除鹽水箱除碳技術(shù)及相關(guān)探討

許怡

上海浦城熱電能源有限公司 上海 201204

引言

除鹽水設(shè)備作為鍋爐供水，要求供水電導(dǎo)率保持在0.3%及以下，廠里的除鹽水設(shè)備，首建于1995年，當(dāng)時(shí)是陰陽離子交換器+混床的工藝。在2006年，進(jìn)行改建：工藝流程為預(yù)處理系統(tǒng)+一級(jí)RO+二級(jí)RO+EDI，正式投運(yùn)后，EDI出水在線電阻率維持在30～40（電阻率與電導(dǎo)率互為倒數(shù)，故EDI出水電導(dǎo)在0.03～0.04之間）。后續(xù)EDI出水直接進(jìn)入除鹽水箱[1]。除鹽水箱出水在線電導(dǎo)率為0.3%，廠內(nèi)規(guī)定除鹽水箱出水電導(dǎo)率≤0.3%即合格。

1 發(fā)現(xiàn)問題

2020年底，發(fā)現(xiàn)除鹽水箱出水在線電導(dǎo)上升為0.7%～0.8%，已經(jīng)超過合格標(biāo)準(zhǔn)，為保證鍋爐供水要求，急需找到原因并改善。

水質(zhì)出現(xiàn)問題，首先梳理了以下問題[2]：①EDI設(shè)備有問題，出水不合格；②EDI出水在線電阻率表顯示故障；③除鹽水箱內(nèi)部涂層脫落，環(huán)氧漆面掉落箱體內(nèi)，導(dǎo)致出水電導(dǎo)升高；④除鹽水箱出水電導(dǎo)率表顯示故障。

解決過程是逐個(gè)驗(yàn)證并總結(jié)。

EDI設(shè)備的故障問題，由于廠內(nèi)未配備檢測(cè)裝置，沒有配有流通密閉池的電導(dǎo)率檢測(cè)設(shè)備，所以，本人聯(lián)系了EDI的供應(yīng)商，讓廠家派工程師對(duì)EDI進(jìn)行了檢測(cè)，廠內(nèi)共有4個(gè)EDI模塊，每個(gè)檢測(cè)結(jié)果都是正常的，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，之前我們的EDI出水在線電阻率表一直是顯示30-40，這個(gè)表計(jì)的顯示是錯(cuò)誤的。

在25℃時(shí)的電導(dǎo)率：①普通純水：EC=1～10us/cm；②高純水：EC=0.1～1.0us/cm；③超純水：EC=0.1～0.055us/cm。

電阻頻率越高也就是說明硅酸鹽中分量越少的液體物質(zhì)可能變得越少，純水在25℃的溫度下所測(cè)量的理論電阻值為18.3Ω/cm ，測(cè)定出的電阻值和溫度理論電阻值與實(shí)際液體的溫度值變化頻率密切相關(guān)，溫度變化也就越高，電阻的頻率就可能會(huì)越低，反之則不會(huì)更高。

根據(jù)上訴資料顯示，EDI出水在線電阻率表肯定存在顯示故障，更換新的表計(jì)后，出水電阻率顯示在17.2%～17.3%之間。

雖然EDI出水電阻率表計(jì)故障，但EDI出水是合格的，電導(dǎo)只有0.06左右，那么，EDI作為電滲析設(shè)備，出水應(yīng)該是超純水，電導(dǎo)在接近超純水范圍時(shí)，必須在隔絕空氣，并持續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下檢測(cè)的數(shù)值才是準(zhǔn)確的。如果空氣中有痕跡地滲漏了進(jìn)來，即使不能在其中產(chǎn)生氣泡，仍然可以包含一定數(shù)量的二氧化碳，這就會(huì)大大降低超純水的導(dǎo)熱電阻。

除鹽水箱出水電導(dǎo)率表計(jì)，我們更換了新的，發(fā)現(xiàn)舊的表計(jì)存在故障問題，實(shí)際數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯示數(shù)值。更換后的顯示數(shù)值在1.0～1.3所以在2006年后至今，除鹽水箱出水電導(dǎo)率表的顯示都是故障，偏小的，其實(shí)除鹽水箱出水一直就是超標(biāo)的。

所以最后的問題還是出在除鹽水箱上，廠內(nèi)共有4個(gè)50m3的除鹽水箱，我把每個(gè)水箱人孔門都打開，未見內(nèi)部有明顯脫落情況。最后判斷，問題還是出在EDI出水后到除鹽水箱出水表計(jì)這段上，我們排查了所有管道和箱體外部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)除鹽水箱頂部都有一個(gè)向大氣的通風(fēng)孔，雖然都不大，但等同于跟大氣直接接觸，這可能就是EDI 出水電導(dǎo)只有0.06，但在除鹽水箱內(nèi)的電導(dǎo)就有1.2的原因，除鹽水箱出口，連接的是除鹽水泵，水泵將除鹽水打到鍋爐汽包，以供鍋爐使用。除鹽水箱頂部通大氣的空洞，是防止泵在抽水時(shí)，造成箱體負(fù)壓。

在查閱資料后了解，空氣中的二氧化碳，對(duì)純水的巨大影響CO2對(duì)除鹽水pH值的影響。CO2易于地溶于飽和水，在一種常溫或者者說是非常溫高壓的液態(tài)飽和水或氣態(tài)惰性水溶液中，溶解溶于CO2的水在惰性氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)中的體積和溶于水的惰性化學(xué)分子中的體積數(shù)量之比幾乎為1，CO2溶于飽和水的惰性化學(xué)物質(zhì)多以水合物等分子體的形式（H2CO3）存在。電離出的H+會(huì)降低水的pH，導(dǎo)致鋼鐵腐蝕嚴(yán)重[3]。

CO2對(duì)純水電導(dǎo)率的影響。二氧化氮與純水接觸，會(huì)電離出H+，進(jìn)而引起導(dǎo)電率的升高。

CO2對(duì)熱力系統(tǒng)的危害。在除鹽水進(jìn)入熱力系統(tǒng)后，為提高鍋爐補(bǔ)給水的pH值，可對(duì)汽包進(jìn)行加氨，將 pH維持在8.8～9.3，在此范圍內(nèi)，水中微量氧氣的作用下，汽包和凝汽器表面會(huì)生成一層致密且附著力很強(qiáng)的保護(hù)膜，保護(hù)管壁不會(huì)受到腐蝕。

為了解決二氧化碳的問題，我們針對(duì)除鹽水箱常用的密封方法進(jìn)行了對(duì)比：

目前國內(nèi)外關(guān)于水箱密封技術(shù)的研究方法比較多，具體分析了一些經(jīng)典和不同的常用技術(shù)方法的優(yōu)劣勢(shì)并進(jìn)行了分析和探討之后做出決定。

2 緩沖水隔離法

將整個(gè)除鹽水箱的進(jìn)出水管，連接在一個(gè)活動(dòng)的水箱上，當(dāng)整個(gè)水箱內(nèi)部已經(jīng)充滿大量的空氣和運(yùn)動(dòng)水后，由于這個(gè)進(jìn)水管和進(jìn)行連接處的整個(gè)活動(dòng)水箱僅限于一個(gè)能夠?qū)φ麄€(gè)水箱的進(jìn)、出和水之間平均流量密度相等差的數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)充的平衡作用，所以箱底部的一個(gè)進(jìn)水管平均流量很小，箱內(nèi)底部液體溫度的變化也很小，箱內(nèi)其中底部?jī)?chǔ)存液態(tài)的水體就已經(jīng)能夠?qū)ζ淦鸬揭环N極為暫時(shí)性的運(yùn)動(dòng)緩沖和一種隔離進(jìn)水的作用，使箱內(nèi)最上部容易被箱內(nèi)空氣污染的一段純液態(tài)水體在運(yùn)動(dòng)時(shí)并不會(huì)馬上自動(dòng)地流出，減輕了箱底部中的空氣進(jìn)入出水和進(jìn)入進(jìn)行水的質(zhì)量改變壞掉運(yùn)動(dòng)時(shí)給水的趨勢(shì)。

優(yōu)點(diǎn)：該方法不用額外安裝，而且無任何設(shè)備費(fèi)用。

缺點(diǎn)：該工藝的功能和作用范圍還很有限，無法從根本上解決這個(gè)問題，只能從設(shè)計(jì)階段來考慮，對(duì)于正常運(yùn)行的發(fā)電廠也無法實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)榈撞康倪M(jìn)水會(huì)涉及基礎(chǔ)建筑物的結(jié)構(gòu)。

3 氮?dú)饷芊夥?/h2>

將箱內(nèi)所有處于水面上的氣和空氣完全干燥更換之后成為干燥的氣和氮?dú)?，使箱?nèi)的氣和水不再與其他來自外界的水和空氣相互發(fā)生接觸，從而我們可以有效達(dá)到加強(qiáng)維護(hù)和管理提高箱內(nèi)水質(zhì)的重要作用[4]。

優(yōu)點(diǎn)：該方式從根本上避免了外界空氣進(jìn)入箱內(nèi)的存在，因而已經(jīng)達(dá)到了人們所預(yù)期的效果，在西方國家的建筑物設(shè)計(jì)過程中往往能夠看得出這種采用密封技術(shù)的方案。

缺點(diǎn)：這種箱體生產(chǎn)工藝在整個(gè)箱體上所需要設(shè)置的安全保護(hù)裝置和安全自動(dòng)防護(hù)裝置措施的操作可靠性都不能要求非常高，生產(chǎn)工藝實(shí)際運(yùn)行中的成本相對(duì)比較高。

4 塑料球密封

把特制的雙層塑料防水球體放置于潔凈水箱內(nèi)部并漂浮在一個(gè)潔凈水面上，隔絕箱內(nèi)的潔凈水面和箱內(nèi)空氣之間的強(qiáng)烈接觸，以便于達(dá)到日常維護(hù)和清理保持箱內(nèi)潔凈水質(zhì)的重要作用。

優(yōu)點(diǎn)：該方法工藝簡(jiǎn)單，便于清掃。

缺點(diǎn)：水箱密閉性和排氣效果并不是很理想，塑料排氣球容易隨著進(jìn)入水箱的一個(gè)溢氣整流管而向外堵塞排氣。

5 堿性物質(zhì)吸收法

主要是通過液堿等堿性的物質(zhì)將空氣中的二氧化碳直接進(jìn)行吸收，不能隨空氣一起進(jìn)入去除鹽水箱，常見的堿性物質(zhì)主要有堿石棉和液態(tài)工業(yè)堿，在水桶的通氣管上分別連接一個(gè)容器，將堿性石棉或者是液態(tài)工業(yè)堿存儲(chǔ)后放入其中，后期需要進(jìn)行清洗和更換，冬季時(shí)候還需要防凍。

優(yōu)點(diǎn)：阻止了二氧化碳進(jìn)入水箱。

缺點(diǎn)：對(duì)于整個(gè)水箱的正常運(yùn)行狀況維護(hù)要求很嚴(yán)格，維護(hù)量較大，尤其特別是冬季對(duì)于水箱維護(hù)應(yīng)充分同時(shí)考慮到避暑防凍，堿性水等化學(xué)物質(zhì)沒有及時(shí)處理做好的經(jīng)常更換很有可能就會(huì)引起的冰箱水質(zhì)輕微波動(dòng)。

6 浮頂密封法

在水箱中再加一套漂浮物，將其箱體內(nèi)部的水面和空氣分隔。浮頂就好像是活動(dòng)的塞子一樣，隨著箱內(nèi)水位的降低或者是上升，這樣就能夠達(dá)到預(yù)防箱內(nèi)水質(zhì)惡劣的目標(biāo)。

優(yōu)點(diǎn)：基本上解決液面全密封問題，密封效果好。

缺點(diǎn)：除了鹽水箱外，還不能由上部向下排水，底側(cè)部和底部的入口均可。

根據(jù)上訴密封的方法，結(jié)合我們的實(shí)際工況，最終我們決定采用堿性物質(zhì)吸收法的方式，改建除鹽水箱。

首先，封閉所有除鹽水箱頂部的通大氣管道，將四個(gè)除鹽水箱頂部用聯(lián)通罐聯(lián)通，增加除鹽水箱堿封，我們采用氫氧化鈉溶液作為吸收二氧化碳的溶液。

新增的設(shè)備，包括一個(gè)盛有堿液的三層隔層，堿液箱的底部分別設(shè)置為不帶有加液器入口，堿液水箱的底部分別設(shè)置為不帶有排液器入口，堿水箱內(nèi)的各個(gè)管道分別安裝為不帶有呼吸管、吸氣器入口和管與空氣進(jìn)行分配的各個(gè)噴頭，呼吸器和管分別設(shè)置位于大量堿液濾水箱的噴嘴上部，吸氣器和管道的另外一端都是連接具有兩層和管的各個(gè)入口，且?guī)в形鼩馄骱凸艿母鱾€(gè)入口同樣是通過伸出輸送到大量堿液盒，空氣進(jìn)行分配的各個(gè)噴頭都同樣是通過浸入輸送到大量堿液中，且將其與空氣進(jìn)行分配的各個(gè)噴頭都是放置在帶有吸氣器的管上并與其他帶有吸氣器的管相互銜接連通。

堿封如圖1所示。

圖1 呼吸器示意圖

圖中虛線處，計(jì)劃加入20%-30%濃度的氫氧化鈉，達(dá)到去除水中二氧化碳的作用，進(jìn)而減少空氣對(duì)電導(dǎo)的影響。

1號(hào)：密封端口

2號(hào)：加堿管道

3號(hào)：氫氧化鈉的水位線

4號(hào)：上層藥劑溢流口

5號(hào)：下層藥劑連接口

6號(hào)：除鹽水箱頂部連通管

7號(hào)：藥劑排空口

8號(hào)：連接除鹽水箱頂部連通管道

9號(hào)：藥劑排空伐

10號(hào)：外殼

11號(hào)：上層

12號(hào)：中層

13號(hào)：支架層

實(shí)際改造后的圖片：

圖2 呼吸器現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖

主要化學(xué)原理：

當(dāng)少量的液體二氧化碳和少量氫氧化鈉直接進(jìn)行碳和水水合反應(yīng)作用時(shí)會(huì)直接產(chǎn)生大量碳酸氫鈉和有的水，當(dāng)加入過量的液體二氧化碳和少量氫氧化鈉直接進(jìn)行碳和水水合反應(yīng)作用時(shí)會(huì)直接產(chǎn)生大量碳酸氫鈉。

二氧化碳和金屬氫氧化鈉直接進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，會(huì)直接導(dǎo)致加熱使硝酸燒堿轉(zhuǎn)化成新的金屬硝酸鹽，相應(yīng)的金屬化學(xué)反應(yīng)機(jī)理方程式可以定義如下為：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。

當(dāng)空氣中的二氧化碳含量過多時(shí)，二氧化碳與氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)，生成一種稱為碳酸氫鈉的物質(zhì)：

① 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；

② Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3；

總方程式：NaOH+CO2=NaHCO3。

二氧化碳過量，與生成的碳酸鈉生成碳酸氫鈉，若是達(dá)到飽和溶液，便會(huì)有白色物質(zhì)析出。我們通過觀察透明桶內(nèi)有無白色物質(zhì)，來判斷是否需要更換氫氧化鈉溶液。但運(yùn)行一個(gè)半月后，并未發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉有白色物質(zhì)析出。

通過加氫氧化鈉的辦法，減少空氣中二氧化碳對(duì)除鹽水箱內(nèi)電導(dǎo)率的影響，使用后，以下四個(gè)模式，都持續(xù)一周以上所得的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 吸器安裝前后數(shù)據(jù)分析

在添加到30%濃度的氫氧化鈉溶液時(shí)，除鹽水箱出水電導(dǎo)率穩(wěn)定在0.26。

7 結(jié)束語

至此，我們解決了除鹽水箱出水導(dǎo)電率不合格的問題，同時(shí)我們也了解到，在初期建廠和后期除鹽水改建過程中的不足，表計(jì)的故障，理論知識(shí)的缺乏。都是需要改進(jìn)的部分。