一、水中除氧方法的基本原理及分类

气体在液体中的溶解度决定于液体温度，及液面上这种气体的压强，即亨利和道尔顿定律，液体温度越高，其中气体的溶解度也就越小。

根据氧气在水中的溶解特征，水中除氧一般从以下几方面着手。

1、使水加热，减少其中氧的溶解度，水中氧气就可以逸出；

2、减少水平上空向中的氧气压力，水中氧就会不断逸出；

3、通过化学反应的方法除去水中的溶解氧。

工业锅炉常用的除氧方式有下列几种：

热力除氧：压力式、大气式、真空式；

化学除氧：铁屑(海绵铁)加除氧剂；

解析除氧；

电化学除氧；

催化树脂除氧；

1、热力除氧就是将水加热至沸点，氧的溶解度减小而逸出，再将水面上产生的氧气排出，使充满水蒸汽，使水向空间的氧气分压降低，从而使水中的氧气不断逸出，从而保证给水含氧量达到水质标准。

热力除样广泛用于较大型的蒸汽锅炉的水中，它具有以下其特点：

（1）不仅能除氧气还能除去其中气体，如CO₂、N₂等

（2）除氧效果稳定可靠。

（3）除氧水中不增加含盐量》

（4）用蒸汽量大、能耗高、设备体积大、需高位布置。

（5）提高了给水进入省煤气的温度，影响烟气废热的利用。

（6）负荷变动是不易调整。

（7）无法用热气锅炉。

真空除氧的原理和热力除氧相同 ，也是利用水在沸腾状态时，气体的溶解度接近于零的原理，除去水中溶解的氧，二氧化碳等气体。不过除氧器不是保持略高于大气的压力，而是抽成真空，由于气压低，其相应的饱和温度也很低，由于给水要求低，可以不用蒸汽加热，或使用热水即可。因此节约能源，真空除氧器与大气式热力除氧器在构造上相同，在系统上只是多了一套喷射器抽真空的设备。但对整个系统的严密性要求高，不易控制、管理，因而在实际。

2、解析除氧

（1）解析除氧的原理

将不含氧的气体与要除氧的水强烈混合接触时，根据液面上洋气分压力为零（或接近于零）时液体中氧气的溶解度降低的原理，给水中氧就大量扩散到无氧的气体中，而使给水中含氧量降低。从给水中扩散出来的氧气又随着原来无氧的气体流至反应器，在反应器中与炽热的木炭作用，使氧气变成二氧化碳，而残存极微量的氧气。然后再将次气体与要除氧的给水强烈混合接触。如此循环工作，以达到除氧的目的。

(2)解析除氧的演进

解析出样方法五十年代由苏联引进，反应剂为木炭，由烟气对其加热。存在的主要问题是：受锅炉负荷变化的影响很大，而工业锅炉房热负荷波动较大，难以调整，效果不稳定；反应温度较高，安装维修很不方便。另外，虽然运行费云较低，但除氧后水中二氧化碳含量有所增加，PH降低0.2-0.3，在存在二氧化碳的情况下，溶解氧腐蚀会大大加速，且管理复杂，易造成除氧效果不佳。因此国内、国外基本不采用此法。701年代机械部设计院就总院对此进行了更改，反应剂应为木炭，加热更为电加热，虽然解决受锅炉负荷波动的问题 ，但电阻丝和热电偶易被烧坏，且耗电量大，因而也为广泛推广。以后清华大学、哈尔滨建筑工程学院等单位又对其进行了不同思路的改进，但由于存在的问题，仍未被大量使用。

3、化学除氧

（1）钢屑除氧

钢屑除氧就是使水经过钢屑过滤器，钢屑被氧化，而将水中的溶解氧除去：3Fe+2O₂→2Fe₃O₄钢屑除氧器装置简单、投资小，操作也较简便。但水温过低或氢氧根碱度过大，钢屑表面有钾、钠盐存在而钝化，都会使除氧效果降低；更换钢屑劳动强度也较大，一般作为其他方法的预处理。

（2）还原铁粉过滤除氧

还原铁粉过滤除氧工艺需甲、乙两交换柱。软化水先经甲柱除氧，然后再流经乙柱除去水中的Fe²⁺。甲柱内所装的是还原铁粉，当氧含软化水或脱盐水流过滤层时发生如下反应：阳极反应：Fe→ Fe²⁺+2e 可能的阴极反应：   2H⁺+2e→ H₂   O₂+4H⁺+4e →2H₂O (酸性介质)  O₂+2H₂O+4e→ 4OH^-(中性或碱性介质)   如果水中的O₂充足，又是在中性或碱性介质，总反应为：2Fe+2H₂O+ O₂ →2Fe(OH)₂ 由于Fe(OH)₂ 在含氧水中是不稳定的，它将继续氧化成溶解度非常小的三价铁的氢氧化物：2Fe(OH)₂ +2H₂O+1/2O₂ →2Fe(OH)₃ 但是滤层深处溶解氧浓度很低，不可能使氢氧化亚铁都氧化成氢氧化铁。

由上述原理可知，在常温条件下除掉水中溶解氧的同时，不可避免的会将Fe²⁺溶入水中，其溶入量收许多因素（如含盐量、碱度）的影响。为防止Fe²⁺进入锅炉生成水垢和水渣，应将其除去。由于锅炉给水要求pH大于等于7，,Fe²⁺在水中的含量不高，以钠离子交换的方式可以除去。乙柱内装入的是钠型强酸阳树脂。甲柱出水流入乙柱时，其交换反应为：Fe²⁺+NaR₂ →FeR₂+2Na⁺树脂失效后用氯化钠稀释液再生，其反应为：FeR₂+2Na⁺→2NaR₂ +Fe²⁺ 还远铁粉过滤除氧方式，适用于工业锅炉，可常温下除氧，运行费用也较低，但须适时补充除氧剂。

5、加化学除氧剂除氧

    常用的除氧反应剂有亚硝酸钠、联氨和丹宁系物质。此外，亚硫酸氢钠、气体二氧化硫、亚硫酸、氢氧化亚铁等可以用以除氧。

（1）亚硫酸钠除氧

投加亚硫酸钠是中小型锅炉常用的一种除氧方法。亚硫酸氢钠是一种较强的还原剂，与水中氧反应生成硫酸钠，使水中氧消失，但含盐量增加：2Na₂SO₃+O₂→ 2Na₂SO₄ 与其他锅内加药一样，加药剂量必须略有过量。按理论计算，除去1mg/l的氧，需要8mg/l的亚硫酸钠，考虑药剂纯度一般使用约16mg/l的工业亚硫酸钠，一般使用约20mg/l，这种投药量称为“基础投药量”。

    为使反应安全，必须使用过量的药剂，使锅水保持一定浓度的亚硫酸根离子，为此许多加药剂量，称为“补充投药量”。基础投药量与补充投药量之和为应投加的药剂量。亚硫酸钠加入量越多，过剩量越多，除氧的百分率最大仅达到94%左右，出水含氧量仍达不到水质标准。

    温度对价亚硫酸钠除氧效果是很重要的因素。在相同的亚硫酸钠加药量下，水温越高，除氧效果越高；在相同的除氧效果下，水温越高，加药量可以越小。水温增高至40度以上，出水含氧量都可以达到水质标准，甚至为零。

pH值对除氧百分率的影响：pH值越大，除氧百分率越低，但在酸性水及碱性水的范围内，各出现一个除氧百分率的最大值。

亚硫酸钠与水中氧的化学反应速度很快只要反应时间达到3分钟以后，再延长反应时间对除氧百分率几乎没有影响。

常温下不加催化剂，仅加Na₂SO₃,残留含氧量较高，达不到水质标准。若加入少量催化剂后即可是除氧水的含氧量达到水质标准，不加催化剂时，除氧百分率最高仅可达75%左右，加入催化剂后，最高可达98.8%。这是因为在溶液中催化剂与反应物形成不稳定的中间化合物而使反应物转入反应活性状态。以Na₂SO₃加入催化剂为例，其中：  催化剂+SO₃^2- →催化剂+SO₃  

形成活动中心SO₃ ，然后，不稳定的中间化合物进一步变化起反应而使催化剂再生：SO₃^-+O₂ + H₂O+ SO₃^2- →2SO₄^2-+ H⁺+ OH ^–  

按理论分析催化剂加入量越多，生成中间产物越多，反应速度越快，反应程度也越安全。但试验结果说明并不是催化剂加入越多越好，而是有个限度。在催化剂浓度较低时，加入量增加，除氧效果也提高，而当催化剂浓度很高时，又会抑制反应的进行。因此在工业实际使用时，将催化剂通过特定的工艺与树脂结合在一起，支撑所谓的催化树脂，是催化剂均匀分布在树脂孔道中，在产水时水通过树脂层与催化剂，亚硫酸钠均匀接触反应，从而较彻底除去水中的氧。

对除氧效率影响很显著的另一因素，是水中杂质及其含量。不同类型的水质使用亚硫酸钠除氧：海水反应最快，2分钟即可全部去除：脱盐水10分钟仅除去75%的氧，而有抑制性的天然地表水，则基本不除氧。

亚硫酸钠用于蒸汽锅炉除氧时，只能用于压力低于6Mpa的锅炉，因为亚硫酸钠在6.2-7Mpa或以上压力时，就要分解成为SO₂和H₂S，它们的存在对回水系统产生严重的腐蚀，工业锅炉压力低不存在这一问题。