新型鍋爐水處理技術的應用

饒江雄，馮安華(四川金象賽瑞化工股份有限公司，四川 眉山 620010)

0 前言

目前由于水質問題引起的結垢、腐蝕和汽水共騰所造成的鍋爐事故約占整體事故的46%。新型鍋爐水處理技術的成功應用表明：與傳統的鍋爐水處理相比，新型藥劑的使用在安全環保、防腐阻垢和節能減排方面體現了其獨特優勢，為鍋爐系統實現安、穩、長、滿、優的高效運行創造了堅實的客觀條件，達到控制結垢、腐蝕、攜帶和沉積等目的的同時，又降低了鍋爐排污率。

1 傳統鍋爐水處理現狀

1.1 加氨調節給水pH值

為避免在給水管路由金屬的氫去極化作用而引起的腐蝕[1]，及防止管線內壁保護膜受到腐蝕破壞，通過在給水前端加入氨水調節pH值至8.8～9.3。在氨的富集區，極易發生銅氨絡合腐蝕現象，侵蝕設備；氨水高揮發性，具有強烈刺激性氣味，操作條件較為惡劣；受水汽分配比影響，易造成汽包爐水pH值下降。

1.2 給水除氧

給水一般使用化學除氧劑輔助熱力除氧器進行深度除氧，常規藥劑有丙酮肟、聯氨等。聯氨作為2A類致癌物，目前作為除氧劑已基本被取消[2]，且其反應速率受反應溫度、pH環境和殘余量影響太大，除氧效果受制約因素較多。傳統除氧劑功能單一，對已Fe2+、Cu2+缺乏還原能力，無良好的鈍化效果，不能徹底解決和滿足鍋爐系統面臨的深度除氧問題和鈍化保護功能。

1.3 鍋爐水處理

縱觀近幾十年發展，磷酸鹽阻垢技術是應用在中高壓鍋爐汽包最為成熟、廣泛的鍋爐水處理技術。然而磷酸三鈉是一種單一功能的阻垢防腐劑，受其自身性質影響，有著其明顯的處理缺陷不可回避，即在汽包內極易發生的磷酸鹽“隱藏”現象[3]，由此可能會引起爐內局部磷酸發生酸性腐蝕現象；同時，磷酸鹽引入的大量鹽類離子攜帶至蒸汽系統中，造成中高壓鍋爐汽輪機積鹽現象頻頻發生。隨著國家對磷排放要求越來越嚴格[4]，低磷或無磷技術的應用是新型鍋爐水處理未來發展的必然趨勢。

2 J公司鍋爐水處理現狀

2020年，J公司位列中國石油和化工企業200強，憑借強大的研發優勢，形成了行業內獨具特色的一體化、規模化、集約化的“以天然氣為原料生產合成氨、硝酸、硝銨、尿素、三聚氰胺、硝基復合肥、過氧化氫、過氧乙酸”全過程協同的循環經濟產業鏈模式，并擁有產業鏈上各環節核心技術。公司累計授權專利209件，被工信部認定為“綠色工廠”，具有制造業單項冠軍產品。J公司當前擁有3套合成氨、3套硝酸生產裝置。

J公司合五合成廢鍋、轉化廢鍋為中壓余熱鍋爐，鍋爐給水由雙氧水車間生產并提供，工藝采用超濾、反滲透雙膜+混床二級脫鹽處理，pH控制在6～9。使用氫氧化鈉調節鍋爐水pH值，磷酸三鈉進行爐水處理，通過人工分析數據，人工再根據分析數據進行調節加藥量，經加藥泵連續加入管線進入鍋爐給水泵。現場分析數據顯示：爐水磷酸根隱藏現象較為明顯，且波動頻繁；爐水電導率長期較高，其中鹽分易因夾帶進入蒸汽系統中，導致蒸汽系統設備的結垢和管線的腐蝕；鍋爐排污率較高，造成大量高溫爐水熱值浪費，蒸汽產量減少。

2019年3月開始使用L公司的新型鍋爐水處理技術，選用有機pH調節劑400和新型鍋爐水處理劑800兩種產品。新型藥劑無色無味、無毒無害，對傳統藥劑氫氧化鈉、磷酸三鈉進行全面替換。

3 應用結果

3.1 爐水pH指標

爐水指標是關鍵指標，直接影響爐內的腐蝕和結垢控制，同時影響汽包排污和蒸汽的品質，因此需要重點關注。爐水pH變化趨勢圖如圖1所示。

圖1 爐水pH變化趨勢圖

爐水pH值之所以是汽水關鍵指標，其主要控制目的有兩個：有利于爐內水處理劑800與致垢物質生成分散的無定形螯合物，達到較好的防垢目的；平衡向硅酸鹽方向進行，飽和蒸汽中硅酸的選擇性攜帶系數降低，提高蒸汽品質。

加藥后的爐水pH指標穩定在9～10.5的國標控制范圍內，且平均值在9.5～10.5，非常有利于爐內腐蝕結垢的控制。

3.2 爐水電導率指標

爐水電導率變化趨勢圖如圖2所示。爐水電導率直接反應了汽包內鹽離子和金屬離子濃度的大小[5]，若長期保持較高水平，則爐內結垢和腐蝕速度都會加快，同時影響汽包排污和蒸汽的品質。爐水電導率變化如圖2所示。自3月28日換藥起，爐水電導呈明顯下降趨勢，與加藥前對比明顯；4月9日過渡期開始，爐水電導率始終處于低值位(20 μs/cm左右)，且是在鍋爐排污率相較于加藥前低很多的情況下實現的。可知，新藥劑實現了減排后爐水指標的穩定，有利減排節能指標的實現。

圖2 爐水電導率變化趨勢圖

3.3 磷酸根指標

爐水磷酸根前后數據對比如圖3所示。試用后磷酸根指標大幅度下降，已長期保持在0～3 mg/L。傳統所用磷酸根對爐水pH值調節能力有限，且本身為成垢基團，導致爐水電導長期較高，造成能量損失大，易生成磷酸鹽垢反映在汽輪機葉片上，部分結晶析出的磷酸鹽易與金屬保護膜發生反應，使保護膜遭到破壞，導致腐蝕的加速。新型鍋爐水處理劑800屬于復合低磷聚合物，可通過有機聚合物螯合分散硬垢離子，以新型COO等 基團代替磷酸根分散鐵、銅等沉積物，同Ca、Mg等硬度離子形成懸浮狀螯合物，通過鍋爐連排排出，達到防腐阻垢的效果的同時，又能減少磷排放處理成本。

圖3 磷酸根變化趨勢圖

3.4 排污率指標

圖4和圖5所示中，自4月下旬開始減排起，排污率逐漸下降，由減排前的8%～9%下降至現3%～4%，連排開度關小至原開度的1/4，定排由每日1次降至3日1次，蒸汽產量顯著升高，平均每小時增產2～3 t。由此可見，新型鍋爐水處理劑達到了降低排污、節約能源的目的。

圖4 排污率變化趨勢圖

圖5 蒸汽產量變化趨勢圖

3.5 經濟效益分析

J公司外購過熱蒸汽、飽和蒸汽，價格為194元、175元。外購全為飽和蒸汽折算到合五鍋爐每小時應多產蒸汽0.67 t可抵消新型鍋爐水處理劑的成本。

L公司新型鍋爐水處理結經過50多天試用后，蒸汽相較于試用前(1—4月)平均每小時至少上升2 t(減少排污量平均5%左右，按增加1.5 t計算)，蒸汽價格按照140元/t計算(外購價格除去稅收，人工)，按每年運行8 000 h計算，年經濟效益計算如下：

年經濟效益=蒸汽增量效益-年藥劑成本投入，即1.5×140×8 000-0.832×55×8 000=1 313 920元，每年可帶來經濟效益約131.4萬元。

4 結語

經過近2個月的試用，結合水質分析數據和圖表分析，使用L公司新型鍋爐水處理劑后，鍋爐汽包爐水、蒸汽等主要指標均能控制在合格范圍內，且較以前更優；排污率顯著下降，有效避免了大量高溫爐水的排放所造成的熱值浪費；其中磷酸根指標由10 mg/L降低至0～3 mg/L，大大緩解了企業磷排放壓力，有利于系統的長期安全穩定運行。

新型鍋爐水處理技術的成功應用表明：新型藥劑的使用在安全環保、防腐阻垢和節能減排方面體現了其獨特優勢。新技術的應用并不只是對傳統藥劑單一功能方面的簡單取代，更為鍋爐系統安、穩、長、滿、優的高效運行創造了堅實的客觀條件。在達到控制結垢、腐蝕、攜帶和沉積等目的的同時，又降低了鍋爐排污率，實現了企業降本增效的目的。