熱力除氧原理及過程
鍋爐給水為什么要除氧
當(dāng)水和某種氣體接觸時，就會有一部分氣體溶解到水中。
通常用氣體的溶解度表示氣體溶解于水中的數(shù)量（單位為mg/L），它和氣體的種類以及該氣體在水面的分壓力、水的溫度有關(guān)。
氣體在水面的分壓力越高，其溶解度就越高，反之，其溶解度便越低。同時在一定的壓力下，水的溫度越高，氣體的溶解度越小，反之，氣體的溶解度則越大。
鍋爐補水中溶解的氧氣可達10mg/L。這部分溶解在水中的氧是給水箱、給水管道、給水泵和鍋爐腐蝕的主要原因。為了減少腐蝕給鍋爐系統(tǒng)帶來的危害（設(shè)備表面產(chǎn)生蝕斑，誘發(fā)深度穿透、穿孔），必須除去鍋爐給水中的氧。此處介紹的熱力除氧方法便是鍋爐系統(tǒng)通常采用的除氧形式。
熱力除氧原理
除氧是要除去水中所有的不凝結(jié)氣體，采用熱力除氧方法，其原理依據(jù)是亨利定律和道爾頓定律以及傳熱傳質(zhì)定律。
亨利定律指出：當(dāng)液體表面的某氣體與溶解于液體中該氣體處于進、出動態(tài)平衡時，溶于單位容積液體中該氣體的質(zhì)量b，與液面上該氣體的分壓力Pb成正比：
b=k×Pb/P0（mg/L）
式中：K為該氣體的質(zhì)量溶解度系數(shù)，它與液體和氣體的種類和溫度有關(guān)；
Pb為平衡狀態(tài)時氣體在液面上的分壓力；
P0為液面上的全壓力。
由上式可見當(dāng)水面上氣體的分壓力小于溶解該氣體所對應(yīng)的平衡壓力Pb時，則該氣體就會在不平衡壓力差△P作用下，自水中離析出水面，直到新的平衡狀態(tài)為止。
因此，如果使水面上該氣體的分壓力一直維持零值，就可以使該氣體從水中完全逸出而除去，以上就是熱力除氧的基本原理。
如何使水面上不凝結(jié)氣體的分壓力近似為零，這便與道爾頓定律相關(guān)。
根據(jù)道爾頓定律：混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和。除氧器空間的總壓力P等于水中所溶解各氣體在水面上的分壓力Pi與水上面水蒸汽分壓力Ps之和，即：
P=ΣPi＋Ps（MPa）
在除氧器中，隨著水被蒸汽不斷地加熱，水會逐漸蒸發(fā)，水表面的水蒸汽壓力就逐步增大，其它氣體的分壓力就逐步減少，水中的氣體分子逐漸脫出，并隨余汽排出，水面內(nèi)外氣體分壓均被減小而維持一定的壓差△P。
當(dāng)水被加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度時，水表面的水蒸汽分壓力等于除氧頭的壓力，也即蒸汽分壓力等于總壓力，其它氣體的分壓力近于或等于零，這就可能讓水中的各氣體完全脫出，水中氣體溶解量接近零。
熱力除氧過程既是傳熱過程同時又是一個傳質(zhì)過程，氣體從水中離析脫出的量與水的表面積A、不平衡差△P成正比例，即：
G=KmA△P（mg/L）
其中：Km是傳質(zhì)系數(shù)或稱離析系數(shù)。
熱力除氧過程
在除氧器中，凝結(jié)水首先經(jīng)過高壓噴嘴形成發(fā)散的錐形水膜向下進入初級除氧區(qū)。
在初級除氧區(qū)，水膜與上行的蒸汽充分接觸，迅速將水加熱到除氧器壓力下的飽和溫度，大部分氧氣從水中析出，聚集在噴嘴附近。為防止氧氣積聚過多，在每個噴嘴的周圍設(shè)有排氣口，以及時排出析出的氧氣。
經(jīng)過初級除氧的水在除氧器水箱下部匯集。
而深度除氧則在水面以下進行，利用引入水面以下的蒸汽將水加熱、沸騰，實現(xiàn)深度除氧。除氧過程析出的氣體經(jīng)排氣管排出，除氧后的水則在水箱內(nèi)與回收的疏水等混合。
氣體從水中離析過程即傳質(zhì)過程，此過程可分為兩個階段：
第一階段為除氧初期階段，此時由于水中氣體含量較多，其分壓力遠大于水面以上氣體的分壓力，氣體會以氣泡的形式克服水的粘滯力和表面張力析出，如此除去水中80%~90%的氣體。
第二階段是深度除氧階段，經(jīng)過初級除氧的給水中仍含有少量氣體。這部分氣體的不平衡壓差很小，氣體離析的能力弱，已無法以氣泡形式克服水的表面張力而逸出，只有靠單個分子的擴散作用慢慢離析出來。
為達到深度除氧目的，可采用加大汽水接觸面水膜（水膜表面張力?。┟娣e和形成水的紊流來加強擴散作用，強化水中氣體的析出。
熱力除氧關(guān)鍵影響因素
為達到良好的熱力除氧效果，必須滿足以下條件：
1. 有足夠量的蒸汽將水加熱到除氧器壓力下的飽和溫度。即使有少量的加熱不足（小到零點幾度），都會引起除氧效果惡化，使水中的殘余溶解氧增高；
2. 必須把析出的氣體及時排走，以保證水面上氧氣及其他氣體的分壓力減至0或最小，防止水面的氣體分壓力增加，影響析出；
3. 被除氧的水與加熱蒸汽應(yīng)有足夠的接觸面積，蒸汽與水應(yīng)逆向流動，增加水與蒸汽接觸的時間，以維持足夠大的傳熱面積和足夠長的傳熱、傳質(zhì)時間，并保證有較大的不平衡壓差。
圖1 熱力除氧器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖