鍋爐爐水磷酸鹽處理工藝及磷酸鹽隱藏現象的分析

高策

[摘 要]鍋爐水的水質關系到機組的安全、經濟運行，鍋爐水采用適當的處理方案，可以保證汽水品質，延長鍋爐的清洗周期和使用壽命。加藥處理又直接關系到鍋爐水處理的效果。本文對磷酸鹽加藥處理工藝以及其中出現的磷酸鹽隱藏現象進行了分析。

[關鍵詞]鍋爐；水處理；磷酸鹽處理；磷酸鹽隱藏

中圖分類號：TM621，8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0316-01

鍋爐水處理是保證鍋爐安全經濟運行的重要措施，是鍋爐安全管理的一個十分重要的環節，水質的好壞對鍋爐安全運行、能源消耗及鍋爐使用壽命有很大影響。對于汽包鍋爐，為了防止因鍋爐水質引起的故障，確保鍋爐安全運行，提高鍋爐效率，除了應提高給水水質，盡量減少雜質和腐蝕產物進入鍋爐外，還需要采取各種方法對爐水進行處理。目前，爐水處理的方式有三種，即磷酸鹽處理、氫氧化鈉處理和全揮發處理。本文重點分析應用最廣泛的磷酸鹽處理。

1 理論分析

鍋爐水磷酸鹽處理具有與水中鈣、鎂類物質形成松軟水渣的特性，是汽包防垢、防腐的重要措施。磷酸鹽處理可為鍋爐水提供適當的堿性，維持鍋爐水適當的pH值，并對鍋爐水酸、堿污染具有較強的緩沖性，因而具有較強的適應能力。在沒有凝結水精處理系統的機組，磷酸鹽加藥處理增強了抵御機組凝汽器偶然泄漏和啟動時的給水發生污染的能力。鍋爐水中存在磷酸鹽，由于共沉積作用，可減少飽和蒸汽攜帶氯化物和硫酸鹽等離子，從而減緩汽輪機的酸性腐蝕。所以磷酸鹽處理至今仍是汽包爐水的主要化學處理技術。然而，磷酸鹽含量高會使爐水的電導率增加，蒸汽攜帶的積鹽增加、排污量增加；爐水pH值的過高則又有可能引起爐管的堿性腐蝕；當然爐水中的磷酸鹽和pH值又會受鍋爐參數、結構和運行方式的影響。因此，把握好磷酸鹽處理時的加藥量與pH值的協調關系至關重要。

2 傳統磷酸鹽處理工藝及所存在的問題

2.1 傳統磷酸鹽處理工藝

（1）純磷酸鹽處理（PT）時，僅向鍋爐水中加入Na3PO4，控制PO43-在2～8mg/L間，可達到防垢目的，但存在磷酸鹽“隱藏”。此時，磷酸鹽在水冷壁管內壁沉積，沉積物中游離的NaOH若發生濃縮會引起水冷壁管堿性腐蝕。

（2）對等協調磷酸鹽處理時，同時向爐水中加入Na2HPO4和Na3PO4，按Na3PO4水解曲線進行加藥控制，使Na+/PO43-之比R為3.0，以消除鍋爐水中游離的NaOH。但在發生磷酸鹽“隱藏”時，磷酸鹽沉積并非以Na3PO4形式析出。在365℃時，以Na2.65H0.35PO4形式析出；在300℃時，以Na2.85H0.15PO4形式析出。因而，仍可產生游離的NaOH，無法避免常規磷酸鹽處理帶來的堿性腐蝕。

（3）協調磷酸鹽處理（CPT）時，同時向鍋爐水中加入Na2HPO4和Na3PO4，控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，防止了常規磷酸鹽處理帶來的堿性腐蝕危害，但不能消除“隱藏”，同時，因加入了Na2HPO4，降低了Na+/PO43-之比，使沉積物產生對水冷壁管酸性磷酸鹽腐蝕。

（4）磷酸鹽-pH協調或等成份磷酸鹽處理時，同時向鍋爐水中加入Na2HPO4和Na3PO4，控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，pH值為9～10。防止了堿性腐蝕的危害，減輕了酸性腐蝕危害，但不能真正消除磷酸鹽“隱藏”，也無法避免沉積物酸性磷酸鹽腐蝕。

2.2 存在的問題

（1）采用協調處理時，在管內水循環受干擾處、高熱負荷區、熱力或水力循環受影響的部位，NaH2PO4或Na2HPO4與爐管表面的磁性氧化鐵及鐵反應生成磷酸亞鐵鈉（NaFePO4），產生酸性磷酸鹽腐蝕。

（2）產生磷酸鹽“隱藏”，導致鍋爐水水質異常，引起鍋爐堿、酸性腐蝕。在高熱負荷區域或機組在短時大幅度升負荷時，鍋爐水中的磷酸鹽以磷酸鈉和磷酸氫二鈉混合物形式沉積于水冷壁管上，鍋爐水磷酸鹽含量很快降低，pH升高。相反，當短時大幅降低機組負荷時，鍋爐水磷酸根含量又很快上升，pH下降。磷酸鹽“隱藏”時，會引起沉積物下堿性介質（NaOH）濃縮腐蝕、爐管過熱，并與其他沉積物反應形成復雜水垢。磷酸鹽重新返回時，又會引起沉積物下酸性介質（NaH2PO4或Na2HPO4）濃縮，出現局部酸性環境，破壞水冷壁管表面氧化保護膜，引起磷酸鹽酸性腐蝕和應力腐蝕。酸性磷酸鹽腐蝕的典型產物NaFePO4，它大量存在時會使高參數鍋爐水冷壁管形成明顯的蝕坑或腐蝕穿孔。

2.3 產生磷酸鹽“隱藏”的條件

（1）鍋爐水總磷酸根含量較高。當磷酸根濃度小于l mg/L時，負荷波動對鍋爐水水質影響很小，磷酸鹽“隱藏”可不考慮。真正不會發生磷酸鹽“隱藏”時的磷酸根濃度為0.3mg/L。

（2）水冷壁管內壁有沉積物。金屬氧化物的存在對磷酸鹽的溶解度有很大的影響，如Na3PO4與Fe3O4共存時，Na3PO4的溶解度下降1/3～1/2。因此，保持水冷壁管內壁的清潔有助于防止磷酸鹽“隱藏”，可以此間接判斷鍋爐的臟污程度。

（3）具有高的熱負荷。當采用的磷酸鹽處理方式使磷酸根濃度較高時，在熱負荷較高的高參數爐中，不可避免存在磷酸鹽“隱藏”。

3 傳統磷酸鹽處理工藝的改進

3.1 平衡磷酸鹽處理

平衡磷酸鹽處理（EPT）是向鍋爐水中加入Na3PO4，當其濃度為只能與硬度起反應的極限濃度時，即為平衡濃度，幾乎無多余的磷酸鹽發生沉積。PO43-的濃度一般控制在0.5～2.4mg/L，允許發生一定程度的磷酸鹽“隱藏”，以利用自然產生離的NaOH，使鍋爐水pH為9.0～9.6，允許游離的NaOH濃度小于l mg/L。該法既能防垢，又能防酸、堿腐蝕。但無法完全避免磷酸鹽“隱藏”。鍋爐冷啟動時，鍋爐水磷酸根含量上升和pH下降，常需輔以NaOH處理，以使磷酸鹽“隱藏”受到控制。由于鍋爐水磷酸鹽濃度低，緩沖性弱，對鍋爐水質要求高，且要求水質穩定。

3.2 低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理

低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理是控制爐水磷酸鹽濃度小于l mg/L，以消除磷酸鹽“隱藏”。由于此時鍋爐水的pH值小于9，為保持鍋爐水的pH值為9.l～9.6，再輔以NaOH處理，并使NaOH濃度小于l mg/L。低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理同樣對鍋爐水水質要求高，且要求水質穩定。

4 結論

對高參數爐，采用協調磷酸鹽處理鍋爐水較困難，具有磷酸鹽“隱藏”現象。由于采用低Na+/PO4-比，易造成酸性磷酸鹽腐蝕。故對于超高壓汽包鍋爐，尤其是當機組負荷處于變動的調峰時，宜采用平衡磷酸鹽處理。

當能保證給水品質和給水水質穩定時，也可采用低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理方式，這既降低了總磷酸鹽含量，又維持了適當的pH值，同時也具有正常水質工況下的防垢能力。對于高參數以上的汽包鍋爐，熱負荷較高，一般情況下，設有凝結水精處理系統，給水的品質和穩定性大大提高，可選擇低磷酸鹽-低氫氧化鈉處理方式。

參考文獻

[1] 吳仕宏，袁長征.鍋爐內磷酸鹽處理工藝的應用與發展.中國電力，2000（3）：20～24.

[2] 孫本達，楊寶紅.火力發電廠水處理使用技術問答[M].中國電力出版社，2006.

[3] 張玉福.電站鍋爐爐水堿性控制[ J ].湖南電力，1998，（1）： 41～45.

[4] 林根仙，管淑敏.火電廠磷酸鹽水化學工況的現狀與發展[J].工業水處理，2001（08）.