鍋爐水中磷酸鹽變化的奧秘

梁杰

摘 要：根據(jù)爐水中磷酸鹽指標(biāo)在不同情況下發(fā)生變化的現(xiàn)象，根據(jù)筆者多年的運(yùn)行汽水化驗(yàn)工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鍋爐水內(nèi)磷酸鹽在不同的情況下會(huì)有不同的顯示值，如鍋爐低負(fù)荷條件下、剛剛啟爐時(shí)磷酸鹽顯示值偏高等，通過(guò)理論分析，層層挖掘其原因，揭開(kāi)鍋爐水中磷酸鹽變化的奧秘。

關(guān)鍵詞：磷酸鹽 磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象 膜狀沸騰 汽水分層 自由水面

中圖分類(lèi)號(hào)：TK227.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0099-02

據(jù)筆者多年的運(yùn)行汽水化驗(yàn)工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鍋爐水內(nèi)磷酸鹽在不同的情況下會(huì)有不同的顯示值：如鍋爐低負(fù)荷條件下、剛剛啟爐時(shí)磷酸鹽顯示值偏高，鍋爐高負(fù)荷條件下，磷酸鹽顯示值偏低，鍋爐水有硬度存在時(shí)，鍋爐水中磷酸鹽顯示值會(huì)為零……這些現(xiàn)象說(shuō)明了什么？鍋爐水中磷酸鹽的變化有什么奧秘嗎？這得從鍋爐水中磷酸鹽的防垢原理講起。

1 磷酸鹽防垢處理

鍋爐內(nèi)的水是由給水引入的，給水是由爐外補(bǔ)給水、凝結(jié)水、疏水、熱網(wǎng)疏水等組成的，這些水進(jìn)入鍋爐中不可避免地會(huì)有鈣、鎂等硬度離子存在，這些離子在鍋爐中若不及時(shí)除去就會(huì)在水冷壁管中結(jié)成鈣鎂水垢，從而影響汽水循環(huán)工況，危及熱力設(shè)備的安全運(yùn)行和其壽命，甚至造成爆管停爐，后果是相當(dāng)嚴(yán)重的。那么如何才能除去鍋爐水中的硬度離子呢？科學(xué)家們通過(guò)長(zhǎng)期的科學(xué)實(shí)驗(yàn)總出一種方法：向爐水中加入磷酸三鈉鹽（Na3PO4·12H2O）溶液的辦法，使鍋爐水中經(jīng)常維持一定含量的磷酸根離子（PO43-）。由于鍋爐水處在沸騰條件下，而且它的堿性較強(qiáng)（鍋爐水的pH一般在9～11的范圍內(nèi)），因此，爐水中的鈣離子與磷酸根會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

10Ca2++6PO43-+2OH- Ca10（OH）2（PO4）

（堿式磷灰石）

生成的堿式磷灰石是一種松軟的水渣，這種水渣沉積在下聯(lián)箱水流緩慢的地方，且不會(huì)粘附在鍋內(nèi)轉(zhuǎn)變成水垢，通過(guò)定期排污排除爐外，這樣就可以將爐水中的硬度離子除掉了。磷酸鹽處理不僅可以防垢，也是汽包爐防腐的重要措施，可以為爐水提供適當(dāng)?shù)膲A性，維持適當(dāng)?shù)臓t水pH值，并對(duì)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。不設(shè)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的機(jī)組，磷酸鹽加藥處理增加了抵御凝汽器偶然泄漏和啟動(dòng)時(shí)的給水污染能力。同時(shí)，磷酸鹽共沉積作用可減少飽和蒸汽對(duì)氯化物和硫酸鹽等離子的攜帶，減緩汽輪機(jī)的酸性腐蝕。

2 鍋爐水中磷酸鹽含量控制標(biāo)準(zhǔn)

但向鍋爐內(nèi)加多少磷酸鹽適合呢？加多或加少對(duì)鍋爐水會(huì)有什么危害嗎？目前200MW機(jī)組，鍋爐水中磷酸根（PO43-）控制的標(biāo)準(zhǔn)是（2～8）mg/L，若采用低磷處理，磷酸根（PO43-）控制的標(biāo)準(zhǔn)是（0.5～3）mg/L，（凝汽器嚴(yán)密性較差或泄漏頻繁的機(jī)組不應(yīng)采用低磷處理）磷酸鹽處理中PH、磷酸根參數(shù)控制值與《火力發(fā)電機(jī)組蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 12145-1999）一致，但規(guī)程將磷酸鹽—pH值協(xié)調(diào)處理作為高參數(shù)爐推薦的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這種控制指標(biāo)的根據(jù)是什么呢？

2.1 鈣垢的防止

爐水中不可避免地會(huì)有SO42-和SiO32-等離子。首先我們應(yīng)了解，堿式磷酸鈣是一種非常難溶的化合物，它的溶度積很小，若鍋爐水中保持有一定量的過(guò)剩PO43-時(shí)，就可以使鍋爐水中的鈣離子（Ca2+）的含量非常小，以至在鍋爐水中它的濃度與SO43-濃度或SiO32-濃度的乘積不會(huì)達(dá)到CaSO4或CaSiO3的溶度積，這樣鍋內(nèi)就不會(huì)有鈣垢形成。那么爐水中磷酸根（PO43-）的含量是不是過(guò)剩得越多越好呢？

2.2 向鍋爐內(nèi)加入過(guò)量磷酸根（PO43-）的危害

（1）藥品（磷酸三鈉）消耗量增大。

若向鍋爐水中加入過(guò)量的磷酸鹽，既爐水中有了超過(guò)一定數(shù)量的過(guò)剩磷酸根（PO43-），這樣隨排污水排出的藥量會(huì)增多，使藥品的消耗量就會(huì)增加，增加了經(jīng)濟(jì)支出成本。

（2）增加鍋爐水的含鹽量，影響了蒸汽品質(zhì)。

因磷酸三鈉是一種鹽類(lèi)，其加入過(guò)多，自然就隨爐水的機(jī)械攜帶和溶解攜帶進(jìn)入蒸汽中，也必然會(huì)影響蒸汽品質(zhì)。

（3）生成磷酸鹽垢。

大家知道，隨給水進(jìn)入鍋內(nèi)的Mg2+量常常是較少的，在沸騰著的堿性鍋爐水中，它會(huì)和隨給水帶入的SiO32-發(fā)生下述反應(yīng)：

3Mg2++2 SiO32-+2OH-+H2O MgO·2SiO2·2H2O

此反應(yīng)生成的蛇紋石呈水渣形態(tài)，易隨鍋爐水的排污排除。但是當(dāng)鍋爐水中PO43-過(guò)多時(shí)，有可能生成Mg3（PO4）2。由于Mg3（PO4）2在高溫水中的溶解度非常小，能粘附在爐管內(nèi)形成二次水垢。這是一種導(dǎo)熱性能很差的松軟水垢。

NaHCO3→CO2↑+NaOH

Na2CO3+H2O→CO2↑+2NaOH

碳酸鹽與硬度及磷酸鹽相互作用

2Ca（HCO3）2+2Na3PO4→6NaOH+6CO2↑+Ca3（PO3）2↓

（4）容易在高壓和超高壓鍋爐中發(fā)生磷酸鹽的“隱藏”現(xiàn)象。

所謂磷酸鹽的“隱藏”現(xiàn)象，就是當(dāng)鍋爐負(fù)荷增高時(shí)，鍋爐水中某些易溶鹽類(lèi)如磷酸三鈉（Na3PO4）便從爐水中析出，沉積在金屬管壁上，因此它們?cè)阱仩t水中的濃度降低。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，這些鹽類(lèi)又重新被溶解下來(lái)，它們?cè)阱仩t水中的濃度有升高了，這種現(xiàn)象就是磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有兩個(gè)：①與磷酸三納的特性有關(guān)。磷酸三鈉（Na3PO4）在水中的溶解度隨水溫升高而增加，當(dāng)溫度升高達(dá)2000℃以上時(shí)，溶解度明顯下降，所以當(dāng)鍋爐管壁某區(qū)域發(fā)生局部過(guò)熱時(shí)，磷酸三鈉（Na3PO4）容易沸騰并蒸干而析出，就引起了暫時(shí)消失現(xiàn)象。②與爐管的熱負(fù)荷有關(guān)。當(dāng)爐管的熱負(fù)荷增加時(shí)，就容易使?fàn)t管內(nèi)的爐水發(fā)生不正常的沸騰工況，如膜狀沸騰、汽水分層、自由水面等，這些不正常的工況都會(huì)使靠近管壁處的水很快被蒸干，或當(dāng)這些管壁附近處的水溫偏高時(shí)，水溶液中的易溶鹽類(lèi)如磷酸三鈉就會(huì)在管壁上析出。當(dāng)鍋爐出力減小或停爐時(shí)，爐堂內(nèi)熱負(fù)荷降低，爐管內(nèi)的爐水水溫及沸騰狀態(tài)恢復(fù)正?；蚬鼙陂_(kāi)始受到冷卻時(shí)，可使原來(lái)析出并附著在管壁上的磷酸鹽又重新溶解于爐水中。

3 揭開(kāi)鍋爐水中磷酸鹽變化的奧秘

通過(guò)上述分析，你是否已基本清楚了爐水中磷酸鹽變化的奧秘。

（1）爐水中磷酸根離子（PO43-）減少：①是因?yàn)榱姿猁}發(fā)生了暫時(shí)消失現(xiàn)象，鍋爐負(fù)荷增高時(shí)，磷酸根部分吸附在管壁上使其在爐水中的濃度減少；②或加入爐內(nèi)的磷酸鹽藥量減少；③或部分生成了磷酸鹽垢而沉積在水冷壁上。第三種現(xiàn)象不會(huì)造成瞬間減少；④爐水中由于凝汽器泄漏或熱網(wǎng)疏水泄漏等原因致使?fàn)t水中出現(xiàn)了過(guò)量的硬度離子，將磷酸根離子大部分或完全吃掉，致使磷酸根（PO43-）含量減少或?yàn)榱恪?/p>

（2）爐水中爐水中磷酸根離子（PO43-）增加：①當(dāng)鍋爐負(fù)荷突然減少，管壁上析出的磷酸根離子（PO43-）又重新返回到爐水中，致使?fàn)t水中磷酸根離子（PO43-）濃度增加；②啟爐時(shí)，原吸附在管壁上的磷酸根離子（PO43-）又重新溶在爐水中，致使?fàn)t水中的磷酸根離子（PO43-）濃度增加；③向爐內(nèi)加入了過(guò)量的磷酸三鈉，致使?fàn)t水中的磷酸根離子（PO43-）增加。

4 如何指導(dǎo)實(shí)踐

（1）如何判斷磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象；

（2）如何防止磷酸鹽暫時(shí)消失現(xiàn)象；

（3）如何通過(guò)磷酸根離子（PO43-）含量判定設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常；

（4）如何控制磷酸根離子（PO43-）加藥量；

（5）爐水中磷酸根離子（PO43-）和爐水中的pH值不能匹配時(shí)如何調(diào)整，這些問(wèn)題有待下次闡述。

參考文獻(xiàn)

[1] 華東電業(yè)管理局編.電廠化學(xué)技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2] 肖作善.熱力發(fā)電廠水處理[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[3] 電力行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心編.電廠水化驗(yàn)員[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[4] 電力行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心編.電廠水處理值班員[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.endprint