新型锅炉水处理技术的应用

饶江雄，冯安华(四川金象赛瑞化工股份有限公司，四川 眉山 620010)

0 前言

目前由于水质问题引起的结垢、腐蚀和汽水共腾所造成的锅炉事故约占整体事故的46%。新型锅炉水处理技术的成功应用表明：与传统的锅炉水处理相比，新型药剂的使用在安全环保、防腐阻垢和节能减排方面体现了其独特优势，为锅炉系统实现安、稳、长、满、优的高效运行创造了坚实的客观条件，达到控制结垢、腐蚀、携带和沉积等目的的同时，又降低了锅炉排污率。

1 传统锅炉水处理现状

1.1 加氨调节给水pH值

为避免在给水管路由金属的氢去极化作用而引起的腐蚀[1]，及防止管线内壁保护膜受到腐蚀破坏，通过在给水前端加入氨水调节pH值至8.8～9.3。在氨的富集区，极易发生铜氨络合腐蚀现象，侵蚀设备；氨水高挥发性，具有强烈刺激性气味，操作条件较为恶劣；受水汽分配比影响，易造成汽包炉水pH值下降。

1.2 给水除氧

给水一般使用化学除氧剂辅助热力除氧器进行深度除氧，常规药剂有丙酮肟、联氨等。联氨作为2A类致癌物，目前作为除氧剂已基本被取消[2]，且其反应速率受反应温度、pH环境和残余量影响太大，除氧效果受制约因素较多。传统除氧剂功能单一，对已Fe2+、Cu2+缺乏还原能力，无良好的钝化效果，不能彻底解决和满足锅炉系统面临的深度除氧问题和钝化保护功能。

1.3 锅炉水处理

纵观近几十年发展，磷酸盐阻垢技术是应用在中高压锅炉汽包最为成熟、广泛的锅炉水处理技术。然而磷酸三钠是一种单一功能的阻垢防腐剂，受其自身性质影响，有着其明显的处理缺陷不可回避，即在汽包内极易发生的磷酸盐“隐藏”现象[3]，由此可能会引起炉内局部磷酸发生酸性腐蚀现象；同时，磷酸盐引入的大量盐类离子携带至蒸汽系统中，造成中高压锅炉汽轮机积盐现象频频发生。随着国家对磷排放要求越来越严格[4]，低磷或无磷技术的应用是新型锅炉水处理未来发展的必然趋势。

2 J公司锅炉水处理现状

2020年，J公司位列中国石油和化工企业200强，凭借强大的研发优势，形成了行业内独具特色的一体化、规模化、集约化的“以天然气为原料生产合成氨、硝酸、硝铵、尿素、三聚氰胺、硝基复合肥、过氧化氢、过氧乙酸”全过程协同的循环经济产业链模式，并拥有产业链上各环节核心技术。公司累计授权专利209件，被工信部认定为“绿色工厂”，具有制造业单项冠军产品。J公司当前拥有3套合成氨、3套硝酸生产装置。

J公司合五合成废锅、转化废锅为中压余热锅炉，锅炉给水由双氧水车间生产并提供，工艺采用超滤、反渗透双膜+混床二级脱盐处理，pH控制在6～9。使用氢氧化钠调节锅炉水pH值，磷酸三钠进行炉水处理，通过人工分析数据，人工再根据分析数据进行调节加药量，经加药泵连续加入管线进入锅炉给水泵。现场分析数据显示：炉水磷酸根隐藏现象较为明显，且波动频繁；炉水电导率长期较高，其中盐分易因夹带进入蒸汽系统中，导致蒸汽系统设备的结垢和管线的腐蚀；锅炉排污率较高，造成大量高温炉水热值浪费，蒸汽产量减少。

2019年3月开始使用L公司的新型锅炉水处理技术，选用有机pH调节剂400和新型锅炉水处理剂800两种产品。新型药剂无色无味、无毒无害，对传统药剂氢氧化钠、磷酸三钠进行全面替换。

3 应用结果

3.1 炉水pH指标

炉水指标是关键指标，直接影响炉内的腐蚀和结垢控制，同时影响汽包排污和蒸汽的品质，因此需要重点关注。炉水pH变化趋势图如图1所示。

图1 炉水pH变化趋势图

炉水pH值之所以是汽水关键指标，其主要控制目的有两个：有利于炉内水处理剂800与致垢物质生成分散的无定形螯合物，达到较好的防垢目的；平衡向硅酸盐方向进行，饱和蒸汽中硅酸的选择性携带系数降低，提高蒸汽品质。

加药后的炉水pH指标稳定在9～10.5的国标控制范围内，且平均值在9.5～10.5，非常有利于炉内腐蚀结垢的控制。

3.2 炉水电导率指标

炉水电导率变化趋势图如图2所示。炉水电导率直接反应了汽包内盐离子和金属离子浓度的大小[5]，若长期保持较高水平，则炉内结垢和腐蚀速度都会加快，同时影响汽包排污和蒸汽的品质。炉水电导率变化如图2所示。自3月28日换药起，炉水电导呈明显下降趋势，与加药前对比明显；4月9日过渡期开始，炉水电导率始终处于低值位(20 μs/cm左右)，且是在锅炉排污率相较于加药前低很多的情况下实现的。可知，新药剂实现了减排后炉水指标的稳定，有利减排节能指标的实现。

图2 炉水电导率变化趋势图

3.3 磷酸根指标

炉水磷酸根前后数据对比如图3所示。试用后磷酸根指标大幅度下降，已长期保持在0～3 mg/L。传统所用磷酸根对炉水pH值调节能力有限，且本身为成垢基团，导致炉水电导长期较高，造成能量损失大，易生成磷酸盐垢反映在汽轮机叶片上，部分结晶析出的磷酸盐易与金属保护膜发生反应，使保护膜遭到破坏，导致腐蚀的加速。新型锅炉水处理剂800属于复合低磷聚合物，可通过有机聚合物螯合分散硬垢离子，以新型COO等 基团代替磷酸根分散铁、铜等沉积物，同Ca、Mg等硬度离子形成悬浮状螯合物，通过锅炉连排排出，达到防腐阻垢的效果的同时，又能减少磷排放处理成本。

图3 磷酸根变化趋势图

3.4 排污率指标

图4和图5所示中，自4月下旬开始减排起，排污率逐渐下降，由减排前的8%～9%下降至现3%～4%，连排开度关小至原开度的1/4，定排由每日1次降至3日1次，蒸汽产量显著升高，平均每小时增产2～3 t。由此可见，新型锅炉水处理剂达到了降低排污、节约能源的目的。

图4 排污率变化趋势图

图5 蒸汽产量变化趋势图

3.5 经济效益分析

J公司外购过热蒸汽、饱和蒸汽，价格为194元、175元。外购全为饱和蒸汽折算到合五锅炉每小时应多产蒸汽0.67 t可抵消新型锅炉水处理剂的成本。

L公司新型锅炉水处理结经过50多天试用后，蒸汽相较于试用前(1—4月)平均每小时至少上升2 t(减少排污量平均5%左右，按增加1.5 t计算)，蒸汽价格按照140元/t计算(外购价格除去税收，人工)，按每年运行8 000 h计算，年经济效益计算如下：

年经济效益=蒸汽增量效益-年药剂成本投入，即1.5×140×8 000-0.832×55×8 000=1 313 920元，每年可带来经济效益约131.4万元。

4 结语

经过近2个月的试用，结合水质分析数据和图表分析，使用L公司新型锅炉水处理剂后，锅炉汽包炉水、蒸汽等主要指标均能控制在合格范围内，且较以前更优；排污率显著下降，有效避免了大量高温炉水的排放所造成的热值浪费；其中磷酸根指标由10 mg/L降低至0～3 mg/L，大大缓解了企业磷排放压力，有利于系统的长期安全稳定运行。

新型锅炉水处理技术的成功应用表明：新型药剂的使用在安全环保、防腐阻垢和节能减排方面体现了其独特优势。新技术的应用并不只是对传统药剂单一功能方面的简单取代，更为锅炉系统安、稳、长、满、优的高效运行创造了坚实的客观条件。在达到控制结垢、腐蚀、携带和沉积等目的的同时，又降低了锅炉排污率，实现了企业降本增效的目的。