工業(yè)鍋爐新型無磷爐水處理劑的研究與應(yīng)用

賈裕 平雙榮 徐向東 劉春林 王利元

陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工股份有限公司 陜西 榆林 718500

1 項(xiàng)目背景

陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工股份有限公司（榆能化公司）熱動(dòng)力站6臺(tái)鍋爐型號(hào)分別為HX320/10.6—π1型（一期4臺(tái)）和HX320/10.6—π2型（填平補(bǔ)齊2臺(tái)），高壓、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、燃煤汽包爐。鍋爐是華西能源有限公司設(shè)計(jì)制造，采用中速磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)送粉，單爐膛四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、π型布置的平衡通風(fēng)、自然循環(huán)汽包爐。

鍋爐原設(shè)計(jì)中，給水除氧系統(tǒng)投加二甲基酮肟進(jìn)行除氧，投加氨水調(diào)節(jié)給水p H 值（9.2～9.6），爐水中投加磷酸三鈉調(diào)節(jié)爐水pH（9.0～10.0），因全廠水系統(tǒng)屬于化工廢水循環(huán)利用，無外排水，爐水pH一直偏低，后經(jīng)評(píng)估交流，在爐水中投加一定量的片狀氫氧化鈉。

2017年前一期鍋爐爐水和蒸汽質(zhì)量指標(biāo)執(zhí)行（GB/T 12145—2008《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》），爐水電導(dǎo)率＜60μS/cm，鍋爐電導(dǎo)率指標(biāo)可滿足標(biāo)準(zhǔn)。2017年后鍋爐質(zhì)量指標(biāo)開始執(zhí)行（GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》），爐水電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)＜30μS/cm，但是目前熱動(dòng)力站6臺(tái)鍋爐爐水電導(dǎo)率在40μS/cm以上，即使鍋爐連排連續(xù)全開，定排每班一次（3次/d），仍無法滿足新國(guó)標(biāo)要求，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐排污率大，對(duì)鍋爐熱效率有一定影響。

2 爐水處理存在的問題

現(xiàn)在一般的中高壓鍋爐都是采用加磷酸鹽，為了防止?fàn)t內(nèi)生成鈣鎂水垢和減少水冷壁管腐蝕，此工況之所以能夠?qū)﹀仩t起到防腐蝕的效果，是因?yàn)榱姿猁}的水解溶液呈堿性，只要保持適量的磷酸鹽濃度，爐水pH值也將維持在合適的范圍，并因此抑制鍋爐金屬在水中的腐蝕速度。[1]

爐水處理工況存在以下問題：

一是因?yàn)槿珡S水系統(tǒng)屬于化工廢水循環(huán)利用，鍋爐爐水pH值較標(biāo)準(zhǔn)（9～10）偏低，目前通過輔助添加氫氧化鈉保障pH值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，磷酸酸鈉和氫氧化鈉加藥造成加藥管與汽包處發(fā)生堿腐蝕泄漏，2022年2#爐和1#爐發(fā)生2次泄漏停爐事件。

二是鍋爐爐水電導(dǎo)率無法達(dá)到GB/T12145—2016（≤30μS/cm）要求，為降低爐水電導(dǎo)率，6臺(tái)鍋爐連排（連續(xù)排污）開度100%，每班定排（定期排污）一次，但各臺(tái)鍋爐爐水電導(dǎo)仍保持在40μS/cm以上。由于鍋爐連排開度大、定排頻次高，實(shí)際排污率（≥4%）遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值（一期啟動(dòng)項(xiàng)目4臺(tái)鍋爐排污率2%，填平補(bǔ)齊規(guī)程兩臺(tái)鍋爐排污率1%），導(dǎo)致鍋爐排污熱損失較高，進(jìn)而影響鍋爐熱效率。

三是爐水質(zhì)量指標(biāo)作為鍋爐外檢重點(diǎn)檢查項(xiàng)目，指標(biāo)不合格影響鍋爐外檢結(jié)果。（2021年熱動(dòng)力站鍋爐外檢，鍋爐爐水電導(dǎo)不達(dá)標(biāo)已被陜西省特檢院列入重點(diǎn)整改項(xiàng)目）。

四是鍋爐排污量大，排污管道流速快，造成鍋爐定排管和連排管磨損泄漏，影響鍋爐裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

五是鍋爐排量大，導(dǎo)致定排降溫池且水溫溫度高約80℃。管線結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致定排井污水無法通過重力流順利流至生產(chǎn)污水池，造成現(xiàn)場(chǎng)定排井高液位運(yùn)行，時(shí)有發(fā)生滿液、冒水現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致電纜溝頻繁出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象，對(duì)熱動(dòng)力站穩(wěn)定運(yùn)行存在極大安全隱患，同時(shí)易造成環(huán)保事件。

六是裝置運(yùn)行過程中存在磷酸鹽隱藏現(xiàn)象，易導(dǎo)致水冷壁管腐蝕，甚至發(fā)生汽水共騰現(xiàn)象。

七是爐水含鹽量高，容易影響蒸汽品質(zhì)，頻繁因?yàn)闋t水電導(dǎo)高導(dǎo)致鍋爐飽和蒸汽和過熱蒸汽鈉指標(biāo)超標(biāo)。

八是鍋爐排污水含磷較大，增加水系統(tǒng)污水處理難度。

3 新型無磷藥劑的特性和投加方法

3.1 無磷藥劑的特性

無磷藥劑主要成分為保護(hù)性多胺（成膜作用），成膜多胺的氨基官能團(tuán)對(duì)外表現(xiàn)為正價(jià)性，而金屬表面會(huì)提供少數(shù)電子，這樣當(dāng)藥劑加入水中后，多胺中的氨基官能團(tuán)會(huì)透過爐壁表面的沉積物，氧化層抓獲金屬的電子，相當(dāng)于一個(gè)化學(xué)的過程，最終會(huì)在金屬表面形成一層納米級(jí)的膜-多胺膜，這層膜會(huì)同原來的氧化膜絡(luò)合在一起，形成新的保護(hù)膜。這個(gè)過程中對(duì)原有的沉積物，有個(gè)緩慢的剝離作用。最終會(huì)在金屬表面形成一層更加致密、均勻的保護(hù)膜，從而隔絕氧氣，防止沉積物的沉積，防止腐蝕的發(fā)生。

無磷藥劑內(nèi)聚羧酸酯是大分子的螯合物保證在600C°、22MPa的壓力可以正常使用，這種大分子的螯合物可以吸附各種正價(jià)的離子，如Ca離子，Mg離子，F(xiàn)e離子，Cu離子等，懸浮在水中，最終通過重力的作用沉積下來，通過排污排出系統(tǒng)。該藥劑作為高分子有機(jī)物，呈微弱的負(fù)電性，其微量的添加，在不增加爐水電導(dǎo)率前提下，能實(shí)現(xiàn)更高的爐水濃縮倍率。

同時(shí)，無磷藥劑內(nèi)有機(jī)胺·H2O=可逆=有機(jī)胺H++OH-藥劑中包含2種以上的有機(jī)胺，有機(jī)胺水解出OH-中和水中的H+，使用有機(jī)胺可以保證胺在氣相和液相都有一定的分配，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的pH值相對(duì)穩(wěn)定。另外避免氨水對(duì)銅的腐蝕。

3.2 無磷藥劑投加方法

無磷藥劑使用25kg塑料桶運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，使用原磷酸鹽加藥泵進(jìn)行無磷藥劑投加，通過調(diào)整加藥泵揚(yáng)程控制加藥量大小，揚(yáng)程調(diào)整主要以爐水在線pH值作為參考，同時(shí)根據(jù)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷和爐水指標(biāo)分析化驗(yàn)結(jié)果適時(shí)進(jìn)行調(diào)整無磷藥劑加藥量，保證爐水pH、電導(dǎo)率、蒸汽鈉離子等主要控制指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)。

同時(shí)，崗位運(yùn)行采用便攜式pH檢測(cè)儀和電導(dǎo)檢測(cè)儀，每2h檢測(cè)一次爐水電導(dǎo)和pH值，并如實(shí)進(jìn)行記錄，作為運(yùn)行調(diào)整參考依據(jù)，并與質(zhì)檢中心分析數(shù)據(jù)及時(shí)比對(duì)，互做參考。

4 新型無磷藥劑試用情況及數(shù)據(jù)分析

4.1 無磷藥劑投加量

熱動(dòng)力站4#鍋爐無磷藥劑使用階段，首先停止加入磷酸三鈉藥劑和氫氧化鈉，同時(shí)置換加藥罐，投加無磷藥劑進(jìn)行替換，試用初期4#鍋爐無磷藥劑加入量為8g/t（每t給水加8g無磷藥劑），藥劑替換過程中加藥量偏大，后續(xù)加藥量穩(wěn)定到5.5g/t給水，試用期間4#鍋爐總計(jì)加入無磷藥劑0.875t，無磷藥劑加藥量為5.8g/t給水，無磷藥劑整體加藥量較少。

4.2 無磷藥劑試用階段爐水pH 指標(biāo)情況

無磷藥劑試用期間4#爐爐水pH值可穩(wěn)定在9.0至9.5之間，pH值穩(wěn)定性較磷酸三鈉加藥方式pH值較穩(wěn)定，鍋爐爐水pH值波動(dòng)小。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鍋爐運(yùn)行工況穩(wěn)定的情況下，加藥濃度不變的情況下，爐水pH值受鍋爐排污量和給水品質(zhì)影響較大，通過監(jiān)控給水質(zhì)量指標(biāo)情況，及時(shí)預(yù)判，提前干預(yù)，調(diào)整無磷藥劑加藥量和排污閥開度，保障爐水pH值在規(guī)定范圍內(nèi)。

4.3 試用期間爐水電導(dǎo)指標(biāo)情況

無磷藥劑試用前一個(gè)月4#鍋爐爐水電導(dǎo)率平均值在46.35μS/cm，爐水電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求值，無磷藥劑試用試用第一周爐水電導(dǎo)平均值降至33.34μS/cm，試用第二周爐水電導(dǎo)平均值降至30.2μS/cm，試用第三周電導(dǎo)平均值降至29.1μS/cm。無磷藥劑試用期間，爐水電導(dǎo)降幅明顯，期間電導(dǎo)較穩(wěn)定，隨著試用時(shí)間增加爐水電導(dǎo)逐漸降至標(biāo)準(zhǔn)要求值以下，試用第3周后平均值降至標(biāo)準(zhǔn)要求值（30μS/cm）以下。

4.4 試用期間4#鍋爐飽和蒸汽鈉離子及二氧化硅指標(biāo)

4#鍋爐無磷藥劑試用過程中，4#鍋爐飽和蒸汽鈉離子可維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，鈉離子平均值較試用前有下降趨勢(shì)。其中二氧化硅指標(biāo)在試用初期出現(xiàn)波動(dòng)，主要原因?yàn)闊o磷藥劑試用初期由于藥劑有分散、清洗作用，使?fàn)t內(nèi)受熱面原有二氧化硅會(huì)被清洗下來，導(dǎo)致蒸汽二氧化硅出現(xiàn)短暫升高現(xiàn)象，試用后期爐水二氧化硅指標(biāo)較試用前有明顯下降。

4.5 試用期間4#鍋爐過熱蒸汽鈉離子及二氧化硅指標(biāo)

4#鍋爐無磷藥劑試用過程中，4#鍋爐過熱蒸汽鈉離子可維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，鈉離子平均值較試用前有下降趨勢(shì)。其中二氧化硅和鈉離子指標(biāo)在試用初期出現(xiàn)波動(dòng)，主要原因?yàn)闊o磷藥劑試用初期由于藥劑有分散、清洗作用，爐內(nèi)受熱面原有二氧化硅和鈉離子會(huì)被清洗下來，導(dǎo)致蒸汽二氧化硅和鈉離子出現(xiàn)短暫升高現(xiàn)象，試用后期爐水二氧化硅指標(biāo)較試用前有明顯下降。

4.6 試用期間鍋爐排污量

無磷藥劑試用過程中，鍋爐連排開度由原來的100%降至19%，定排次數(shù)由原來每天3次降至2天1次，鍋爐排污量明顯降低。

4.7 試用期間鍋爐給水電導(dǎo)和pH 值情況

4#鍋爐無磷藥劑試用過程中，4#鍋爐給水pH值控制在9.0～9.2之間，電導(dǎo)在5～11μS/cm之間，鍋爐給水pH值和電導(dǎo)穩(wěn)定，對(duì)無磷藥劑整體試用影響較小。

4.8 鍋爐節(jié)能效益計(jì)算如下

（1）減排量=產(chǎn)汽量×減排率

（2）減排量煤耗=減排量×（爐水焓值-給水焓值）÷入爐煤熱值

（3）減排量煤耗成本=減排量煤耗×當(dāng)前入爐煤價(jià)

（4）節(jié)支脫鹽水成本=減排量×脫鹽水價(jià)格

（5）藥劑成本=產(chǎn)汽量×噸蒸汽加藥量×藥劑費(fèi)用

（6）節(jié)能總效益=排污煤耗成本+節(jié)支脫鹽水成本-藥劑成本

由上述公式計(jì)算得出6臺(tái)鍋爐使用無磷藥劑每年可節(jié)支1343萬元。

5 無磷藥劑試用結(jié)果

（1）通過新型無磷藥劑的試用，發(fā)現(xiàn)無磷藥劑水處理劑能夠滿足鍋爐裝置爐水處理效果，藥劑使用后鍋爐蒸汽飽和、過熱蒸汽鈉離子、二氧化硅質(zhì)量指標(biāo)均能滿足《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12145—2016》標(biāo)準(zhǔn)。

（2）新型無磷藥劑使用期間，爐水電導(dǎo)率由原來平均46.3μS/cm降至標(biāo)準(zhǔn)值30μS/cm以下，電導(dǎo)率下降明顯，爐水pH值可穩(wěn)定維持在9.0—9.5之間，爐水電導(dǎo)率和pH值可滿足《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12145—2016》標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）無磷藥劑試用期間，在降低爐水電導(dǎo)率前提下，能實(shí)現(xiàn)更高的爐水濃縮倍率，鍋爐排污量下降9.33t/h，排污率下降3.4%，排污率下降明顯，無磷藥劑具有較好的節(jié)能效果，經(jīng)初步計(jì)算，若6臺(tái)鍋爐均投加改無磷藥劑，每年可節(jié)支約1343萬元[2]。

（4）無磷藥劑加藥量在5.8g/t給水左右，藥劑整體使用量較少，滿足試用要求。

（5）無磷藥劑試用初期由于藥劑有分散、清洗作用，爐內(nèi)受熱面原有二氧化硅會(huì)被清洗下來，使用無磷藥劑處理的鍋爐水能大幅降低發(fā)生蒸汽中的二氧化硅含量，具有在運(yùn)行中清除蒸汽管道、汽輪機(jī)積鹽的功能，能防止過熱器發(fā)生新的積鹽，也能夠清除過熱器已經(jīng)存在的積鹽，保持設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（6）無磷藥劑無磷、無鈉離子，每年鍋爐可減少6t磷酸三鈉和3t氫氧化鈉加入量，可減少過熱蒸汽鈉離子的攜帶量，解決鍋爐飽和、過熱蒸汽頻繁超標(biāo)問題，同時(shí)緩解蒸汽蒸汽管道和透平汽輪機(jī)組葉片結(jié)鹽，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（7）藥劑為有機(jī)成分，不存在鹽類離子，該藥劑投放后，可以不再使用磷酸鹽和氨物質(zhì)處理水質(zhì)，大幅度降低了鍋爐水中的雜質(zhì)，加上藥劑中的有機(jī)聚合物具有較強(qiáng)的扭曲或重構(gòu)晶格能力，以及所具有分散效應(yīng)和溶限效應(yīng)，使鍋爐水中的沉積物保持分散懸浮狀態(tài)，避免與器壁接觸，從而大大增強(qiáng)了其防垢能力[3]。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)新型無磷藥劑產(chǎn)品的研究與應(yīng)用，得出新型無磷藥劑可保證鍋爐裝置蒸汽質(zhì)量指標(biāo)合格，穩(wěn)定控制鍋爐pH值，有效降低爐水電導(dǎo)率，大幅度減少鍋爐排污量，有較好的節(jié)能減排效果。鍋爐裝置從節(jié)能減排、穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行、降低爐水電導(dǎo)等方面綜合考慮，結(jié)合無磷藥劑應(yīng)用情況和相關(guān)單位無磷藥劑使用業(yè)績(jī)情況，鍋爐水處理新型無磷藥劑具有促進(jìn)全廠汽水系統(tǒng)良性循環(huán)，徹底解決爐水電導(dǎo)高問題，保障全廠安全穩(wěn)定運(yùn)行有巨大作用。