鍋爐爐水磷酸鹽處理工藝及磷酸鹽隱藏現(xiàn)象的分析

高策

[摘 要]鍋爐水的水質(zhì)關(guān)系到機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，鍋爐水采用適當(dāng)?shù)奶幚矸桨福梢员ＷC汽水品質(zhì)，延長鍋爐的清洗周期和使用壽命。加藥處理又直接關(guān)系到鍋爐水處理的效果。本文對(duì)磷酸鹽加藥處理工藝以及其中出現(xiàn)的磷酸鹽隱藏現(xiàn)象進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞]鍋爐；水處理；磷酸鹽處理；磷酸鹽隱藏

中圖分類號(hào)：TM621，8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0316-01

鍋爐水處理是保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施，是鍋爐安全管理的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，水質(zhì)的好壞對(duì)鍋爐安全運(yùn)行、能源消耗及鍋爐使用壽命有很大影響。對(duì)于汽包鍋爐，為了防止因鍋爐水質(zhì)引起的故障，確保鍋爐安全運(yùn)行，提高鍋爐效率，除了應(yīng)提高給水水質(zhì)，盡量減少雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入鍋爐外，還需要采取各種方法對(duì)爐水進(jìn)行處理。目前，爐水處理的方式有三種，即磷酸鹽處理、氫氧化鈉處理和全揮發(fā)處理。本文重點(diǎn)分析應(yīng)用最廣泛的磷酸鹽處理。

1 理論分析

鍋爐水磷酸鹽處理具有與水中鈣、鎂類物質(zhì)形成松軟水渣的特性，是汽包防垢、防腐的重要措施。磷酸鹽處理可為鍋爐水提供適當(dāng)?shù)膲A性，維持鍋爐水適當(dāng)?shù)膒H值，并對(duì)鍋爐水酸、堿污染具有較強(qiáng)的緩沖性，因而具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在沒有凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的機(jī)組，磷酸鹽加藥處理增強(qiáng)了抵御機(jī)組凝汽器偶然泄漏和啟動(dòng)時(shí)的給水發(fā)生污染的能力。鍋爐水中存在磷酸鹽，由于共沉積作用，可減少飽和蒸汽攜帶氯化物和硫酸鹽等離子，從而減緩汽輪機(jī)的酸性腐蝕。所以磷酸鹽處理至今仍是汽包爐水的主要化學(xué)處理技術(shù)。然而，磷酸鹽含量高會(huì)使?fàn)t水的電導(dǎo)率增加，蒸汽攜帶的積鹽增加、排污量增加；爐水pH值的過高則又有可能引起爐管的堿性腐蝕；當(dāng)然爐水中的磷酸鹽和pH值又會(huì)受鍋爐參數(shù)、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的影響。因此，把握好磷酸鹽處理時(shí)的加藥量與pH值的協(xié)調(diào)關(guān)系至關(guān)重要。

2 傳統(tǒng)磷酸鹽處理工藝及所存在的問題

2.1 傳統(tǒng)磷酸鹽處理工藝

（1）純磷酸鹽處理（PT）時(shí)，僅向鍋爐水中加入Na3PO4，控制PO43-在2～8mg/L間，可達(dá)到防垢目的，但存在磷酸鹽“隱藏”。此時(shí)，磷酸鹽在水冷壁管內(nèi)壁沉積，沉積物中游離的NaOH若發(fā)生濃縮會(huì)引起水冷壁管堿性腐蝕。

（2）對(duì)等協(xié)調(diào)磷酸鹽處理時(shí)，同時(shí)向爐水中加入Na2HPO4和Na3PO4，按Na3PO4水解曲線進(jìn)行加藥控制，使Na+/PO43-之比R為3.0，以消除鍋爐水中游離的NaOH。但在發(fā)生磷酸鹽“隱藏”時(shí)，磷酸鹽沉積并非以Na3PO4形式析出。在365℃時(shí)，以Na2.65H0.35PO4形式析出；在300℃時(shí)，以Na2.85H0.15PO4形式析出。因而，仍可產(chǎn)生游離的NaOH，無法避免常規(guī)磷酸鹽處理帶來的堿性腐蝕。

（3）協(xié)調(diào)磷酸鹽處理（CPT）時(shí)，同時(shí)向鍋爐水中加入Na2HPO4和Na3PO4，控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，防止了常規(guī)磷酸鹽處理帶來的堿性腐蝕危害，但不能消除“隱藏”，同時(shí)，因加入了Na2HPO4，降低了Na+/PO43-之比，使沉積物產(chǎn)生對(duì)水冷壁管酸性磷酸鹽腐蝕。

（4）磷酸鹽-pH協(xié)調(diào)或等成份磷酸鹽處理時(shí)，同時(shí)向鍋爐水中加入Na2HPO4和Na3PO4，控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，pH值為9～10。防止了堿性腐蝕的危害，減輕了酸性腐蝕危害，但不能真正消除磷酸鹽“隱藏”，也無法避免沉積物酸性磷酸鹽腐蝕。

2.2 存在的問題

（1）采用協(xié)調(diào)處理時(shí)，在管內(nèi)水循環(huán)受干擾處、高熱負(fù)荷區(qū)、熱力或水力循環(huán)受影響的部位，NaH2PO4或Na2HPO4與爐管表面的磁性氧化鐵及鐵反應(yīng)生成磷酸亞鐵鈉（NaFePO4），產(chǎn)生酸性磷酸鹽腐蝕。

（2）產(chǎn)生磷酸鹽“隱藏”，導(dǎo)致鍋爐水水質(zhì)異常，引起鍋爐堿、酸性腐蝕。在高熱負(fù)荷區(qū)域或機(jī)組在短時(shí)大幅度升負(fù)荷時(shí)，鍋爐水中的磷酸鹽以磷酸鈉和磷酸氫二鈉混合物形式沉積于水冷壁管上，鍋爐水磷酸鹽含量很快降低，pH升高。相反，當(dāng)短時(shí)大幅降低機(jī)組負(fù)荷時(shí)，鍋爐水磷酸根含量又很快上升，pH下降。磷酸鹽“隱藏”時(shí)，會(huì)引起沉積物下堿性介質(zhì)（NaOH）濃縮腐蝕、爐管過熱，并與其他沉積物反應(yīng)形成復(fù)雜水垢。磷酸鹽重新返回時(shí)，又會(huì)引起沉積物下酸性介質(zhì)（NaH2PO4或Na2HPO4）濃縮，出現(xiàn)局部酸性環(huán)境，破壞水冷壁管表面氧化保護(hù)膜，引起磷酸鹽酸性腐蝕和應(yīng)力腐蝕。酸性磷酸鹽腐蝕的典型產(chǎn)物NaFePO4，它大量存在時(shí)會(huì)使高參數(shù)鍋爐水冷壁管形成明顯的蝕坑或腐蝕穿孔。

2.3 產(chǎn)生磷酸鹽“隱藏”的條件

（1）鍋爐水總磷酸根含量較高。當(dāng)磷酸根濃度小于l mg/L時(shí)，負(fù)荷波動(dòng)對(duì)鍋爐水水質(zhì)影響很小，磷酸鹽“隱藏”可不考慮。真正不會(huì)發(fā)生磷酸鹽“隱藏”時(shí)的磷酸根濃度為0.3mg/L。

（2）水冷壁管內(nèi)壁有沉積物。金屬氧化物的存在對(duì)磷酸鹽的溶解度有很大的影響，如Na3PO4與Fe3O4共存時(shí)，Na3PO4的溶解度下降1/3～1/2。因此，保持水冷壁管內(nèi)壁的清潔有助于防止磷酸鹽“隱藏”，可以此間接判斷鍋爐的臟污程度。

（3）具有高的熱負(fù)荷。當(dāng)采用的磷酸鹽處理方式使磷酸根濃度較高時(shí)，在熱負(fù)荷較高的高參數(shù)爐中，不可避免存在磷酸鹽“隱藏”。

3 傳統(tǒng)磷酸鹽處理工藝的改進(jìn)

3.1 平衡磷酸鹽處理

平衡磷酸鹽處理（EPT）是向鍋爐水中加入Na3PO4，當(dāng)其濃度為只能與硬度起反應(yīng)的極限濃度時(shí)，即為平衡濃度，幾乎無多余的磷酸鹽發(fā)生沉積。PO43-的濃度一般控制在0.5～2.4mg/L，允許發(fā)生一定程度的磷酸鹽“隱藏”，以利用自然產(chǎn)生離的NaOH，使鍋爐水pH為9.0～9.6，允許游離的NaOH濃度小于l mg/L。該法既能防垢，又能防酸、堿腐蝕。但無法完全避免磷酸鹽“隱藏”。鍋爐冷啟動(dòng)時(shí)，鍋爐水磷酸根含量上升和pH下降，常需輔以NaOH處理，以使磷酸鹽“隱藏”受到控制。由于鍋爐水磷酸鹽濃度低，緩沖性弱，對(duì)鍋爐水質(zhì)要求高，且要求水質(zhì)穩(wěn)定。

3.2 低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理

低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理是控制爐水磷酸鹽濃度小于l mg/L，以消除磷酸鹽“隱藏”。由于此時(shí)鍋爐水的pH值小于9，為保持鍋爐水的pH值為9.l～9.6，再輔以NaOH處理，并使NaOH濃度小于l mg/L。低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理同樣對(duì)鍋爐水水質(zhì)要求高，且要求水質(zhì)穩(wěn)定。

4 結(jié)論

對(duì)高參數(shù)爐，采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理鍋爐水較困難，具有磷酸鹽“隱藏”現(xiàn)象。由于采用低Na+/PO4-比，易造成酸性磷酸鹽腐蝕。故對(duì)于超高壓汽包鍋爐，尤其是當(dāng)機(jī)組負(fù)荷處于變動(dòng)的調(diào)峰時(shí)，宜采用平衡磷酸鹽處理。

當(dāng)能保證給水品質(zhì)和給水水質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，也可采用低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理方式，這既降低了總磷酸鹽含量，又維持了適當(dāng)?shù)膒H值，同時(shí)也具有正常水質(zhì)工況下的防垢能力。對(duì)于高參數(shù)以上的汽包鍋爐，熱負(fù)荷較高，一般情況下，設(shè)有凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，給水的品質(zhì)和穩(wěn)定性大大提高，可選擇低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理方式。

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