催化亚硫酸钠除氧及加药器研究刘忠厚

工业水处理1988Vol。8No。5催化亚硫酸钠除氧及加药器研究上海工业锅炉研究所刘忠厚摘要当前,由于工业锅炉腐蚀严重、使用寿命短等现状的存在,对工业锅炉除氧技术和设备的研究日趋紧迫。本文根据我国工业锅炉锅内化学除氧普及率很低,一方面没有合适的除氧加药器产品,另一方面传统的亚硫酸钠除氧也存在着50OC以下反应速度慢、脱氧率低等问题,开展和探讨了有关催化亚硫酸钠除氧技术并介绍了适应工业锅炉特点的、.可进行简易自控的除氧加药器的构造原理和使用特点。文章指出,催化亚硫酸钠除氧与自动比例加药器相结合是一项切实可行的工业锅炉防垢防蚀的技术措施。一、概述目前快装锅炉的使用寿命一般为10年左右,某些地区只有3一5年。延长锅炉的使用寿命是一项有力的节能措施。延长锅炉的使用寿命要作二方面的努力,即:提高锅炉的设计质量和制造质量;提高锅炉运行管理水平防止锅炉的结垢和腐蚀。防止锅炉腐蚀是当前比较突出的间题。根据GB1576一85((低压锅炉水质标准》关于锅水水质的要求,锅水的亚硫酸根的控制值为10~40毫克/升。这个规定是参考一些经济发达国家关于低压锅炉锅水水质标准制定的,锅炉水中有10~40毫克/升过剩的亚硫酸根就可以确保锅水中没有溶解氧,防止锅炉腐蚀才有保障。按照GB1576一85标准的要求,水管锅炉、水火管组合式锅炉都要作锅内亚硫酸钠处理。现在工业锅炉锅内化学除氧普及率很低,一方面没有合适的除氧加药器产品;另外传统的亚硫酸钠除氧在温度50℃以下反应速度慢、脱氧率低。催化亚硫酸钠除氧及加药器研究的自的是为贯彻85标准提供技术和装备。二、催化亚硫酸钠及除叙技术研究亚硫酸钠是一种成熟的除氧剂,它具有较好的稳定性,基本无毒,在较高的温度下脱氧率为百分之百。对于亚硫酸和亚硫酸钠除氧国内外都有报道,应用极普遍,但是对催化亚硫酸钠除氧的特性,对催化剂的选择、催化剂的数量和催化效应等关键技术问题都没有确切数据。催化亚硫酸钠除氧研究主要围绕催化剂的选择、催化剂的数量及催化效应进行。1.试验装笠和试验方法除氧试验容器为2一3升小口玻璃瓶,玻璃瓶内插入一支温度计,三支小玻璃管,瓶口用软木塞封住。三根小玻璃管一根接水源,一根加药,另一根接取样器和测氧仪。试验容器外面绘上刻度,容器内加少量液体石腊,使试验水样与空气隔离。溶解氧测定采用JG一203测氧仪。试验水样的溶解氧用两瓶法测定,虹吸取样。除氧试验容器下面装一套电动搅拌装置。试验方法和步骤如收稿日期:1958。2。10曰叫叫卜曰叫叫叫.+..刁同叫叫曰网.」间叫卜叫网曰”叫叫卜卜.曰叫.十,.礴~叫卜.冲叫.斗门.冲闷曰叫.+,曰~州卜曰~曰~卜+闷卜卜卜卜..斗~.叫卜卜十.叫卜.卜卜.叫卜..十闷.日~州卜.十,参考文献(2)H.刀。托马晓夫著,《金属腐蚀理论》〔3〕南京化工学院,《水质稳定技术》译文集(总第五期)〔1〕加60071.934)李吕辉、张报宋得编,《物理化学》1988Vol。8No。5工业水处理.31.下:1)对溶解氧测定仪进行校正,2)用两并法测定水样中的溶解氧;3)从原水管取水样100。~2000毫升,然后用虹吸法从取样管取样,用JG一203溶解氧测定仪测定原水溶解氧至与两并法测定结果相符;4)待测试系统工况稳定,仪表工作正常,放原水1000~2000毫升启动电动搅拌器,从加药管加入药剂,同时取样观察溶解氧的变化并用秒表计算反应时间。2,亚硫酸钠同溶解孰反应速度与温度的关系研究亚硫酸钠与氧在不同温度下的反应,可以了解亚硫酸钠在不同温度下与溶解氧的反应特性。按上述试验方法在1000毫升水中加200毫克亚硫酸钠(工业纯95%左右),原水样含氧量n毫克/升,经过20分钟测定溶解氧为8毫克/升,20分钟以后反应很慢溶解氧基本不变。用同样方法进行测试,当水样温度升高到50℃时5分钟内溶解氧降到4毫克/升,加热到56℃,2分钟以后溶解氧就降低到4毫克/升以后反应较慢。从上述试验可以看到用单纯的亚硫酸钠除氧,在常温下反应很慢,加热到50℃以上也不能解决低温换热器及锅炉低温段的防腐问题。3.催化亚硫酸钠及除或试验1)催化剂的选择从试验②可知单纯亚硫酸钠脱氧效率低,亚硫酸钠过剩量高,提高亚硫酸钠除氧水平必须采用催化亚硫酸钠除氧技术。催化亚硫酸钠除氧技术的关键是催化剂的选择。根据国内外有关报道,很多有机物和重金属离子都可以起催化作用。我们曾同美国、意大利等多家公司接触都不愿提供催化亚硫酸钠除氧技术。我们用自己设计的试验装置对多种有机物和重金属离子的催化效应作了测试比较。测诚结果表明,美国伯克曼公司提供的Botrol3乒不属于催化类型仅仅是一种分散剂,不能提高亚硫酸钠的脱氧反应速度。在有机物中烤胶,腐钠,淀粉在常混下10分钟内脱氧率可达60%,即比单纯的亚硫酸钠反应速度提高一倍。没有找到更有效的有机催化剂;在重金属离子中CoZ十、CuZ十、FeZ+都有较好的催化作用,反应速度可提高40~50倍,脱氧率能达到100%。Zn“十、M护十等重金属离子可使亚硫酸钠的反应速度提高10~20倍脱氧率为70%左右。硅胶也能够提高亚硫酸钠与氧的反应速度,其中很多物质的催化作用适用范围很大,在pH7的环境中对催化反应没有影响。2)催化剂的用量和催化作用在工业生产中力求减少催化剂的用量,以降低催化亚硫酸钠的成本,减少加入锅炉的含盐量。为此我们加入不同用量的催化剂测定亚硫酸钠和溶解氧反应速度。不同的催化剂因催化性能不同,都有一定的催化剂用量,超过一定极限剂量其催化效应几乎不变。像Co忍卜、Cu忍十、FeZ十等重金属离子每升一毫克(极限剂量)就可得到满意的催化效果,其他均要3~5毫克方能起一定催化作用。3)亚硫酸钠过剩量试验我国低压锅炉水质标准规定锅水亚硫酸根为10一40毫克/升,相当于16~“毫克/升亚硫酸钠。为了尽量减少亚硫酸钠的过剩量降低水处理费用,对亚硫酸钠的过剩量进行筛减试验。试验的条件是催化剂的量取由试验2所取得的最低值,改变亚硫酸钠的加入量,在半分钟内脱氧率为100%的条件下看亚硫酸钠降低量。试验用CoSO4作催化剂,每升水中加1~,1.5毫克CoSO4。当亚硫酸钠加入量为200毫克/升时,经过30秒钟即降为n毫克/升,溶解氧降低到零。逐步减少亚硫酸钠的加入量为150毫克/升、100毫克/升都能达到理想脱氧效果,降低到90毫克/升脱氧率只能达到80%。通过上述试验可以认为采用催化亚硫酸钠锅内化学除氧,亚硫酸根过剩量10毫克/升在常温下就可以彻底除氧,以亚硫酸钠计算过剩量为16%。业水处理1勺88Vol.8No。5而采用普通亚硫酸钠除氧其过剩量一般为25~30%。因此,催化亚硫酸钠除氧技术可以提高锅内化学除氧的经济性,使采用锅内化学除氧所增加的含盐量降低到最低限度。三、化学除复加药器研究加药器是水处理重要设备之一,国外对加药器、加药系统及其控制是很重视的。国内工业锅炉多数采用原始方法一在水箱中加药,很少采用加药设备。由午锅炉锅内化学.除氧因受空气中氧的干扰不能用水箱加药方法,贯彻水质标准必须研究一种密封的定最加药设备.加药器研究的目的是根据国外加药器的特点研究一种结构简单便于管理,既可适应于连续运行的锅炉也适应于间断运行锅炉的定量加药装置。1.自动比例加药器的工作原理锅内化学处理的目的是加入一定数量的化学药剂,经过锅内化学反应把锅水水质控制在锅炉水质标准范围内。锅内化学水处理的加药量必须根据锅水及给水的化学成份进行计算。对于锅炉催化亚硫酸钠化学除氧,根据给水中的溶解氧含量依下式进行计算:W二Ax7.gxD……(克/时)式中:W加药量(克/时);7.9每吨水中含一克溶解氧所需纯亚硫酸钠重量(克),D给水量(吨/时);A给水中溶解氧(克/吨)。表1.各种压力和遥度下氧水中的饱和溶解度表1为各种气温、汽压下水中溶解氧含77775mmHg柱柱76OmmHg柱柱尸..甲尸..甲.钾,.,....,.....假定锅炉给水是2吨/时,采用催化亚硫酸锅内化学除氧,给水系统的条件是气温10℃,大气压力760毫米Hg柱,给水溶解氧为11.3毫克/升,则每小时的加药量为:W“AX7.gxD二178,54(克/时),公式中没有考虑亚硫酸钠的纯度和亚硫酸钠过剩量的修正,该修正量和自动比例加药系统的偏差留给锅水水质管理时加以修正。亚硫酸钠在常温下溶解度为15%左右,178.54克亚硫酸钠仅仅有120毫升亚硫酸钠饱和溶液,将120毫升溶液在一小时内按比例均匀加入锅炉是比较困难的。为了提高加药的准确度,我们把亚硫酸钠的溶解浓度和加药浓度分两个概念。即亚硫酸钠的饱和浓度为15%(不考虑温度的影响)。从加药器内输出的浓度(加药浓度)为2%,以加药浓度2%计算上面所讨论的水源每吨水每小时加药液4.45升,每小时2吨/时水加药液8.9升。用低浓度加药,所加药液体积增加,提高了加药的准确度。工业锅炉有的采用连续给水;有的采用间断给水,为了让加药器在两种工况下都能按每吨水4.45升的比例将药液加入锅炉水系统,我们利用锅炉给水泵流量和流速的变化作为比例加药的依据。综上所述自动比例加药器的原理是:利用锅炉给水泵为动力,按等速取样原理从水泵出口取一定比例的水,通过加药器转变为2%左右的催化亚硫酸钠溶液加入锅炉给水系统。上述加药器和加药系统只要调节从水泵到锅炉及水泵到加药器二根管道的压力差相等就可以实现自动按比例定量加药。2.加药器的结构及加药系统自动比例加药器由比例取液器、加药捅及注液器三部分组成:比例取液器根据等速取样原理设计,安装在水泵出口,当水泵出1988Vol。8No.5工业水水管道通水时,用针型阀调节水泵至加药器的阻力与水泵至锅炉的阻力相等,起自动比例调节作用。取液比例在议计时按水源的特性选定;加药桶的作用是第一步将催化亚硫酸钠等药剂转变为饱和溶液,第二步在设备运行时将取液器所取的水化为2%的亚硫酸钠送出;注液器安装在水泵入口,其作用是将加药桶送出来的低浓度亚硫酸钠与给水混合。加药系统如图①所示。)))一一lllOOO处理·33·排出。加药器进水流量很少,出水又与水泵进口联通,所以加药器是在没有压力的状态下运行。运行中如果关闭加药器的出水阀,加药器的压力将逐步升高,所以运行中一旦调试结束不必操作加药器的出水阀,间断给水的锅炉也不必经常操作。间断给水时一般水泵出口阀全开,按比例调节出水流量,停泵以后再启动时加药器浓度不会变化,加药也自动停止。趣药器的转子流量计可作为加药量的直接指示。转子流量的加药量可依下式计算:V=式中:7。9XAXDCX100V转子流量计流量(ml);C图1.自动比例加药系统图1。注药器2。水泵3。比例取液器4。锅炉5。7。11。针形调节阀6。压力表8。加药桶g。球阀1。。加药斗12。转子流量计3。排气阀14.锅沪给水箱3.自动比例加药器的安装使用催化亚硫酸钠及自动比例加药器已小批量生产。在使用时自动比例加药器按图1系统安装。设备与水泵并列,可以安装在水泵的左侧或右侧。安装时注意检查比例取液器的取样头是否旋紧,安装位置是否在管道的中心。在使用时首先检查设备是否漏水,在漏斗中加药以后要开放排气阀把加药器内空气加药器出口亚硫酸钠体积百分浓度(峥),.79系数,A原水溶解氧(克/吨);D给水流量(吨)。自动比例加药器按一般条件设计,按上式计算加药比较准确,按千分之四加药误差较大。二种情况下都要按水质标准进行锅水亚硫酸根监督以便戏加药量进行修正。四、结论锅内化学除氧日前仍然是国内外广泛应用厂的一种安全有效的化学除氧方法,其投资省、运行成本低,锅炉、热交换器、都可应用,应用范围十分广泛。亚硫酸钠与催化技术结合降低了反应温度,提高了反应速度,催化亚硫酸钠与防垢剂结合可以发展防垢除氧综合水处理剂,其应用是水处理技术的进步。自动比例除氧加药器与水泵联动,采用压差调节加药比例具有白动比例加药性能,结构简单。运行可靠,没有称蔚、配液、计算等烦锁工序。加药浓度低又能连续自动均匀加药是一种比较理想的加药设备。催化亚硫酸钠与自动比例加药器结合是一项切实可行的防垢防腐技术措施,采用催化亚硫酸钠综合水处理剂补充化学除氧是延长锅炉使用寿命的有效措施。