節(jié)能型除鐵過濾器的工藝研究

楊 飛，王 猛，趙 健，陸群鋒

(江蘇耐爾冶電集團有限公司，江蘇 靖江 214537)

節(jié)能型除鐵過濾器的工藝研究

楊 飛，王 猛，趙 健，陸群鋒

(江蘇耐爾冶電集團有限公司，江蘇 靖江 214537)

工業(yè)鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域眾多，而由鐵雜質(zhì)引起的水質(zhì)問題影響了鍋爐的使用效率。鍋爐的水處理至關(guān)重要，不僅能降低鍋爐的運行成本，而且具有一定的環(huán)保效益。介紹了一種節(jié)能型除鐵過濾器，其過濾后水質(zhì)滿足國家標準，與同類產(chǎn)品相比，成本低，除鐵效率好，為水處理提供了技術(shù)保障。

鍋爐；水處理；過濾器；除鐵

工業(yè)鍋爐是生產(chǎn)蒸汽或加熱水的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其使用量大，被廣泛應(yīng)用于化工、鋼鐵、機械、食品和紡織印染等行業(yè)，以及日常生活中的采暖、生活用熱水等方面。

鍋爐運行的熱工介質(zhì)是水，水質(zhì)的優(yōu)劣對鍋爐的安全運行產(chǎn)生了重大的影響。由鐵雜質(zhì)引起的問題尤為突出，鐵雜質(zhì)除以溶解態(tài)和膠狀物存在外，大部分以顆粒狀存在于水中，造成爐管內(nèi)部生成復(fù)雜鐵垢，以致鍋爐效率低下或者爐管破壞，進而發(fā)生惡性事故；因此，做好鍋爐水處理的除鐵至關(guān)重要。除鐵過濾器是水處理工藝中重要的水處理設(shè)施，其運行質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到水源水質(zhì)的合格穩(wěn)定，關(guān)系鍋爐能否正常運行。

1 鐵雜質(zhì)的來源與危害

1.1 鐵雜質(zhì)的來源

由于軟化水無法去除原水的堿度，因此原水中的重碳酸根進入鍋爐后，就會分解產(chǎn)生二氧化碳，而它進入蒸汽，冷凝后，又全部或部分溶解于凝結(jié)水中。由于凝結(jié)水幾乎不含其他可溶性鹽類，緩沖性很小，所以二氧化碳的存在極大地降低了它的pH值。在這樣低的pH值條件下，加上工業(yè)鍋爐凝結(jié)水溫度較高(50～80 ℃)，金屬表面保護膜很快會發(fā)生溶解，導(dǎo)致金屬腐蝕。由于二氧化碳水溶液是弱酸，其腐蝕性因不斷地電離而一直維持下去，而且工業(yè)鍋爐的凝結(jié)水溶解氧含量往往很高，而二氧化碳和氧氣同時存在時，酸腐蝕會加速，最大的腐蝕速度可達4 mm/a。這種腐蝕形式是均勻腐蝕，結(jié)果造成凝結(jié)水鐵離子含量很高?，F(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)，鐵含量約為0.5～1.5 mg/L，而這些鐵雜質(zhì)大部分都被帶往鍋爐[1]。

1.2 鐵雜質(zhì)的存在對鍋爐運行的危害

未經(jīng)處理的水作為鍋爐補充水，水中所含大量鐵離子會在鍋爐傳熱面發(fā)生二次結(jié)垢及垢下腐蝕，造成危害。具體如下。

1)燃料浪費。鍋爐結(jié)垢后，使受熱面的傳遞性能變差，燃料燃燒所放出的熱量不能迅速傳遞到鍋爐水中，鍋爐的熱效率降低，大量的熱量被煙氣帶走，為保持鍋爐的額定參數(shù)，就應(yīng)多投放燃料，提高爐膛溫度；因此，造成了燃料浪費。當工作壓力為1.4 MPa的鍋爐爐管上結(jié)有厚1 mm水垢時，煤耗將增加8%～10%。

2)影響安全運行。鍋爐正常運行時，鋼板熱量迅速傳遞到鍋爐水中，受熱面結(jié)垢后，熱傳遞受阻，致使金屬壁溫急劇升高，當溫度超過了金屬所能承受的允許溫度時，金屬強度顯著降低，從而導(dǎo)致金屬過熱變形，嚴重時將發(fā)生鼓包、裂縫，甚至爆管等事故。

3)堵塞管道，破壞水循環(huán)。如果水管內(nèi)結(jié)垢，就會減小流通截面積，增大水的流動阻力，破壞正常的水循環(huán)，造成鍋爐出水不足，蒸發(fā)量下降，嚴重時還會完全堵塞管道，或造成爆管事故。

4)縮短鍋爐壽命。鍋爐結(jié)垢后，經(jīng)常采用機械方法或化學(xué)方法進行除垢，會使受熱面受到嚴重損傷，縮短鍋爐的使用壽命；同時，增加清洗和維修的時間、費用及工作量等，耗費人力、物力，影響生產(chǎn)，減小鍋爐的有效利用率，降低經(jīng)濟性[2]。

5)污染水蒸氣。由于鍋爐結(jié)垢，蒸汽中帶有雜質(zhì)和水分，使其品質(zhì)降低。

2 常用的幾種除鐵過濾工藝

來自各種水源的水中都會含有一定濃度的雜質(zhì)，為了達到國家規(guī)定的水質(zhì)標準，鍋爐用水在使用前應(yīng)進行凈化處理。

2.1 給水加藥處理

在給水系統(tǒng)或軟水箱中加入除氧劑和堿化劑，以降低給水溶解氧濃度，提高給水的pH值，減少對給水管道的腐蝕，從而減少給水中鐵的含量。加除氧劑的加藥系統(tǒng)應(yīng)密封，不能把除氧劑加到未密封的軟化水箱中。

工業(yè)鍋爐最常用的除氧劑是Na2SO3，它在中性條件下與氧反應(yīng)速度最快，還可以向水中添加少量的Cu2+、Co2+和Mn2+等金屬離子催化劑，以提高它的反應(yīng)速度。

對于小型的直流鍋爐，應(yīng)采用揮發(fā)性的除氧劑(如N2H4)。與其他一些新型除氧劑(如乙醛肟、丙酮肟和N2H4)相比，其除氧、鈍化效果好，但價格較高。

2.2 磁力過濾器

磁力過濾器就是用磁力來除去水中鐵的腐蝕產(chǎn)物。用于凝結(jié)水凈化工藝中的磁力過濾器有永磁過濾器、鐵球型電磁過濾器和高梯度電磁過濾器等。

2.2.1 永磁過濾器

在永磁過濾器內(nèi)，布置著若干層磁鐵，每層磁鐵都由許多放射形排列的磁棒所組成。各根磁棒都連接在1根垂直軸上，此軸可由設(shè)于永磁過濾器上部的電動機帶動。該設(shè)備在正常運行中，約4個星期需復(fù)原1次。所謂復(fù)原，就是清除掉它的吸附物，使它恢復(fù)原來的狀態(tài)。復(fù)原時，停止通水，起動電動機，使軸高速旋轉(zhuǎn)幾分鐘，就可甩下磁棒上吸著的鐵的氧化物；然后，排掉過濾器內(nèi)含雜質(zhì)的污水，用凝結(jié)水把過濾器沖洗一下即可再投入運行。這種過濾器內(nèi)需裝有能產(chǎn)生強大磁場的永久磁鐵，而且從磁鐵上除掉吸著的氧化鐵微粒時，需用高速電動機，所以它的制造工藝要求較高。另外，這種過濾器除鐵效果也不夠理想。

2.2.2 鐵球型電磁過濾器

鐵球型電磁過濾器是一個用非磁性材料(如奧氏體鋼)制成的圓筒，筒體內(nèi)填裝著許多用軟磁材料制成的小球，小球的直徑一般約為6～7 mm，小球?qū)痈邽? 000～1 200 mm，筒體外面繞有勵磁線圈。筒體與線圈之間有一薄層絕熱層，以防止因高溫凝結(jié)水傳熱給線圈，而使線圈溫度過高。在線圈外面裝有1個鐵罩作屏蔽罩，其一方面形成閉合磁路以免因漏磁而減弱筒體內(nèi)的磁場；另一方面還可起到磁屏的作用，以免筒體內(nèi)的強磁場影響周圍的儀表。

該設(shè)備投入運行時，先在線圈內(nèi)通直流電以產(chǎn)生磁場，然后將要處理的水從下向上通過小球?qū)?，這時筒體內(nèi)的小球由于磁力作用互相吸引，不會被水流所掀動。水通過后，其中金屬腐蝕產(chǎn)物就被磁化的小球吸住，出口水中鐵和其他金屬腐蝕產(chǎn)物的含量就會降低。在運行中，可按進、出口水的含鐵量來判斷此磁力過濾器是否已失效。這種設(shè)備運行周期很長(正常運行時間可達7～14 d)，所以也可按一定的出水水量來決定運行“終點”。

2.2.3 高梯度電磁過濾器

高梯度電磁過濾器的筒體內(nèi)填充著帶毛刺的導(dǎo)磁鋼毛和渦卷。在強磁場作用下，鋼毛被磁化，使筒體內(nèi)磁力線的分布不再是均勻的，在空間產(chǎn)生極高的磁場梯度，這種電磁過濾器又稱為高梯度電磁過濾器[3]。

2.3 反滲透技術(shù)

反滲透是根據(jù)滲透的反向遷移運動原理，對溶液施加一定壓力，借助于半透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法。該技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于火電廠鍋爐給水處理，其具有除鐵效率高、流程簡單、操作方便、占地面積小、投資省和耗電少等優(yōu)點。

2.4 新型高梯度磁過濾器

高梯度磁過濾器是借助電磁線圈產(chǎn)生高強度的直流磁場，使導(dǎo)磁基體表面形成極高的磁場梯度。水中磁性物質(zhì)顆粒通過筒體時，被磁化的基體具有強大磁力將顆粒捕集在其表面，從而達到水質(zhì)凈化的目的。作用于顆粒的磁力越大，鐵的去除率越高[4]。

3 節(jié)能型除鐵過濾器的技術(shù)

節(jié)能型除鐵過濾器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該產(chǎn)品外筒體、左封頭和右封頭內(nèi)均焊接有內(nèi)襯筒體。外筒體內(nèi)進口法蘭右面焊接有孔板，孔板左側(cè)通過螺釘固定濾元蓋板，孔板右面一定距離處焊接支承板，孔板上焊接若干個濾元套管，濾元套管內(nèi)設(shè)置濾元。孔板與支承板通過若干個定距桿連接。

圖1 節(jié)能型除鐵過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用2個支座上焊接外筒體，外筒體上方焊接排氣口，下方焊接排污口，前方左面設(shè)置進口法蘭，外筒體右端焊接右封頭，右封頭外側(cè)設(shè)置出口法蘭。與同類產(chǎn)品相比，其安裝、維護便捷，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了噪聲污染，延長了使用壽命。

傳統(tǒng)產(chǎn)品筒體材質(zhì)采用購買的復(fù)合板，價格昂貴，一般生產(chǎn)企業(yè)及用戶經(jīng)濟上難以承受。該產(chǎn)品工藝設(shè)計為采用塞焊的方法，在內(nèi)襯筒體上每300 mm×300 mm正方形的四角上鉆直徑為10 mm的塞焊孔(見圖2)，把內(nèi)襯板焊接在外筒體內(nèi)，填充材料為A302，比購買復(fù)合板做筒體節(jié)約1/3的成本，滿足了用戶需求，產(chǎn)品質(zhì)量符合GB 150—2011等標準。采用焊接工藝，能改善焊接能效，提高生產(chǎn)效率。

圖2 塞焊工藝示意圖

4 應(yīng)用效果

根據(jù)已經(jīng)投放市場的除鐵過濾器的應(yīng)用狀況看，達到了預(yù)期的處理效果，不但回水過濾后水中的鐵含量大幅降低，而且可以長時間穩(wěn)定運行。該設(shè)備產(chǎn)生的經(jīng)濟效益可以由下述幾方面進行計算：節(jié)約了能源(煤、燃油或燃氣的量)，節(jié)約了軟化水生產(chǎn)量，減少了軟化水的再生水量和高溫冷凝水排污對環(huán)境的危害，冷凝水的使用降低了鍋爐的排污率，提高了鍋爐水的濃縮倍數(shù)等。

這種過濾器對蒸汽冷凝水除鐵效果很好，可以有效地降低鍋爐運行能耗和減少對環(huán)境的危害，同時降低了使用成本，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益，對實現(xiàn)鍋爐水系統(tǒng)的節(jié)能減排具有十分重要的現(xiàn)實意義。

5 結(jié)語

在鍋爐水處理技術(shù)發(fā)展過程中，安全、節(jié)能和環(huán)保是至關(guān)重要的因素；因此，水處理技術(shù)也要圍繞著提高鍋爐的安全、經(jīng)濟運行水平來進行綜合考慮。節(jié)能型除鐵過濾器通過水處理，既能減少鍋爐腐蝕，以提高安全性，又能減少結(jié)垢，以降低能源的消耗，同時還節(jié)約了使用成本。

控制鍋爐鐵雜質(zhì)產(chǎn)生的危害，應(yīng)從源頭上控制鐵的來源。具體到每個鍋爐系統(tǒng)，應(yīng)從節(jié)能、安全、經(jīng)濟和環(huán)保角度來綜合考慮。

[1] 李茂東.工業(yè)鍋爐鐵雜質(zhì)污染與控制[J]. 腐蝕與防護, 2002(9)：414-415.

[2] 賈思懷.工業(yè)鍋爐水處理實用技術(shù)[M]. 北京：金盾出版社, 2008.

[3] 周海峰.覆蓋式過濾器在凝結(jié)水回收中的應(yīng)用研究[D]. 西安：西安石油大學(xué)，2008.

[4] 周建偉,葉舟,李良武,等.熱網(wǎng)疏水除鐵過濾器的研究[J]. 熱電技術(shù),2012(2)：41-44，52.

責任編輯 鄭練

Research on the Progress of Energy-saving Iron-removing Filter

YANG Fei, WANG Meng, ZHAO Jian, LU Qunfeng

(Jiangsu Nair Group Co., Ltd., Jingjiang 214537, China)

The industrial boiler is related to many manufacture fields, in which the water quality resulted from the trace iron has a great effect on the efficiency of boilers. Therefore, the water treatment is of great importance, which not only reduces the cost of operation but also produces environmental benefit. A kind of energy-saving filter used to remove the iron is introduced. The quality of the filtered water meets the national standard. Besides, compared with the competing products, the lower cost and higher efficiency on iron-removing of the filter introduced here provides more reliable technical support for the water treatment.

boiler, water treatment, filter, iron-removing

TK 223.5

A

楊飛(1980-)，男，總經(jīng)理，工程師，大學(xué)本科，主要從事節(jié)能減排及新型耐磨金屬材料等方面的研究。

2016-09-28