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工业锅炉水处理技术

文章出处:发表时间:2018-1-28【

      在锅炉水处理过程中,锅炉设备和管线易发生的主要问题是:腐蚀、结垢/沉积物、锅水夹带问题。为了保持这些主要问题在控制状态下,实施综合的处理方案是必要的。

     锅炉给水中的杂质可以分为三种类型:溶解固体;溶解气体;悬浮物质。对于中压锅炉,目前的给水预处理已经可以将盐类物质处理在很低的水平,电导率一般都会小于5u/cm2(高压锅炉小于0.2),硬度为0,因此结垢问题不会在给水管线和设备上发生,但进入锅炉后,由于锅炉的蒸发浓缩,会产生硅及腐蚀产物的沉积问题。然而,由于给水中的溶解气体(O2和CO2)和回水中的腐蚀产物(Fe或Cu),会导致给水系统的腐蚀问题,进而影响锅炉设备的腐蚀控制,
许多腐蚀问题发生在锅炉的热交换区域-蒸发器、水冷壁、隔板、排污阀和过热器。其它常见问题的区域包括:除氧器、给水预热器和省煤器。控制给水系统腐蚀的关键是:稳定调节给水pH值,清除给水中的溶解O2。

为了防止给水系统的腐蚀,国标要求给水的pH值应控制8.8-9.2范围内。
但常规氨水调节有其负面效应:
1.相同温度下,CO2的分配系统比NH3的大得多,即汽相中CO2的浓度较高,所以蒸汽冷凝时,水相中的NH3/CO2比值比气相中的大;而当蒸发时,气相中的NH3/CO2比值比水相中的小。因此,给水进行氨调整时,热力系统中有些部位可能出现氨量过剩,有些部位可能出现氨量不足,从而影响氨的处理效果。导致不同部位产生pH差异。
2.给水pH值超过9.2,也就意味着水、汽系统中氨的量较多,在氨的富集区,容易引起铜合金材料的腐蚀,因为这时NH3将与Cu形成可溶性的铜氨络离子Cu(NH3)42+,即发生铜合金的氨腐蚀。
3.氨水有很难闻的气味,使用不方便,操作环境比较恶劣,会对操作人员的建康造成危害。操作存在安全隐患

锅炉的蒸发会导致杂质浓缩。锅炉中的垢在热交换表面的沉积,或悬浮物质沉积在金属表面上,变硬、变粘。锅炉中的高温会分解一些矿物质,引起其它物质溶解度降低。
水中的杂质和沉积物会导致结垢和沉积物,如:二氧化硅、悬浮物,或溶解的铁、油和其它工艺污染物。
溶解的钙和镁的重碳酸根受热会分解释放出二氧化碳,并形成不溶性的碳酸盐。
二氧化硅通常在水中不会大量出现,但在某种条件下会形成硬垢。尤其是在原水处理不彻底的情况下,胶体硅进入化学水系统,且不能被离子交换工艺去除,必然进入锅炉系统,必然增大硅垢形成的趋势,从而降低蒸汽的品质。
硅酸化合物在水中的溶解度很小,其中溶解性的硅酸称为活性硅(或溶硅),而大部分却在水中进行聚合而成为双分子或三分子聚合物,最后成为完全不溶解的多分子聚合物,即称为胶体硅。它们在水中处于动平衡状态,并随pH值而变化,当pH值高时,较多转变为可溶性硅。因此控制炉水的pH>9.5相当关键。硅酸化合物存在于水和蒸汽中的危害很大,一旦进入锅炉后,胶体硅随着压力及pH值升高而转化为溶硅,从而使炉水中的含硅量不断增加,有时即使加大排污量也难以改变炉水含硅量,同时,硅酸在高温的蒸汽中有较大的溶解度,并随压力、温度的升高而溶解度不断增大,因此,进入锅炉的硅酸在炉内的沉积虽然不多,却大部分被蒸汽带走,硅酸随着蒸汽的做功过程,温度、压力的降低,而溶解度降低,因此就沉在汽轮机的叶片或喷嘴中形成质硬的硅酸盐垢,严重时,可使气压机效率大幅度下降,阻塞通道,限制出力,影响气压机的生产安全,为此,必须控制给水的含硅量,并使用化学品防止炉水的夹带。
回用凝结水的腐蚀产生的铁和铜也能引起系统潜在的腐蚀和沉积物。
锅炉给水中含有铜和铁时,会在金属受热面上形成铜垢或铁垢,由于金属表面与铜垢、铁垢沉积物之间的电位差异,从而引起了金属的局部腐蚀,这种腐蚀一般是坑蚀,容易造成金属空孔或爆裂,导致设备、管线和阀门的泄漏,所以危害性很大,因此,严格控制给水中铜和铁的含量,是防止锅炉腐蚀的必要措施。给水中的铜与铁,一般来源于凝结水、补给水以及生产回水系统,因此必须通过添加缓蚀剂或机械过滤器等防止以上水系统的腐蚀。
油和其它工艺污染物会形成沉积物,并会促进其它杂质的沉积,导致夹带现象。
结垢和沉积物会在锅炉表面,特别是炉管上形成一层绝缘层,这会阻止炉管与炉水循环水的热交换。这种过热最终导致炉管故障。这层绝缘层也会导致更高的能量消耗。锅炉沉积物也会部分或全部阻塞炉管,随之导致炉管过热或爆管故障。沉积物最终导致不定期的停车、增加清洗费用。
腐蚀最终导致设备、管线和阀门和金属损伤,造成这些部位的泄漏,锅炉金属由于与水汽直接接触,再经过低温加热器、除氧器、高温加热器、锅炉、凝汽器等,这个过程为铁的腐蚀提供了足够的停留时间,例如,铁或磁性四氧化三铁转换为氧化铁,导致腐蚀。
因此,需要采用有效的炉内处理技术,并结合凝结水处理技术对结垢和腐蚀进行综合控制,才能真正处理好锅炉系统的此类问题。
目前的中压锅炉水系统采用磷酸三钠处理,受自身性质的影响,有明显的处理缺点:
1、PO43-对水垢的抑制没有低剂量(阈值)效应,故对水垢没有抑制效果,只能生成Ca10(OH)2(PO4)6水渣,且是按化学计量形成的,排污量大,否则炉内难免有磷酸盐的过饱和沉积,增加夹带的趋势; 
2、PO43-本身是成垢基团,在高温高压下无法对锅炉提供有效的钝化防护,因化合的磷酸铁盐是其与腐蚀性离子Fe3+形成的;
3、PO43-对锅水的pH缓冲能力有限,且在锅炉负荷发生变化时易出现磷酸盐的“暂时消失”,导致磷酸钠加入过量;
4、生成的盐类,易因夹带进入蒸汽系统中,导致蒸汽系统汽轮机的结垢和管线的腐蚀。表现为蒸汽系统中Na+、SiO2等含量偏高。
5、对给水带入的Fe和SiO2没有分散效果,易导致局部沉积,产生电化学腐蚀
6、磷酸盐垢曾在一些锅炉系统的汽轮机叶片和透平上反映的比较突出,表明蒸汽中有磷酸盐垢夹带进入汽轮机系统。日积月累,对汽轮机长期安全、稳定运行造成严重后果。

与锅炉操作相关的另一个重要问题是锅水夹带,即锅水杂质成份进入蒸汽,影响蒸汽的品质。夹带的起因可能是物理的或化学的。
物理原因包括:锅炉操作(突然负荷改变、水量增加等)、泄漏/破裂和不充分或较差的蒸汽分离设备。化学原因包括更高的锅水固体或硅含量或给水中的油、有机物质或冷却水中的污染物。夹带的有害影响包括:
1、杂质导致汽水分离设备腐蚀。
2、过热器出现沉积及可能的故障。
3、涡轮叶片出现沉积,及随之而来的效率和能力下降。
4、蒸汽中的水可能导致温度急增、蒸汽系统设备的腐蚀或侵蚀。
5、与蒸汽接触产生的人为污染。
如果夹带本质上是化学因素引起,有时可使用防沫剂加以控制。然而,没有方法能替代正确的锅炉操作、控制和每一个锅炉停车期间的汽包内部检查。

 

 

 

 增加凝结水返回量意味着增加热效率,增加锅炉的浓缩倍数,使用更少的化学品,同时也意味着更好的处理效果,更长的设备寿命。
凝结水是由蒸汽做功之后凝结而成的,水质应该是非常纯的,但若凝结水管线未受到保护,会产生一系列问题。蒸汽在低pH运行导致的腐蚀、给水加氨导致的氨蚀或锅水的夹带引入的钠、硅等易在蒸汽管线和汽轮机上沉积,产生电位腐蚀生成金属腐蚀产物。污染后的锅炉给水,铜、铁的颗粒会返回到锅炉,产生电位腐蚀。使凝结水受到污染,包括:
(1) 蒸汽系统的凝汽器渗漏。通常在凝汽器的管子与管板结合的地方,出现了不严密处,使得冷却水渗漏到凝结水中;或是由于系统的腐蚀而出现裂纹、穿孔、损坏等造成凝汽器的泄漏,使凝结水受到污染。
(2) 金属腐蚀产物的污染。凝结水系统的设备和管路由于某种原因被腐蚀,金属腐蚀产物进入凝结水中,其中主要是铁和铜的腐蚀产物的污染。
(3) 热用户返回水的杂质污染。热用户返回的凝结水中,往往含有许多杂质,随着不同的应用场合与生产工艺,杂质的成分与污染的途径也不同,有时也有未经处理的原水、油类等漏入蒸汽的凝结水中。