CN109607709A - 一种电化学除氧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电化学除氧器，涉及工业循环水除氧领域，解决了现有工业循环冷却水中冷换设备因溶解氧所造成的腐蚀、泄露等问题。该电化学除氧器包括电源系统和工作系统。电源系统为恒电位仪，工作系统主要由管‑壳结构的阳极室和阴极室构成。阳极室内设有DSA阳极，顶部为多孔封头，底部开有平衡两腔室液位的平衡孔。阴极室内布有多层网状电极，各层电极之间设有增强流体湍动所需的均匀分布扰流子，并用螺栓连接固定。于阴极室的中部设有检测多层网状电极表面电位的电位检测端子。本发明采用更为高效、节能、环保的加速阴极表面氧还原的方式实现对水中的溶解氧去除。常温下工作，出口水中溶解氧含量低，耗能小。

Description

一种电化学除氧器
技术领域
本发明涉及一种工业循环水处理设备，尤其是一种电化学除氧器。
背景技术
工业循环冷却水系统是工业生产的重要组成部分。氧在工业循环水中往往具有一定的溶解性，其溶解度大小受温度、日照、水深、气压、盐度及水质等多种因素影响，溶解氧的存在会引起冷却水系统金属管道、换热设备的吸氧腐蚀，对热力设备的长周期安全运行造成较大危害。不仅如此，腐蚀产物还会诱发金属壁面结垢，从而产生由氧浓差引起的垢下腐蚀，进一步加剧了冷换设备的腐蚀，因此，溶解氧是导致设备发生腐蚀泄漏的重要因素之一。现阶段，缓解工业循环水系统的腐蚀主要采用投加水质稳定剂的方法，虽然，在一定程度上缓解了设备的腐蚀，但其对基于氧浓差原理的垢下腐蚀的针对性不强，同时，水质稳定剂的加入容易带来循环冷却水的二次污染的问题。因此，有效降低水中溶解氧的浓度是解决氧腐蚀的重要手段之一。目前，常用的除氧方法有热力除氧、化学除氧、真空除氧和电化学除氧等四种。其中，实际应用的热力除氧器、化学药剂除氧、真空除氧器主要用于工业锅炉用水的除氧等，而工业循环冷却水杂质及离子等含量高，致使现有的除氧器无法适用于工业循环冷却水的除氧应用。相比之下，电化学除氧主要是基于阴极的氧还原反应来降低水体中的溶解氧浓度。虽然关于电化学除氧装置已有报道，但是现有的电化学除氧装置采用的均为牺牲阳极的方法，不仅除氧效率低，且会向水中引入额外的金属离子，对水质造成影响。为此，本发明提出了一种外加电流除氧方法，与上述方法相比，除氧效率高，运行费用低，对水质影响小，可广泛应用于低压设备和换热设备的给水除氧，缓解其氧腐蚀问题。
发明内容
为了解决工业循环冷却水系统中冷换设备因溶解氧所造成的腐蚀泄露问题，本发明将设计一种电化学除氧器，通过降低水中的溶解氧浓度来实现对工业循环水设备的腐蚀防护。
本发明提供一种电化学除氧器，包括电源系统和工作系统，所述工作系统由阳极室和阴极室组成，阳极室、阴极室以管-壳形式布置，两腔室之间设有阳离子交换膜，阴极室内设有多层网状电极。
进一步地，在上述技术方案中，所述的电源系统为恒电位仪。使得工作系统可以在恒定的电位状态下稳定工作。
进一步地，在上述技术方案中，所述的阳极室管壁上布有均匀的等径孔，所述阳离子交换膜紧紧包覆所述阳极室管壁外表面。
进一步地，在上述技术方案中，所述的多层网状电极的目数为20目至200目中的一种或多种。
进一步地，在上述技术方案中，所述的多层网状电极为阴极，所述阴极为金属网，各层金属网之间由不锈钢螺栓连接固定；金属网层数为2-10层。
进一步地，在上述技术方案中，所述多层网状电极中相邻网之间用扰流子分隔开。
进一步地，在上述技术方案中，所述阳极室内固定设有阳极，所述阳极由阳极室的顶部延伸到底部。其阳极采用DSA阳极。
进一步地，在上述技术方案中，所述阴极相邻两层金属丝网的间距为3-7mm。各层之间由不锈钢螺栓连接固定。阴极材质选自不锈钢、铜、钛、镍金属。
进一步地，在上述技术方案中，所述阳极室上部设有多孔封头，所述阳极室底部设有平衡孔。
进一步地，在上述技术方案中，所述阴极室底部设有进水口，所述阴极顶部设有出水口。
上述电化学除氧装置，所述工作系统在稳定工作状态下，富氧水由工作系统中的阴极室的底部流入，流经阴极室，之后从阴极室上部的侧孔流出。
本发明的有益效果是，本发明采用更为高效、节能、环保的外加电流电化学氧还原的方式实现对循环冷却水中的溶解氧去除。常温下工作，出口水中溶解氧含量低，并可以通过控制进水流量调节出口水中的溶解氧含量。除氧速率为0.22-0.71g/m2h，能耗仅为88.44-26.48Wh/gO2。与传统加入水质稳定剂等方法相比，从溶解氧腐蚀发生的根源解决冷换设备的溶解氧腐蚀及溶解氧腐蚀所带来的垢下腐蚀问题，有效降低冷换设备的腐蚀泄漏风险，延长设备的服役周期。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为本发明的结构示意图；
图1中：1-多孔封头、2-阳极端子、3-阴极端子、4-阴极室、5-出水口、6-阳极、7-阳极室、8-阳离子交换膜、9-阴极、10-电位测试端子、11-阳极多孔管、12-壳体、13-扰流子、14-平衡孔、15-进水口。
具体实施方式
为使对本发明作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施实例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种电化学除氧器，包括电源系统和工作系统，所述工作系统由阳极室7和阴极室4组成，阳极室7、阴极室4以管-壳形式布置，两腔室之间设有阳离子交换膜8，阴极室内设有多层网状电极。
所述的电源系统为恒电位仪。使得工作系统可以在恒定的电位状态下稳定工作。
所述的阳极室7管壁上布有均匀的等径孔，所述阳离子交换膜8紧紧包覆所述阳极室管壁外表面。
所述的多层网状电极的目数为20目至200目中的一种或多种。
所述的多层网状电极为阴极9，所述阴极9为金属网，各层金属网之间由不锈钢螺栓连接固定；金属网层数为2-10层。
所述多层网状电极中相邻网之间用扰流子13分隔开。
所述阳极室7内固定设有阳极，所述阳极2由阳极室7的顶部延伸到底部。其阳极2采用DSA阳极。
所述阴极9相邻两层金属丝网各层之间由不锈钢螺栓连接固定。阴极材质选自不锈钢、铜、钛、镍金属。
所述阳极室上部设有多孔封头1，所述阳极室底部设有平衡孔14。
所述阴极室底部设有进水口15，所述阴极顶部设有出水口5。
实施例1
如图1，一种电化学除氧器，主要包括阴极室4和阳极室7，二腔室之间设有阳离子交换膜8。该设备整体立式放置，进水口15在设备底部，流经阴极室，由上部的出水口5流出。阳极室在内层，外层为阴极室，二腔室以管-壳形式装配。阳极室的管壁呈多孔结构，并在其外表面封有阳离子交换膜，以将阴、阳极二腔室隔开，防止阳极室内的氧向阴极室内扩散。阳极材料96为DSA阳极，阴极材料69为34层不锈钢网(100目)，相邻阴极网之间的间距为5mm，各层之间设有分布均匀的扰流子13。在阴极室内设有电位测试端子10，从而确保该设备在氧还原电位下高效、稳定的工作。阳极室上部为多孔封头1，利于阳极室内气体的排出，底部开有平衡孔14，以平衡阴、阳极二腔室内的液位。
具体的，在设备运行前，首先将恒电位仪器的正极与阳极端子2连接，负极与阴极端子3连接，电位信号接收端与电位测试端子10连接。然后开启进水阀门将设备内充满水，进而设定恒电位仪电位值以使阴极表面电位处于氧还原电位，操作电位为-0.4V至-0.12V(vs.SCE)。稳定电位值，使装置在恒定电位状态下工作。接下来调节设备进、出水流量，以达到要求的出口水氧含量。稳定流量为25-150L/h，设备平稳运行。
实施例2
如图1，一种电化学除氧器，阴极网目数为20目、50目和200目，其余装置参数和操作条件与实施例1相同。阴极网目数与除氧性能关系如表1所示，可以看出，减少或者降低阴极网目数都会使得除氧效率下降，同时除氧能耗增加。
表1本发明阴极网目数与除氧性能关系
综上所述，本发明通过电化学诱导溶解氧在阴极表面还原的方式实现水中氧的去除。阳极采用的非牺牲材料避免了杂质离子的引入，在除氧的同时保证水质不被破坏。阴极采用的多层不锈钢网既能提供足够大的氧还原所需面积，提高除氧效率，又能保证阴极材料的耐蚀性能，延长阴极的使用寿命。阴极不锈钢网之间的扰流子不仅能隔离不锈钢网，防止多层网之间的粘连，更能增加流经不锈钢网表面循环水的湍动，进而加速水中的溶解氧还原，提高除氧效率。该设备工作时阴极网表面电位调控为氧还原电位，不但针对性的解决了溶解氧腐蚀问题的，也极大地降低了系统能耗。
最后应说明的是：以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求的保护范围有所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种电化学除氧器，包括电源系统和工作系统，其特征在于，所述工作系统由阳极室和阴极室组成，阳极室、阴极室以管-壳形式布置，两腔室之间设有阳离子交换膜，阴极室包括内设有多层网状电极。
2.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述的电源系统为恒电位仪。
3.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述的阳极室管壁上布有均匀的等径孔，所述阳离子交换膜紧紧包覆所述阳极室管壁外表面。
4.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述的多层网状电极的目数为20目至200目中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述的多层网状电极为阴极，所述阴极为金属网，各层金属网之间由不锈钢螺栓连接固定；金属网层数为2-10层。
6.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述多层网状电极中相邻网之间用扰流子分隔开。
7.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述阳极室内固定设有阳极，所述阳极由阳极室的顶部延伸到底部。
8.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述阴极相邻两层金属丝网的间距为3-7mm。
9.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述阳极室上部设有多孔封头，所述阳极室底部设有平衡孔。
10.根据权利要求1所述的电化学除氧器，其特征在于，所述阴极室底部设有进水口，所述阴极顶部设有出水口。
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