工業鍋爐新型無磷爐水處理劑的研究與應用

賈裕 平雙榮 徐向東 劉春林 王利元

陜西延長中煤榆林能源化工股份有限公司 陜西 榆林 718500

1 項目背景

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

鍋爐原設計中，給水除氧系統投加二甲基酮肟進行除氧，投加氨水調節給水p H 值（9.2～9.6），爐水中投加磷酸三鈉調節爐水pH（9.0～10.0），因全廠水系統屬于化工廢水循環利用，無外排水，爐水pH一直偏低，后經評估交流，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量指標執行（GB/T 12145—2008《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》），爐水電導率＜60μS/cm，鍋爐電導率指標可滿足標準。2017年后鍋爐質量指標開始執行（GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》），爐水電導率標準＜30μS/cm，但是目前熱動力站6臺鍋爐爐水電導率在40μS/cm以上，即使鍋爐連排連續全開，定排每班一次（3次/d），仍無法滿足新國標要求，進而導致鍋爐排污率大，對鍋爐熱效率有一定影響。

2 爐水處理存在的問題

現在一般的中高壓鍋爐都是采用加磷酸鹽，為了防止爐內生成鈣鎂水垢和減少水冷壁管腐蝕，此工況之所以能夠對鍋爐起到防腐蝕的效果，是因為磷酸鹽的水解溶液呈堿性，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：

一是因為全廠水系統屬于化工廢水循環利用，鍋爐爐水pH值較標準（9～10）偏低，目前通過輔助添加氫氧化鈉保障pH值在標準范圍內，磷酸酸鈉和氫氧化鈉加藥造成加藥管與汽包處發生堿腐蝕泄漏，2022年2#爐和1#爐發生2次泄漏停爐事件。

二是鍋爐爐水電導率無法達到GB/T12145—2016（≤30μS/cm）要求，為降低爐水電導率，6臺鍋爐連排（連續排污）開度100%，每班定排（定期排污）一次，但各臺鍋爐爐水電導仍保持在40μS/cm以上。由于鍋爐連排開度大、定排頻次高，實際排污率（≥4%）遠大于設計值（一期啟動項目4臺鍋爐排污率2%，填平補齊規程兩臺鍋爐排污率1%），導致鍋爐排污熱損失較高，進而影響鍋爐熱效率。

三是爐水質量指標作為鍋爐外檢重點檢查項目，指標不合格影響鍋爐外檢結果。（2021年熱動力站鍋爐外檢，鍋爐爐水電導不達標已被陜西省特檢院列入重點整改項目）。

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定運行。

五是鍋爐排量大，導致定排降溫池且水溫溫度高約80℃。管線結垢嚴重，導致定排井污水無法通過重力流順利流至生產污水池，造成現場定排井高液位運行，時有發生滿液、冒水現象發生，導致電纜溝頻繁出現進水現象，對熱動力站穩定運行存在極大安全隱患，同時易造成環保事件。

六是裝置運行過程中存在磷酸鹽隱藏現象，易導致水冷壁管腐蝕，甚至發生汽水共騰現象。

七是爐水含鹽量高，容易影響蒸汽品質，頻繁因為爐水電導高導致鍋爐飽和蒸汽和過熱蒸汽鈉指標超標。

八是鍋爐排污水含磷較大，增加水系統污水處理難度。

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性多胺（成膜作用），成膜多胺的氨基官能團對外表現為正價性，而金屬表面會提供少數電子，這樣當藥劑加入水中后，多胺中的氨基官能團會透過爐壁表面的沉積物，氧化層抓獲金屬的電子，相當于一個化學的過程，最終會在金屬表面形成一層納米級的膜-多胺膜，這層膜會同原來的氧化膜絡合在一起，形成新的保護膜。這個過程中對原有的沉積物，有個緩慢的剝離作用。最終會在金屬表面形成一層更加致密、均勻的保護膜，從而隔絕氧氣，防止沉積物的沉積，防止腐蝕的發生。

無磷藥劑內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的離子，如Ca離子，Mg離子，Fe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。該藥劑作為高分子有機物，呈微弱的負電性，其微量的添加，在不增加爐水電導率前提下，能實現更高的爐水濃縮倍率。

同時，無磷藥劑內有機胺·H2O=可逆=有機胺H++OH-藥劑中包含2種以上的有機胺，有機胺水解出OH-中和水中的H+，使用有機胺可以保證胺在氣相和液相都有一定的分配，從而保證整個系統的pH值相對穩定。另外避免氨水對銅的腐蝕。

3.2 無磷藥劑投加方法

無磷藥劑使用25kg塑料桶運至現場，使用原磷酸鹽加藥泵進行無磷藥劑投加，通過調整加藥泵揚程控制加藥量大小，揚程調整主要以爐水在線pH值作為參考，同時根據鍋爐運行負荷和爐水指標分析化驗結果適時進行調整無磷藥劑加藥量，保證爐水pH、電導率、蒸汽鈉離子等主要控制指標在規定范圍內。

同時，崗位運行采用便攜式pH檢測儀和電導檢測儀，每2h檢測一次爐水電導和pH值，并如實進行記錄，作為運行調整參考依據，并與質檢中心分析數據及時比對，互做參考。

4 新型無磷藥劑試用情況及數據分析

4.1 無磷藥劑投加量

熱動力站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，同時置換加藥罐，投加無磷藥劑進行替換，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，后續加藥量穩定到5.5g/t給水，試用期間4#鍋爐總計加入無磷藥劑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 指標情況

無磷藥劑試用期間4#爐爐水pH值可穩定在9.0至9.5之間，pH值穩定性較磷酸三鈉加藥方式pH值較穩定，鍋爐爐水pH值波動小。通過試驗發現，在鍋爐運行工況穩定的情況下，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影響較大，通過監控給水質量指標情況，及時預判，提前干預，調整無磷藥劑加藥量和排污閥開度，保障爐水pH值在規定范圍內。

4.3 試用期間爐水電導指標情況

無磷藥劑試用前一個月4#鍋爐爐水電導率平均值在46.35μS/cm，爐水電導率遠高于標準要求值，無磷藥劑試用試用第一周爐水電導平均值降至33.34μS/cm，試用第二周爐水電導平均值降至30.2μS/cm，試用第三周電導平均值降至29.1μS/cm。無磷藥劑試用期間，爐水電導降幅明顯，期間電導較穩定，隨著試用時間增加爐水電導逐漸降至標準要求值以下，試用第3周后平均值降至標準要求值（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

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準范圍內，鈉離子平均值較試用前有下降趨勢。其中二氧化硅指標在試用初期出現波動，主要原因為無磷藥劑試用初期由于藥劑有分散、清洗作用，使爐內受熱面原有二氧化硅會被清洗下來，導致蒸汽二氧化硅出現短暫升高現象，試用后期爐水二氧化硅指標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

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準范圍內，鈉離子平均值較試用前有下降趨勢。其中二氧化硅和鈉離子指標在試用初期出現波動，主要原因為無磷藥劑試用初期由于藥劑有分散、清洗作用，爐內受熱面原有二氧化硅和鈉離子會被清洗下來，導致蒸汽二氧化硅和鈉離子出現短暫升高現象，試用后期爐水二氧化硅指標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，電導在5～11μS/cm之間，鍋爐給水pH值和電導穩定，對無磷藥劑整體試用影響較小。

4.8 鍋爐節能效益計算如下

（1）減排量=產汽量×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×當前入爐煤價

（4）節支脫鹽水成本=減排量×脫鹽水價格

（5）藥劑成本=產汽量×噸蒸汽加藥量×藥劑費用

（6）節能總效益=排污煤耗成本+節支脫鹽水成本-藥劑成本

由上述公式計算得出6臺鍋爐使用無磷藥劑每年可節支1343萬元。

5 無磷藥劑試用結果

（1）通過新型無磷藥劑的試用，發現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、二氧化硅質量指標均能滿足《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準GB/T 12145—2016》標準。

（2）新型無磷藥劑使用期間，爐水電導率由原來平均46.3μS/cm降至標準值30μS/cm以下，電導率下降明顯，爐水pH值可穩定維持在9.0—9.5之間，爐水電導率和pH值可滿足《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準GB/T 12145—2016》標準要求。

（3）無磷藥劑試用期間，在降低爐水電導率前提下，能實現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能效果，經初步計算，若6臺鍋爐均投加改無磷藥劑，每年可節支約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，爐內受熱面原有二氧化硅會被清洗下來，使用無磷藥劑處理的鍋爐水能大幅降低發生蒸汽中的二氧化硅含量，具有在運行中清除蒸汽管道、汽輪機積鹽的功能，能防止過熱器發生新的積鹽，也能夠清除過熱器已經存在的積鹽，保持設備的穩定運行。

（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、過熱蒸汽頻繁超標問題，同時緩解蒸汽蒸汽管道和透平汽輪機組葉片結鹽，保障機組安全穩定運行。

（7）藥劑為有機成分，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處理水質，大幅度降低了鍋爐水中的雜質，加上藥劑中的有機聚合物具有較強的扭曲或重構晶格能力，以及所具有分散效應和溶限效應，使鍋爐水中的沉積物保持分散懸浮狀態，避免與器壁接觸，從而大大增強了其防垢能力[3]。

6 結束語

通過對新型無磷藥劑產品的研究與應用，得出新型無磷藥劑可保證鍋爐裝置蒸汽質量指標合格，穩定控制鍋爐pH值，有效降低爐水電導率，大幅度減少鍋爐排污量，有較好的節能減排效果。鍋爐裝置從節能減排、穩定生產運行、降低爐水電導等方面綜合考慮，結合無磷藥劑應用情況和相關單位無磷藥劑使用業績情況，鍋爐水處理新型無磷藥劑具有促進全廠汽水系統良性循環，徹底解決爐水電導高問題，保障全廠安全穩定運行有巨大作用。