运行，可将停用锅炉临时改为蒸汽蓄热器使用，一举两得。

③碱液法（较长期保养）　将锅内充满一定浓度的碱液，并保持pH值在10以上，促使金属表面钝化，避免阳极极化，达到防腐的目的。

④联氨法（长期保养）　在锅内充满联氨（H2N2）和氨（NH3）的混合液。其防腐原理是利用联氨具有的强还原性去除水中氧，即N2H4+O2→N2+2H2O，使阴极极化。同时又利用氨在水溶液中呈碱性，提高pH值，使金属表面钝化，造成阳极极化，以达到防腐目的。因联氨具有毒性，使用受到一定限制。

⑤有机缓蚀阻垢法　有机缓蚀阻垢剂是由天津市锅炉应用技术协会研制开发的，集防腐、阻垢、除垢等多种功能的水处理药剂。其主要成分由聚磷酸盐、有机磷酸盐、BTA铜缓蚀剂以及无机碱组成。药剂为棕红色液体药剂，pH≥13。其防腐机理为药剂溶于水后，能水解出带负电的聚磷酸根阴离子和带正电的阳离子，聚磷酸根阴离子在金属腐蚀电池阳极区与失去电子的Fe2+相结合，生成极难溶于水的聚磷酸铁，并覆盖在阳极区的金属表面形成阳极极化。被水解的药剂阳离子在金属的阴极区夺取电子，变成与金属亲和力很强的原子并被吸附在阴极区的金属表面，形成阴极极化。由于上述因素，金属腐蚀被扼制，起到了防腐作用。

⑥气相缓蚀剂法（TH-901）　气相缓蚀剂是近年来应用于锅炉防腐的新型药剂，主要有无机的铵盐类和有机的铵类，如碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、碳酸环己铵等。这类药剂挥发性强，并凝结在金属表层，从而能充分发挥防腐作用。其防腐机理就是无机铵盐水解成氮气，对金属起缓蚀作用，有机铵离解物与金属以配位键相结合，吸附在金属表层形成阳极极化，从而降低了金属的反应能力。

4.锅炉停用保护方法的选择

（1）按停用时间选择

①1周以内选择保持蒸汽压力法和热炉放水法；

②1周至1个月选择保持给水压力法和充氮气法；

③1～3个月选择碱液法和保持给水压力投加亚硫酸钠法；

④3个月以上选择干燥剂法、有机缓蚀阻垢剂法、气相缓蚀剂法（TH-901）、涂层法等。

（2）根据保养对象选择

①蒸汽锅炉长期保养可选择干燥剂法、气相缓蚀剂法（TH-901）、碱液法、有机缓蚀阻垢法、涂层法。

②热水锅炉及水循环系统保养可选择碱液法和有机缓蚀剂法，热水锅炉不宜采用干燥剂法。

（3）按停用保养方法选择

①锅炉停用后应立即保养的原则　在条件允许的前提下，锅炉停用后应立即保养，其优点为：

a.节约资源。可利用系统内的水资源和完善的运行设施，节约人力、物力。

b.保养措施要落在实处。良好的水质及完善的运行系统能使保养措施落在实处，达到用药量小、药剂均匀、覆盖面广、不留死角、便于监测调整的目的。

c.保养效果有保证。不放水杜绝了空气的进入，及时加入药剂提高了金属的防腐能力。

②锅炉与水循环系统分离的原则　锅炉停运后应尽快关闭锅炉进、出口阀门，使锅炉与循环系统分离，其作用是：

a.便于各自的检修；

b.检修后的保养范围缩小；

c.便于改变保养方式。

③择机维修、防止腐蚀的原则　春秋两季对锅炉设施进行维护、检修可有效减少金属的腐蚀，但时间应尽量缩短，维修后应立即保护。切忌伏天维修锅炉，防止潮气对锅炉的腐蚀。

④严格检查和落实保养措施的原则　按规定的时限，严格定期监督检查系统内药剂浓度状态以及系统的严密性，对发现的问题及时解决。

⑤运行前锅内及系统杂质彻底清理的原则　锅炉在运行前应彻底清除锅内及系统内的残留药剂、反应物、水垢、水渣，在运行后，应加大排污量，保证使用水清洁无污物。