鍋爐用有機膦酸除垢劑實驗研究

張育彬，陳觀生

（1.中山市潤興節能科技有限公司，廣東中山528445；2.廣東工業大學材料與能源學院，廣東廣州510006）

鍋爐用有機膦酸除垢劑實驗研究

張育彬1，陳觀生2

（1.中山市潤興節能科技有限公司，廣東中山528445；2.廣東工業大學材料與能源學院，廣東廣州510006）

對有機膦酸除垢劑的除垢性能進行實驗研究。除垢劑由HEDP、HPMA、ATMP及PAA等有機膦酸中的2～3種復配而成，在50～90℃溫度及8 h時間范圍內觀察其對鍋爐垢體的除垢效果。實驗結果表明，除垢效果最好的除垢劑組合是HEDP+HPMA+ATMP，其質量配比為3g∶10g∶6g（水的質量為150g），適宜的工作溫度為70℃。

鍋爐；有機膦酸；除垢劑

0　引言

電廠鍋爐經過長時間的運行，不可避免地會出現水垢。鍋爐形成水垢的主要原因是給水中帶有硬度成份，經過高溫、高壓的不斷蒸發濃縮以后，在爐內發生一系列的物理、化學反應，最終在受熱面上形成堅硬、致密的水垢層［1，2］。水垢是鍋爐的“百害之首”，是引起鍋爐事故的主要原因，其危害性主要表現在：1）增加燃料消耗；2）燒損鍋爐管道；3）降低使用壽命；4）增加檢修費用［3，4］。因此，鍋爐結垢后，需及時進行處理，清除爐內水垢。

目前鍋爐除垢大多采用化學酸洗，然后再中和、鈍化，清水沖洗的方式，常用的試劑有鹽酸、氫氟酸、檸檬酸等［5，6］。這些酸洗除垢劑雖然除垢效果較好，但是容易腐蝕金屬，對設備造成損壞。所以本文采用一些新型的、對金屬腐蝕性小的有機膦酸除垢劑，如HEDP、HPMA、ATMP及PAA等，研究這些有機膦酸除垢劑的復配組合及其配比，在不同溫度下的除垢效果。

1　實驗方案

1.1實驗試劑

實驗試劑包括HEDP、HPMA、PAA及ATMP。HEDP又稱羥基乙叉二膦酸，是一種有機膦酸類阻垢緩蝕劑，能與鐵、銅、鋅等多種金屬離子形成穩定的絡合物，能溶解金屬表面的氧化物。HPMA又稱聚馬來酸，是一種低分子量聚電解質，無毒，易溶于水，具有良好的緩蝕及抑制水垢生成的作用。PAA又稱聚丙烯酸，作為一種常用的分散劑，用于循環冷卻水系統阻垢分散劑使用，它對碳酸鈣垢、硫酸鹽垢、磷酸鈣垢等具有優良的阻垢分散作用。ATMP又稱氨基三亞甲基膦酸，具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸變作用，可阻止水中成垢鹽類形成水垢，特別是碳酸鈣垢的形成。

1.2實驗配方

采取上述實驗試劑中的2～3種復配配方來獲得所需的有機膦酸除垢劑，具體配方見表1。所采用的除垢方式是浸泡式，除垢溫度分別為50～90℃，除垢時間最長為8h，測量其除垢前與除垢后的質量之差ΔW，研究這三種配方在不同溫度時間段內的除垢效果。實驗用垢為碳酸鈣垢，重量為15g，其形狀大小較為接近。采用靜態失重法進行實驗，即將垢樣分別置于不同除垢劑中，用恒溫水浴維持其溫度恒定，逐時取出垢樣吹干稱重，得出去除垢層的質量ΔW。

表1　實驗用有機膦酸除垢劑

2　實驗結果及其分析

2.1溫度及時間對除垢效果的影響

圖1～圖3是1#、3#及5#除垢劑在分別在50℃、60℃、70℃、80℃及90℃的煮爐溫度下去除垢層的質量ΔW隨時間的變化關系。

從圖1～圖3可以看出，1#、3#及5#這三種除垢劑均對實驗用垢有明顯的除垢效果，8小時的去除垢層質量最多可達到4.1g（5#除垢劑、90℃），最少的也可達到1.5g（1#除垢劑、50℃）。

圖1　1#除垢劑除垢效果

三種除垢劑的煮爐溫度對除垢效果有明顯的影響。煮爐溫度越高，去垢質量越大，尤其是在50℃～70℃的溫度區間；當煮爐溫度超過70℃時，溫度繼續升高對去垢質量增加的影響趨于減弱，即在80℃及90℃的煮爐溫度下去垢質量比70℃時增加的并不太多，因此從節能的角度出發，煮爐溫度選取70℃比較合理。

從除垢時間上來說，時間越長，去垢質量越大；但在前4h，去垢質量增加較為明顯和穩定，而在后4h，去垢質量的增加則較為緩慢；尤其是當煮爐超過6h后，曲線大多趨于平緩，去垢質量的增加較少。因此，煮爐時間定于4～6h比較合理。

圖2　3#除垢劑除垢效果

圖3　5#除垢劑除垢效果

2.2成分及配比對除垢效果的影響

從圖1～圖3還可以得出除垢劑成分對除垢效果的影響。1#除垢劑的成分組合是HEDP+HPMA，3#除垢劑是HEDP+HPMA+PAA，5#則是HEDP+HPMA+ATMP，3#除垢劑是在1#除垢劑的基礎上增加PAA，5#除垢劑是在1#除垢劑的基礎上增加ATMP。由于圖2中3#除垢劑去垢質量比圖1中1#除垢劑去垢質量增加不多，普遍只有零點幾克，因此可以判定PAA成分對除垢效果的影響比較有限；而圖3中5#除垢劑去垢質量比圖1中1#除垢劑去垢質量增加較大，普遍達到2g以上，因此可以判定ATMP成分對除垢效果的影響較大，該配方應成為此類除垢劑的首選。

圖4　1#vs 2#除垢劑除垢效果

圖5　3#vs 4#除垢劑除垢效果

圖6　5#vs 6#除垢劑除垢效果

圖4～圖6分別是在70℃煮爐溫度下相同除垢劑成分的不同配比對除垢效果影響的情況。從圖4可知，在HEDP+HPMA的除垢劑組合中，增加HEDP的配比有助于加強除垢效果，去垢質量最多可增加0.3g左右；從圖5可知，在HEDP+HPMA+PAA的除垢劑組合中，增加PAA的配比對除垢效果的增強非常有限，去垢質量的增加量小于0.1g，這與前面PAA成分對除垢效果的影響比較有限的結論也是吻合的；從圖6可知，在HEDP+HPMA+ATMP的除垢劑組合中，增加ATMP的配比有助于加強除垢效果，去垢質量最多可增加近1g。

3　結語

（1）采用HEDP、HPMA、PAA及ATMP中的兩到三種復配組合得到的有機膦酸除垢劑對鍋爐碳酸鈣垢有明顯的除垢作用，其中尤以HEDP+HPMA+PAA的除垢劑組合效果最好；

（2）在50～90℃的煮爐溫度區間，溫度越高去垢效果越好；但是當溫度超過70℃時，溫度繼續升高對去垢質量增加的影響趨于減弱，因此建議煮爐溫度選取70℃比較合理；

（3）從除垢時間上來說，時間越長，去垢質量越多；但是當超過6h后，去垢質量增加趨于平緩，因此煮爐時間定為4～6h較為適宜。

［1］唐海麗.工業鍋爐結垢原因與解決對策分析［J］.科技創新導報，2012，（09）：91，92.

［2］姜波，王冬梅，張洪博，等.電廠鍋爐復合有機化學清洗探析［J］.清洗世界，2014，30（2）：4～7，36.

［3］徐華山，任玉芬，賀玉曉.常用有機膦酸鹽靜態阻垢性能對比實驗研究［J］.環境工程學報，2007，1（2）：6～10.

［4］袁長征，吳仕宏.鍋爐除垢鈍化混合清洗液的研究及應用［J］.清洗世界，2004，20（4）：7～13.

［5］王曉玲，韓旭，呂慶春.HEDP/HPMA/PAA三元阻垢劑在熱法海水淡化中的阻垢性能［J］.現代化工，2010，30（02）：160～164.

［6］李珊，周賢玉.兩種除垢液對紫銅和碳鋼的腐蝕作用研究［J］.腐蝕與防護，2004，25（5）：189，190，195.

Experiment Research of Organic Phosphate Detergent for Boiler

ZHANG Yu-bin1，CHEN Guan-sheng2
（1.Runxing Energy Saving Co.，Ltd，Zhongshan 528445，China；2.School of Material&Energy，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

The cleaning performance of organic phosphate detergent was researched through experiment in the paper. The organic phosphate detergent was composed of 2～3 kinds of organic phosphonic acid such as HEDP，HPMA，ATMP and PAA，and the descaling effect on boiler scale was observed within 8 hours at 50℃to 90℃temperature.Experimental results showed that the descaling effect of combination HEDP+HPMA+ATMP is the best formula which quality ratio is 3g∶10g∶6g（150g water），the proper working temperature is 70℃.

Organic Phosphate；Detergent；Boile

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.009

TM621.8

B

2095-3429（2015）04-0033-03

2015-07-17

修回日期：2015-08-20

張育彬（1978-），男，廣東潮州人，大專，工程師，主要從事電廠鍋爐除垢技術研究。