【摘 要】锅炉供水中的溶解氧是锅炉给水系统的主要腐蚀性物质，给水系统中的溶解氧应当迅速得到清除，为有效去除锅炉供水中的溶解氧，除氧器通过通入过量饱和蒸汽，使溶解氧有效祛除。本文通过研究一种溶解氧在线监测装置，在保证有效祛除溶解氧的同时，减少蒸汽的使用量，提高除氧蒸汽的有效利用。

【关键字】溶解氧;在线监测;降温;PID控制

中图分类号： S951.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）28-0031-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.010

锅炉供水中的溶解氧是锅炉给水系统的主要腐蚀性物质，给水系统中的溶解应当迅速得到清除，否则会腐蚀锅炉的给水系统和部件，腐蚀性物质氧化铁会进入锅炉内，沉积或附着在锅炉管壁和受热面上，形成难溶而传热不良的铁垢，腐蚀会造成管道内壁出现点坑，阻力系数增大。[1]国家规定蒸发量≥2T/h的蒸汽锅炉和水温大于等于95℃的热水锅炉都必须除氧。[2]车间现设置有两台热力除氧器，其工作原理是通过加入过热蒸汽，将除氧出水保持在102℃水温，溶解氧从水中析出，达到除氧的目的。由于需要加入过量蒸汽，造成蒸汽浪费，不利于精益生产，因此设计一种根据溶解氧含量动态调节蒸汽使用量的除氧模式，提高蒸汽使用效率。

1 溶解氧在线监测系统的设计

溶解氧在线监测系统无法直接安装于除氧出水管道中，而需要进行降温处理后才能测量。因此溶解氧检测装置主要考虑降温装置和测量装置两个环节。

1.1 降温装置

降温装置的进水温度取决于锅炉除氧罐出水的温度和流经降温装置的流量决定。为保证计量的准确性，溶解氧监测装置的流量要求500mL/min～600mL/min，锅炉供水流量在泵的作用下为279.53L/min，为定值。而除氧后锅炉水温度为102℃，因此降温装置T温降=T进口温度-T出口温度=102℃-70℃=32℃。降温原理进行确认，锅炉水进入降温装置后放出的热量Q由进入装置的质量m，介质比热容c，和温降△t决定，且有Q=cm△t，因除氧出水的密度与水的密度等同，又有质量m，体积v，密度ρ的关系为m=ρ*v，因此有热量Q=cρv△t。因单位时间内除氧水的流量取标准上限为600mL/min，温降△t为32℃，比热容c为4.2×103J/（kg ℃），密度ρ为1.0×103kg/m3，流量为600mL/min即6×10-4m3/min，因此，每分钟放热量为Q目标=cm△t=cρv△t=4.2×103J/（kg℃）×（1000kg/m3×6·10-4m3）×32℃=108kJ。S=（2d2+dh）π（2） 设h/d=k（3）v为常数。求表面积s极值，即求K为何时，S有极值。将（3）代入（1）得到：d3=4v/（πk）（4）将（3），（4）代入（2）得到：S=（2d2+dh）π=2（4v/π）2/3k-2/3+（4vπ1/2）2/3k1/3。s对k求1阶导S′，2阶导S″：S′=-4/3（4v/π）2/3K-5/3+1/3（4vπ1/2）2/3k-2/3。令S′=0时，K=4/π，S″=20/9（4v/π）2/3K-8/3-2/9（4vπ1/2）2/3k-5/3。S″=（（256/π）1/3）=0.822>0，则当K=4/π时，S有极小值。因此，只有在K取1.273时，相同体积的罐材料最省。

已知仪表所需流量为600mL/min，换算冷源为3000mL/min，为保证冷却效果，确定冷却罐体为0.03m3，因此，为方便应用，导入公式进行自动计算。最佳参数选择如下表所示：

则确定圆柱型筒体体积为R=18cm，H=40cm。

1.2 测量装置

因仪表检测介质应与锅炉给水流速相同。则锅炉供水流速为：V=Q/S。V为锅炉供水管道流速;Q为锅炉供水管道流量;S为锅炉供水管道截面积;又有S=πD2/4。即V=4Q/πD2=8.91m/s。因仪表检测所需流量一定，为600mL/min，则有Q1=V1*S1。Q1为仪表监测所需流量;V1为锅炉供水流速;S1为监测罐体进口管道截面积;又有S1=πd12/4。带入公式则d1=11.2mm，根据通用管径表，故选用DN15管径。

2 罐体形状参数选择

已知，仪表的流量定量为600mL/min，即，溶解氧仪表检测探头处的探测介质浸入流量为600mL/min即可。仪表探头长度为20mm，因此，小组将进入定量罐体的液位每分钟需流经探头高度。探头（下转第11页）（上接第31页）处的高度为d=20mm，即每分钟管内至少需要增加液位20mm。又因体积流量Q恒定在每分钟600mL。因此，罐体截面积S=Q/V=6×10-4m3/min÷2×10-2m/min=0.03m2。S=πd2/4。因此，得出d=19.5cm。在儀表资料调查中，发现因厂商不同，仪表长度也不同，为保证不限定仪表品牌保证仪表顺利安装，确定罐体高度尽可能大。因此，确定罐体高度与冷却罐体高度相同，H为40cm。

1.冷源进水口 2.冷却盘管 3.冷区罐体 4.冷却罐罐体盖 5.除氧水进水口 6.冷源出水口 7.测量进水口 8.监测仪表 9.监测后除氧出水口 10.仪表安装口

3 控制系统设计

加入溶解氧检测探头后由除氧罐温度过度补偿调整为按需供应。溶解氧探测器对除氧罐出水获取溶解氧数据，首先对溶解氧数据进行异常判断，如果数据大于一个异常数据值时，需要对溶解氧探测器进行故障确认与维护，当数据正常时，根据出水溶解氧容量通过PID来动态调整除氧罐蒸汽阀门开度，当溶解氧浓度下降至零后阀门关闭。[3]

4 结语

本文提供了一中用于锅炉供水中的溶解氧检测装置，该装置将原有除氧罐过度补偿保证锅炉供水中溶解氧为零的方式，优化为根据供水水质动态调整除氧阀门控制。实现了蒸汽的高效、节能利用。

【参考文献】

[1]杨晓飞，潘仲达，郝晋堂.给水系统腐蚀沉积原因分析及控制建议[J].山西电力，2011（06）.

[2]孙亚勤，丁聪.浅谈水处理对工业锅炉节能的影响和相关措施[J].化学工程与装备，2017（11）.

[3]杨川.济南卷烟厂能耗数据管理与可视分析软件系统的设计与实现[D].山东大学，2014.