多胺成膜药剂在工业锅炉中的应用研究

曹 荣，衡世权

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

当前，在供给侧改革力度不断加大，煤价不断飙升，市场竞争日趋激烈的形势下，节能减排对于企业运营的意义在不断增强。对企业来说，进一步提高蒸汽动力系统的循环效率，意味着节能降耗和环保的双重收益[1]。

随着经济的迅猛发展，缺水现象和水质恶化问题越来越突出。因此节约用水，搞好水处理，提高工业用水的利用率至关重要，对工业用水的处理，其核心问题就是要选择采用优质安全的水处理药剂，提高水资源使用的可重复性和高效性[2-3]。因而对水处理药剂的研究和应用一直是当前水处理工作的热点。全面认识和用好水处理药剂，也是工业企业负责水处理的技术人员及操作人员最为关心的内容。目前无论国际还是国内，利用最新炉水处理技术对传统处理工况进行改进和替代的趋势日渐加快。高效水处理药剂能使锅炉、汽轮机等设备结垢积盐的腐蚀产物及硅酸盐、钙镁盐在线剥离，实现机组高效率运行，可以有效应对防腐防结垢，优化水汽品质指标，实现节能减排。某化工厂现有2 台蒸发量为75 t/h 的循环流化床锅炉、2 台蒸发量为130 t/h 的循环流化床锅炉和1 台蒸发量为260 t/h 的循环流化床锅炉，主要生产电能、蒸汽、甲醇醋酐等产品。

1 多胺成膜药剂试验目的

在额定蒸发量75 t/h 的锅炉进行试验，其锅炉实际蒸发量50 t/h，平均补水量为50 t/h。为了保持炉水水质稳定正常，提高炉水水质合格率，同时解决炉内腐蚀和结垢的问题，提出采用新型药剂替代磷酸三钠，使炉水磷酸根指标趋于零，最终达到无磷排放。另外，提高炉水的浓缩倍数，可以使锅炉排污率降低，减少污水排放，节水的同时节约热能[4-6]。

2 多胺成膜药剂试验

2.1 试验过程

主要仪器设备见表1。

表1 监测主要仪器设备

在试验前，采用原药剂的情况下选取锅炉连续运行一周的数据，以便后续对比使用。加入多胺成膜药剂后对系统进行调试，同时对锅炉定排连排进行调整，加快系统中铁锈污垢物的排放，排污率由高到低进行调整并逐渐趋于正常。

2.2 试验前后pH 值变化分析

通过选取试验前一周的数据和调试稳定后10 d的数据进行对比分析，由图1 可以得出，pH 值总体由10.5 左右向下偏移至9.5 左右，满足技术要求。

图1 试验前后炉水pH 值趋势图

2.3 试验前后磷酸根变化分析

根据GB/T12145—2106 指标要求，磷酸根质量浓度控制在2～10 mg/L，采用多胺成膜药剂后，磷酸根质量浓度从14 mg/L 左右控制到1 mg/L 以内，随着时间延长会逐渐降低至零。

如图2 所示，截止试验末期磷酸根质量浓度已降低至1 mg/L 以下，剩余炉内残留磷酸根会最终置换完全。因为锅炉之前的运行环境因素，炉内附着的磷酸根需要随着时间推移不断的排出，最终将实现无磷。

图2 试验前后炉水磷酸根含量趋势图

2.4 试验前后电导率变化分析

根据GB/T12145—2106 相关指标炉水电导率该压力等级未明确说明，一般控制在100 μS/cm，如图3，试验期间电导率大幅降低，由试验前的100 μs/cm 以上下降并稳定在40 μS/cm 之内。

图3 试验前后炉水电导率趋势图

2.5 试验前后二氧化硅变化分析

根据GB/T12145—2106 相关指标，炉水二氧化硅在该压力等级虽然未明确说明，但是高级别压力等级的指标控制在2 mg/L 以内，根据图4 所示，加入多胺成膜药剂后，炉水中二氧化硅的质量浓度稳定在1 mg/L 左右，己满足5.0～10 MPa 的锅炉炉水二氧化硅控制指标。

图4 试验前后炉水二氧化硅含量趋势图

通过上述试验前后4 组数据曲线对比分析，可以清楚地得出水汽指标数据变化情况。炉水及蒸汽指标的变化幅度比较小，并逐步趋于平缓，将更有利于实际水质控制。具体表现在，pH 从10.5 左右控制到9.5左右，磷酸根最为明显，从14 mg/L 左右控制到1 mg/L以下，电导率从150 μS/cm 左右控制到40 μS/cm以下。

2.6 试验前后蒸汽品质变化分析

采用锅炉汽水品质化验分析数据作为计算分析依据，以试验前的历史数据作为基础，对锅炉汽水品质统计分析结果见表2。

表2 试验前后汽水品质统计分析结果

从试用前和试用稳定期的汽水品质统计分析数据对比可见：主蒸汽电导率及硅基本无变化，pH 值有所提升；炉水pH、硅基本无变化，电导率下降明显，且磷酸根稳定在1 mg/L 以下。总体来说，试用稳定期的汽水品质要优于试用前。

3 多胺成膜药剂性能特点及作用机理分析

本次试用的多胺成膜药剂分为在锅炉给水加氨处加入，药剂基本性能参数如表3 所示。

表3 多胺成膜药剂基本性能参数

多胺成膜药剂在各种不同成分的协同作用下，可以代替传统的氨水、磷酸三钠等化学药剂，不仅可以提高防腐蚀防结垢性能，还能够提高汽水循环效率，与传统工艺相比具有较明显优势。不含氨成分的特性，使其在调节pH 值时避免了由氨所引起的对水汽系统中铜及铜合金设备的腐蚀。药剂可以与铁原子以配位键的形式相互吸附，多胺在金属表面形成保护膜，隔绝溶解氧、二氧化碳等腐蚀性杂质对水冷壁等金属的侵害，保护膜不仅可以抑制电化学腐蚀过程，还能抑制流动加速腐蚀的能力。药剂具有最佳的液汽分配比，通过对除氧器下降管投药，使整个汽水循环系统pH 值维持在最佳范围，并形成连续均匀的保护膜，对系统提供整体全面的保护。

药剂由全挥发性有机物组成，其投加不会对炉水中电导率指标产生明显影响。因此与传统磷酸盐处理工况相比，炉水的浓缩倍率将会提高，故而锅炉排污率会降低，节水的同时节能，提高锅炉热效率。

4 结语

多胺成膜药剂的使用，给工业企业将会带来技术上和经济上收益。技术性方面通过改善水汽质量指标，降低化学专业工作量；经济性方面，减少锅炉排污量，锅炉平均连续排污率由前几年的2.5%降至1%以下，节约除盐水量和热量，从而提高系统热效率。综上所述，多胺成膜药剂在实现水汽指标进一步优化的基础上，锅炉排污率得到显著降低。在长时间使用后，能满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》（GB12145—2016）及该化工厂水汽品质控制要求，还能保证锅炉长期经济安全稳定运行。