電采暖鍋爐運行水質(zhì)控制

劉興傳

（山西潞光發(fā)電有限公司，山西長治 046699)

0 引言

隨著國際環(huán)保要求日益嚴格，燃煤散燒被嚴格限制，尤其在被列為冬季清潔取暖規(guī)劃首批實施范圍的“2+26”城市，小燃煤鍋爐須改為燃氣或電鍋爐，電鍋爐的應(yīng)用越來越廣泛。某電廠位于“2+26”城市區(qū)域且正處于基建期，2016年10月安裝了2臺電采暖鍋爐用于冬季采暖。

2臺鍋爐未設(shè)計加藥裝置，這給爐水品質(zhì)控制帶來了困難。運行中，通過在補水箱加藥的方式解決了這一問題，爐水品質(zhì)控制良好。

1 鍋爐補水系統(tǒng)概況

2臺電鍋爐為有壓臥式啞筒結(jié)構(gòu)，型號為WDR0.7-1.0/95/70，額定出水壓力為1.0 MPa，額定出口/進口溫度為（95/70）℃。補給水水源為自來水，設(shè)計有軟化水處理裝置。補水系統(tǒng)如圖1所示。

鍋爐補水系統(tǒng)裝置采用Na型乙烯基樹脂，可除去自來水中的Ca2+、Mg2+，將自來水軟化。系統(tǒng)可自動運行，完成制水→反洗→再生→正洗的全過程，出水硬度穩(wěn)定在0.02～0.03 mmol/L。制水反應(yīng)如下[1]。

圖1 鍋爐補水系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)設(shè)定每個周期的制水量為6 m3，達到周期制水量時，用12%左右的食鹽水進行再生，食鹽水由人工配制。再生反應(yīng)和式（1） 可逆，反應(yīng)如下。

2 鍋爐控制水質(zhì)的重要性

在鍋爐中，水是傳能的介質(zhì)。鍋爐水質(zhì)的好壞，對其安全經(jīng)濟運行有重要影響。當(dāng)鍋爐用水不合格時，很容易在鍋爐受熱面、管道、閥門等處產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕等現(xiàn)象，不僅浪費能源，而且容易引發(fā)事故，降低鍋爐使用壽命。所以對鍋爐的補給水和爐水水質(zhì)必須嚴格控制。

2.1 水垢的危害

2.1.1 水垢的導(dǎo)熱性差

水垢的導(dǎo)熱系數(shù)一般很差，與鋼材相比，熱導(dǎo)率相差幾十到幾百倍，嚴重影響傳熱效率，浪費能源。表1是鋼和幾種水垢的熱導(dǎo)率對比[1]。

表1 鋼和幾種水垢的平均熱導(dǎo)率對比

2.1.2 水垢容易引起管壁升溫

由于水垢傳熱不良，會導(dǎo)致管壁溫度升高，造成超溫，容易引發(fā)爐管鼓包和爆管事故，不僅會增加維修費用，而且存在安全隱患。

2.2 腐蝕的危害

腐蝕可以造成金屬構(gòu)件的損壞，如管壁變薄、甚至穿孔；造成鍋爐水質(zhì)變差，如腐蝕產(chǎn)物鐵的化合物進入爐水，又會生成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的水垢；垢下腐蝕可以造成碳鋼脫碳。

軟化水系統(tǒng)僅僅是除去了水中的硬度， 水中的溶解氣體并未去除；此外，軟化水在放置過程中也會吸收空氣中的氧氣和二氧化碳；水中碳酸鹽的分解也會產(chǎn)生二氧化碳；所以，電熱水鍋爐容易發(fā)生氧腐蝕和二氧化碳腐蝕。

2.3 腐蝕機理

2.3.1 氧腐蝕

鐵受水中溶解氧的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕。反應(yīng)式為[1]。

Fe2+會繼續(xù)反應(yīng)生成水垢。反應(yīng)式為。

在生產(chǎn)中，常生成多種含水氧化鐵的混合物，簡寫成 Fe2O3·nH2O。

2.3.2 二氧化碳腐蝕

當(dāng)水中有游離的CO2時，水呈酸性。

在水中，H+起到了去極化作用。反應(yīng)為。

需要指出的是，在有O2和CO2同時存在的情況下，鋼鐵的腐蝕會加劇。原因是O2的電極電位高，易形成陰極，侵蝕性強；CO2使水呈弱酸性，破壞保護膜。

3 水質(zhì)控制指標

為降低結(jié)垢和腐蝕，必須對鍋爐補給水和爐水水質(zhì)進行控制。控制指標和標準執(zhí)行《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》 （GB1576—2008）[2]。對于采用鍋爐外水處理的鍋爐按表2的指標控制。

表2 采用鍋爐外水處理的熱水鍋爐水質(zhì)

磷酸根適合于鍋內(nèi)加磷酸鹽的處理方式。

4 鍋爐補水系統(tǒng)存在的問題

a） 鍋爐補水系統(tǒng)未設(shè)置加藥設(shè)施，給控制水質(zhì)帶來了很大困難。

b） 系統(tǒng)不能除去水中的溶解氣體，且軟化水在水箱的停留時間一般在12 h左右，會吸收空氣中的O2和CO2。

c） 系統(tǒng)未設(shè)置除鐵裝置，軟化樹脂有鐵中毒的隱患。

d）不能除去自來水中的余氯。

5 采取的防腐防垢措施

5.1 加強化驗監(jiān)督

表3是2017年12月11日的自來水和軟化器出水水質(zhì)。

咖啡館的角落里那掛立式座鐘敲五下時，女人起身去門口的吧臺結(jié)賬。她從手袋里拿出一張銀聯(lián)卡遞向收銀員，按那幾個數(shù)字組成的密碼，然后刷卡，在打印憑條上簽字，之后走出店門。

5.2 加磷酸三鈉防垢

在軟化水箱中加磷酸三鈉 （Na3PO4·12H2O），防止爐水系統(tǒng)結(jié)垢。

5.2.1 磷酸三鈉防結(jié)垢機理

磷酸三鈉是一種常用的防結(jié)垢藥劑，其防垢機理是在堿性條件下，水中的Ca2+可以和P反應(yīng)如下。

2+

4

3-

10

2

6

生成的堿式磷酸鈣是一種松軟的水渣，很容易隨鍋爐排污而排除。

5.2.2 Mg2+的去除

在加有磷酸三鈉的堿性爐水中，Mg2+可能發(fā)生以下3種反應(yīng)。

由于補充水經(jīng)軟化處理，所以爐水中Mg2+濃度很低，蛇紋石溶解度低，式 (11)首先反應(yīng)。生成的蛇紋石呈水渣狀態(tài)，易隨鍋爐排污而排除。

5.3 加氫氧化鈉調(diào)pH值

運行中，控制爐水pH值在10～11，只加磷酸三鈉的情況下，pH值不能滿足要求，為此，在軟化水箱加入少量的NaOH。加藥量以控制pH值在合適范圍為宜。

表3 自來水和軟化器出水水質(zhì)

通常，控制NaOH加藥量在4～7 mg/L。

需要注意的是：有人擔(dān)心爐水中游離NaOH會使鋼材發(fā)生苛性脆化。對此不必過于擔(dān)心，因為一是鍋爐是焊接的，并非鉚接或脹接，鋼材中無大的應(yīng)力集中；二是控制相對堿度小于0.2，在運行中通常會小于0.1，不會發(fā)生苛性脆化[1]。

5.4 加亞硫酸鈉除氧

為消除溶解氧的腐蝕，在軟化水箱中加入Na2SO3，反應(yīng)如下。

加藥量一般控制在40～60 mg/L，軟化水箱出口溶氧多數(shù)情況下在0.1 mg/L以下。

加入的Na2SO3可以同時起到消除余氯的作用。多數(shù)的Na2SO3在軟化水箱中反應(yīng)掉了，過量的部分即使進入鍋爐也不會分解。因鍋爐的運行壓力一般在0.4～0.6 MPa，遠低于亞硫酸鈉分解的合適壓力 （＞10.8 MPa）[1]，并且爐水溫度不高，一般在50～70℃。

5.5 可采用的其他藥劑

除以上采用的藥劑外，可供選擇的藥劑還有很多。無機的，如氨水、聯(lián)胺、硅磷晶等；有機的：如聚丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸、水解聚馬來酸酐、馬來酸酐—丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸—馬來酸（酐） 共聚物、2—羥基膦?；宜?、氨基三亞甲基膦酸 (ATMP)、羥基亞乙基磷酸鹽 (HEDP)等。

每種有機藥品單獨使用均有不同程度的阻垢或（和） 緩蝕效果，艾仕云曾對有機膦酸鹽的阻垢緩蝕效果做過研究[4]。常用的有機緩釋阻垢劑往往是由以上幾種產(chǎn)品復(fù)配的，可以起到協(xié)同提高的效果。

與無機藥品相比，有機藥品往往耐高溫性差且價格較高，但應(yīng)用方便。在應(yīng)用時，須根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和水質(zhì)確定配方及加藥量。

6 加藥處理處理后的效果

通過加藥處理，爐水pH值控制在10～11，溶解的CO2變?yōu)镃，消除了CO2腐蝕。補充水和爐水水質(zhì)均滿足GB1576—2008的要求。表4是2017年12月11日的軟化器出水和爐水水質(zhì)。

表4 軟化器出水和爐水水質(zhì)

2017年4月，在供暖期結(jié)束后，檢修人員打開人孔門對鍋爐進行了檢查。爐內(nèi)壁和加熱管上的少許積渣經(jīng)擦拭后，均未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，運行控制良好。隨后，對鍋爐做了停爐保護。

7 熱水鍋爐運行需要注意的問題

a） 熱水鍋爐運行前一定要進行沖洗和煮爐，使鍋爐內(nèi)壁形成鈍化膜。

b） 水處理系統(tǒng)安裝前要對補水水源進行分析，視水質(zhì)情況，確定是否安裝除鐵裝置；系統(tǒng)前要安裝過濾裝置。

c） 最好能每天化驗補給水和爐水水質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)調(diào)整加藥量和排污量。

d） 運行中定時排污、排氣，以免發(fā)生二次結(jié)垢。

e） 鍋爐停運時要進行檢查，做好停爐保護工作。

8 結(jié)束語

電熱水鍋爐應(yīng)用越來越廣泛，電熱水鍋爐雖小，但是，對于鍋爐和供暖系統(tǒng)的防腐、防垢同樣是不容忽視的。只有嚴格按照有關(guān)標準控制水質(zhì)，鍋爐才能安全、經(jīng)濟運行，并且延長其使用壽命。

只要嚴格控制水質(zhì)和加藥量，在補水箱加藥也可以取得較為理想的防腐防垢效果。

鑒于有的熱水鍋爐加藥系統(tǒng)設(shè)計不夠完善，本文在水箱中加藥的做法對類似鍋爐系統(tǒng)有一定的借鑒意義。