锅炉用有机膦酸除垢剂实验研究

张育彬，陈观生

（1.中山市润兴节能科技有限公司，广东中山528445；2.广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006）

锅炉用有机膦酸除垢剂实验研究

张育彬1，陈观生2

（1.中山市润兴节能科技有限公司，广东中山528445；2.广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006）

对有机膦酸除垢剂的除垢性能进行实验研究。除垢剂由HEDP、HPMA、ATMP及PAA等有机膦酸中的2～3种复配而成，在50～90℃温度及8 h时间范围内观察其对锅炉垢体的除垢效果。实验结果表明，除垢效果最好的除垢剂组合是HEDP+HPMA+ATMP，其质量配比为3g∶10g∶6g（水的质量为150g），适宜的工作温度为70℃。

锅炉；有机膦酸；除垢剂

0　引言

电厂锅炉经过长时间的运行，不可避免地会出现水垢。锅炉形成水垢的主要原因是给水中带有硬度成份，经过高温、高压的不断蒸发浓缩以后，在炉内发生一系列的物理、化学反应，最终在受热面上形成坚硬、致密的水垢层［1，2］。水垢是锅炉的“百害之首”，是引起锅炉事故的主要原因，其危害性主要表现在：1）增加燃料消耗；2）烧损锅炉管道；3）降低使用寿命；4）增加检修费用［3，4］。因此，锅炉结垢后，需及时进行处理，清除炉内水垢。

目前锅炉除垢大多采用化学酸洗，然后再中和、钝化，清水冲洗的方式，常用的试剂有盐酸、氢氟酸、柠檬酸等［5，6］。这些酸洗除垢剂虽然除垢效果较好，但是容易腐蚀金属，对设备造成损坏。所以本文采用一些新型的、对金属腐蚀性小的有机膦酸除垢剂，如HEDP、HPMA、ATMP及PAA等，研究这些有机膦酸除垢剂的复配组合及其配比，在不同温度下的除垢效果。

1　实验方案

1.1实验试剂

实验试剂包括HEDP、HPMA、PAA及ATMP。HEDP又称羟基乙叉二膦酸，是一种有机膦酸类阻垢缓蚀剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面的氧化物。HPMA又称聚马来酸，是一种低分子量聚电解质，无毒，易溶于水，具有良好的缓蚀及抑制水垢生成的作用。PAA又称聚丙烯酸，作为一种常用的分散剂，用于循环冷却水系统阻垢分散剂使用，它对碳酸钙垢、硫酸盐垢、磷酸钙垢等具有优良的阻垢分散作用。ATMP又称氨基三亚甲基膦酸，具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸变作用，可阻止水中成垢盐类形成水垢，特别是碳酸钙垢的形成。

1.2实验配方

采取上述实验试剂中的2～3种复配配方来获得所需的有机膦酸除垢剂，具体配方见表1。所采用的除垢方式是浸泡式，除垢温度分别为50～90℃，除垢时间最长为8h，测量其除垢前与除垢后的质量之差ΔW，研究这三种配方在不同温度时间段内的除垢效果。实验用垢为碳酸钙垢，重量为15g，其形状大小较为接近。采用静态失重法进行实验，即将垢样分别置于不同除垢剂中，用恒温水浴维持其温度恒定，逐时取出垢样吹干称重，得出去除垢层的质量ΔW。

表1　实验用有机膦酸除垢剂

2　实验结果及其分析

2.1温度及时间对除垢效果的影响

图1～图3是1#、3#及5#除垢剂在分别在50℃、60℃、70℃、80℃及90℃的煮炉温度下去除垢层的质量ΔW随时间的变化关系。

从图1～图3可以看出，1#、3#及5#这三种除垢剂均对实验用垢有明显的除垢效果，8小时的去除垢层质量最多可达到4.1g（5#除垢剂、90℃），最少的也可达到1.5g（1#除垢剂、50℃）。

图1　1#除垢剂除垢效果

三种除垢剂的煮炉温度对除垢效果有明显的影响。煮炉温度越高，去垢质量越大，尤其是在50℃～70℃的温度区间；当煮炉温度超过70℃时，温度继续升高对去垢质量增加的影响趋于减弱，即在80℃及90℃的煮炉温度下去垢质量比70℃时增加的并不太多，因此从节能的角度出发，煮炉温度选取70℃比较合理。

从除垢时间上来说，时间越长，去垢质量越大；但在前4h，去垢质量增加较为明显和稳定，而在后4h，去垢质量的增加则较为缓慢；尤其是当煮炉超过6h后，曲线大多趋于平缓，去垢质量的增加较少。因此，煮炉时间定于4～6h比较合理。

图2　3#除垢剂除垢效果

图3　5#除垢剂除垢效果

2.2成分及配比对除垢效果的影响

从图1～图3还可以得出除垢剂成分对除垢效果的影响。1#除垢剂的成分组合是HEDP+HPMA，3#除垢剂是HEDP+HPMA+PAA，5#则是HEDP+HPMA+ATMP，3#除垢剂是在1#除垢剂的基础上增加PAA，5#除垢剂是在1#除垢剂的基础上增加ATMP。由于图2中3#除垢剂去垢质量比图1中1#除垢剂去垢质量增加不多，普遍只有零点几克，因此可以判定PAA成分对除垢效果的影响比较有限；而图3中5#除垢剂去垢质量比图1中1#除垢剂去垢质量增加较大，普遍达到2g以上，因此可以判定ATMP成分对除垢效果的影响较大，该配方应成为此类除垢剂的首选。

图4　1#vs 2#除垢剂除垢效果

图5　3#vs 4#除垢剂除垢效果

图6　5#vs 6#除垢剂除垢效果

图4～图6分别是在70℃煮炉温度下相同除垢剂成分的不同配比对除垢效果影响的情况。从图4可知，在HEDP+HPMA的除垢剂组合中，增加HEDP的配比有助于加强除垢效果，去垢质量最多可增加0.3g左右；从图5可知，在HEDP+HPMA+PAA的除垢剂组合中，增加PAA的配比对除垢效果的增强非常有限，去垢质量的增加量小于0.1g，这与前面PAA成分对除垢效果的影响比较有限的结论也是吻合的；从图6可知，在HEDP+HPMA+ATMP的除垢剂组合中，增加ATMP的配比有助于加强除垢效果，去垢质量最多可增加近1g。

3　结语

（1）采用HEDP、HPMA、PAA及ATMP中的两到三种复配组合得到的有机膦酸除垢剂对锅炉碳酸钙垢有明显的除垢作用，其中尤以HEDP+HPMA+PAA的除垢剂组合效果最好；

（2）在50～90℃的煮炉温度区间，温度越高去垢效果越好；但是当温度超过70℃时，温度继续升高对去垢质量增加的影响趋于减弱，因此建议煮炉温度选取70℃比较合理；

（3）从除垢时间上来说，时间越长，去垢质量越多；但是当超过6h后，去垢质量增加趋于平缓，因此煮炉时间定为4～6h较为适宜。

［1］唐海丽.工业锅炉结垢原因与解决对策分析［J］.科技创新导报，2012，（09）：91，92.

［2］姜波，王冬梅，张洪博，等.电厂锅炉复合有机化学清洗探析［J］.清洗世界，2014，30（2）：4～7，36.

［3］徐华山，任玉芬，贺玉晓.常用有机膦酸盐静态阻垢性能对比实验研究［J］.环境工程学报，2007，1（2）：6～10.

［4］袁长征，吴仕宏.锅炉除垢钝化混合清洗液的研究及应用［J］.清洗世界，2004，20（4）：7～13.

［5］王晓玲，韩旭，吕庆春.HEDP/HPMA/PAA三元阻垢剂在热法海水淡化中的阻垢性能［J］.现代化工，2010，30（02）：160～164.

［6］李珊，周贤玉.两种除垢液对紫铜和碳钢的腐蚀作用研究［J］.腐蚀与防护，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

张育彬（1978-），男，广东潮州人，大专，工程师，主要从事电厂锅炉除垢技术研究。