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1、1树脂膜分离除氧器替代传统除氧器的节 能经济效益（下）(四)、替代海绵铁粒除氧器海绵铁粒除氧原理：水中溶解氧与海绵铁粒反应，生成氢氧化亚铁和氢氧化铁而被除去。为了加快反应速度，把废钢铁融化加入少量钴通入氮气,制成多孔粒状海绵体。化学反应方程式如下：(1) O2 + 2Fe + 2H2O 2Fe(OH)2 O2 + 4Fe(OH)2 + 2H2O 4Fe(OH)3 (2)由化学反应方程式可知，除氧反应生成铁的氢氧化物胶体，阻碍了溶解氧与铁反应，因此，要定期用高压软化水反冲洗，配置一台 IS100-80-160 高压泵，功率15kw，反洗强度为 27L/m2.s，反洗 30 分钟（或用真空泵吸进空
2、气，反洗强度可降低到 15L/ m2.s），每天反洗一次，洗去海绵铁粒表面的铁胶体，由化学反应方程式(1)还可知，除去 8mg O2 生成 Fe2+ 28mg。软化水中含铁离子，软化水经除氧后带黄色，进入锅炉铁离子会在锅炉管内壁生成铁垢，铁垢导热系数比钢铁小 8 倍，不但造成锅炉热效率降低，而且给锅炉安全运行造成隐患（尤其是燃气锅炉），因此，为了锅炉安全运行 GB1576-2001 标准中规定锅炉给水中铁含量0.3mg/L，海绵铁除氧必须再加软化器除铁，组成海绵铁除氧除铁装置，水温保持在 8以上，残余氧含量才能100ppb，对于我国东北、西北地区冬季水温接近 0，不适合使用。以武汉水利电力大学
3、河南安阳长城水处理设备厂生产的 ZGY-1200-1 型组合式除氧除铁器为例，该除氧器出力 17t/h，分上下两室，下室内装填海绵铁粒层高900mm，海绵铁粒重 6.5t，上室装填 0017 阳离子交换树脂层高 900mm，体积为707L，重 350kg，采用低速逆流再生（2m/h），盐耗量为 80g/L，再生盐中加21.5%Na2SO3，把 Fe3+还原成 Fe2+，防止 Fe3+对 0017 阳离子交换树脂的污染。树脂对 Fe2+工作交换容量 400moL/m3。1、海绵铁粒除氧成本 除铁费用除铁设备再生一次可除去 0.4707=282.8mol Fe2+，除氧后水中产生与溶氧等当量 Fe
4、2+，水中 Fe2+浓度，溶氧含量以 8mg/L 计即 1mol/t,可产无铁脱氧水 282.8tA,电费，盐泵功率 2.2kw，盐液浓度 4-5%，1.5 m3 盐水，以 2m/h 流速打入除铁器中，在一个除铁周期中盐泵电费为 D1=2.20.5=1.00 元；B 软化器再生费用，工业盐 0.7 元/kg，再生水平以 80g/L 树脂计，盐费D2=0.70.08707=0.756.56=39.59 元C, 软化器反洗自耗水以 5%计，自耗水费 D3=282.85%570.7 元；D, Fe3+还原费，由于 Fe3+使阳离子交换树脂中毒，因此需加亚硫酸钠和亚硫酸氢钠还原 Fe3 相当于再生用盐
5、量 2%，亚硫酸钠和亚硫酸氢钠平均价以 4 元kg 计，还原剂费用 D4=40.087072%=4.52 元，除铁费 D=( D1+D2+D3+D4)/282=(1.0+39.59+70.5+4.52/282.8=115.62/282.8=0.41元/t。 反冲洗铁胶体消耗水费：水费仍以 5 元/t 计算，1200 海绵铁除氧器，截面积 1.13m2，反洗强度为 27 升/m2。秒，连续运行五天反洗时间累计为 60 分钟，反洗用水量 q=2760601.13=109.8t。120 小时生产脱氧水 2040t，自耗水=109.8/2040=5.4%, 反冲水费=5.05.4%=0.27 元/t
6、海绵铁粒消耗费用：水中溶解氧含量以 8 克/ m3 根据反应式计算除去 8 克氧消耗海绵铁 28 克(1mol)，海绵铁利用率以 50%计，价格以 10000 元/t 计，3B=28210/1000=0.56 元/t。 电费：15kw 反冲洗泵，运行半小时，全国平均电费每度以 0.5 元计，出力 17t/h海绵铁除氧器一个冲洗周期内，每吨脱氧水承担电费 C=150.50.5/2040=0.01 元。 设备折旧费：设备价以 2000 元/t 出力计，折旧率以 5%计，每年运行 330 天计E=200010%/7920=0.025 元/t 脱氧水，海绵铁除氧总成本 Q4=+=0.41+0.27+0
7、.56+0.01+0.025=1.28 元。2、替代海绵铁粒除氧节能效益替代海绵铁粒除氧每年每吨出力产生的效益(Q4- Q0)7920=(1.28-0.36)7920=0.927920=7286.4 元；3、技改费回收时间Y=6500/7286.4=0.89 年，即 11 个月收回投资。(五)替代加药除氧加药除氧是在水中加入还原剂，把水中溶解氧还原。常用还原剂有亚硫酸钠，与溶氧反应生成硫酸钠：2Na2SO3 + O2 2 Na2SO4或加联氨生成水和氮：2N2H4 + O2 2H2O +N2加药除氧共同缺点是污染水质.锅炉给水中带进有害杂质，增加炉水含盐量，加快电化学腐蚀，增加炉水排污水量，增
8、加热损失和水损失。另一缺点是增加药品消耗，所加除氧还原剂一般要过量 30%,仅用作热力除氧后二次除氧，如发电厂在热力除氧后水中残余氧含量在 0.030.05mg/L 的水中加入联氨，并过量，使炉水中联氨保持在 0.0510 mg/L，以保证超高压锅炉炉水中残余氧含量为0.007mg/L。工业锅炉加药除氧常用亚硫酸钠，亚硫酸钠与氧反应生成硫酸钠，除氧后水中硫酸钠与水中钙离子生成硫酸钙沉积在锅炉内壁生成硫酸钙水垢，硫酸钙垢不能用化学4酸洗清除，给锅炉维修增加困难。剩余亚硫酸钠与钙离子生成亚硫酸钙水垢，亚硫酸钙垢在高温下分解为二氧化硫和氧化钙，造成二氧化硫对钢铁的腐蚀,反应如下：CaSO3 CaO
9、+ SO2 因此，目前，国外发达国家,锅炉给水除氧己不用亚硫酸钠，用联氨，碳酰肼、等有机还原剂.但这此还原剂价格高。除氧成本在 1 元/t 以上。（六）树脂除氧替代传统除氧节能效益见表 5综上所述，采用宇神牌氧化还原树脂除氧器这一高新技术产品替代传统的热力除氧、真空除氧、解吸除氧、海绵铁除氧和加药除氧会给企业带来巨大的节能节水防腐效益。 四, 膜分离除氧技术8(一)、分离膜组件结构.如下图美国 Membrana-Charlotte 公司生产的 Liqui-Cel 气液分离膜组件是由塑料外壳或不锈钢外壳与中纤维膜束组成, 中空纤维管膜是由憎水性聚丙烯中空纤维组成的多孔管膜, 中空纤维管膜简称中空
10、纤维，内径 240 m, 外径 300m,壁享厚30m, 纤维膜管壁布满 30-40 纳米微孔, 由于该纤维憎水, 水不能通过微孔,气体可从孔中通过.,把一束中空纤维管两端穿入多孔塑料园盘孔或多孔金属园盘孔中,多孔园盘中央有直径为 20mm 孔，用环氧树脂把中孔纤维外壁与园盘粘接成一体，再把两只园盘塞入两端带有进、排气支管的塑料外壳管或不锈钢外壳管中,把圆盘放置在外壳管进、排气管内侧，用环氧树脂把圆盘与外壳管内壁粘成一体,固化后, 园盘中心穿 20mm 多孔管，多孔管长度 1/2 处堵塞，半根作布水 管，半根作集水管,布水管和集水管之间设置折流板，中空纤维束从折流板孔穿过。外壳管两端设置端盖密
11、封，这样，端盖与圆盘之间形成气室，与中空纤膜管内相通，布水管和集水管与膜管外相通。通过进、出气管抽真空或通无氧气体，通过中心管进、出水即5成膜分离除氧器组件.。(二)、膜分离除氧器运行由于中孔纤维内管容积很小, 如 628inch 膜组件中空纤维管内总容积仅为 2.6 升，只需很小排气量就可达到一定真空度(如 30 托) 并保持真空度, 中孔纤维膜外壁与水接触面积很大,628inch 膜组件中空纤维管膜水界面积达 42m2,不用喷淋, 不用雾化，就有很大的接触界面,无氧气体流过直径仅为 240 的中孔纤维内管, 气体流量很小就可保持管内氧的摩尔分压为零, 有利于深度脱氧, 由于管壁薄, 仅 3
12、0,根据亨利定律和 Fick 第一扩散定律可迅速达到平衡. 因此, 膜分离除氧是物理化学除氧技术中能耗最低的. (三), 膜分离除氧器除氧成本.以脱氧水出力为 20t/h 的膜除氧器为例，需 8 支 628inch 膜组件, 用 2 支628inch 膜组件串联,再把 4 组串联后膜组件并联,一支为人民币 2.5 万元,仅 膜组件价格达人民币 200000 元,全套价达 28 万元。膜组件气室一端通高纯氮气，另一端与 1.5kw 水环真空泵相接，待除氧的水需先进入膜过滤器过滤，除去 5m 以上固体微粒后再进入膜组件中心布水管，无氧水从中心集水管流出。 使用寿命为 25 年(高纯水为 5 年),
13、以 每年使用时间以 330 天计，计算膜除氧成本。1、脱氧膜折旧费q=(200000/(7920520)=0.25 元/t；2、精密过滤器折旧费20t/h 过滤器价 20000 元,使用寻命 3 年，过滤器折旧费为 20000/(792020)=0.04元/t3 膜以外设备折旧费膜以外设备价为 80000 元，折率以 10%计，设备折旧费为 80000/(79201020)=0.05 元/t64、水环真空泵电费脱氧耗电费以 0.5 元/度计,电机功率因子以 0.85 计,1.5kw 电机电费=0.51.50.85/20=0.03 元/t5 氮气费每支 628inch 膜组件通氮 325L/h，
14、共用氮 2.6m3/h，氮气每钢瓶 15 元装 5m3,即3 元/m3 氮气费=32.6/200.39 元/t膜分离除氧器除氧成本.=0.25+0.04+0.05+0.03+0.39=0.76 元/t由于目前国内使用中，水的预处理不严格，只有用在超纯水除氧，膜寿命才达 5 年，有的使用寿命不到一年，大大增加了膜分离除氧成本。如能 加强预处理，延长膜寿命, 不用高纯氮，采用氧化还原树脂膜分离除氧，可在工业上大规模推广应用。五，氧化还原树脂膜分离除氧器憎水型中空纤维膜作成预除氧装置，预除氧膜不用通高纯氮气,仅用单支膜组件，可除去水中 80%以上的溶解氧,剩余的溶解氧用氧化还原树脂除去.这可节约 8
15、0%的再生药剂费用，减少投资。降低脱氧成本；因此，树脂膜分离除氧是目前最节能经济的除氧器，是今后除氧器发展的方向。目前市场己有宇神 10 型树脂膜除氧器销售。参考文献1,霍银坤，膜分离除氧技术与氧化还原树脂除氧技术的应用，中国特种设备安全，2005,No.4P3538；2,霍银坤,水的树脂除氧， “国际通用离子交换技术手册”第二十章，科学技术文献出版社 2000； 3,H.G.Cassidy,”Oxidation-reduction Polymer”Interscience publishers.1966；4,霍银坤，氧化还原树脂除氧器，热力发电，1998，No,4,p6062.；5,杨芝凤、
16、霍银坤、密培庆，张淑卿，杨王恺，刘宝泉，为宓培庆，氧化还原树脂及其辐照稳定性，原子能研究所年报，1982 年,p172；76,宓培庆，杨芝凤,朱宝珍，霍银坤，728 燃料元件考验回路除氧试验， “高温高压辐照考验回路工作报告”,工作起止时期：1982.51985.3.中国原子能科学研究院，1985 年 11 月。7,杨芝凤,宓培庆，霍银坤，氧化还原树脂除去纯水中的溶解氧，原子能科学技术，1986 年 7 月； 8,Fred Wiesler,Membrana. IWC-05-79 “Boiler Feed Water Degasification Using Membrane Contactors-New Methods for Optimized Performance
