多胺成膜藥劑在工業(yè)鍋爐中的應用研究

曹 榮，衡世權(quán)

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

當前，在供給側(cè)改革力度不斷加大，煤價不斷飆升，市場競爭日趨激烈的形勢下，節(jié)能減排對于企業(yè)運營的意義在不斷增強。對企業(yè)來說，進一步提高蒸汽動力系統(tǒng)的循環(huán)效率，意味著節(jié)能降耗和環(huán)保的雙重收益[1]。

隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，缺水現(xiàn)象和水質(zhì)惡化問題越來越突出。因此節(jié)約用水，搞好水處理，提高工業(yè)用水的利用率至關(guān)重要，對工業(yè)用水的處理，其核心問題就是要選擇采用優(yōu)質(zhì)安全的水處理藥劑，提高水資源使用的可重復性和高效性[2-3]。因而對水處理藥劑的研究和應用一直是當前水處理工作的熱點。全面認識和用好水處理藥劑，也是工業(yè)企業(yè)負責水處理的技術(shù)人員及操作人員最為關(guān)心的內(nèi)容。目前無論國際還是國內(nèi)，利用最新爐水處理技術(shù)對傳統(tǒng)處理工況進行改進和替代的趨勢日漸加快。高效水處理藥劑能使鍋爐、汽輪機等設備結(jié)垢積鹽的腐蝕產(chǎn)物及硅酸鹽、鈣鎂鹽在線剝離，實現(xiàn)機組高效率運行，可以有效應對防腐防結(jié)垢，優(yōu)化水汽品質(zhì)指標，實現(xiàn)節(jié)能減排。某化工廠現(xiàn)有2 臺蒸發(fā)量為75 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐、2 臺蒸發(fā)量為130 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐和1 臺蒸發(fā)量為260 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐，主要生產(chǎn)電能、蒸汽、甲醇醋酐等產(chǎn)品。

1 多胺成膜藥劑試驗目的

在額定蒸發(fā)量75 t/h 的鍋爐進行試驗，其鍋爐實際蒸發(fā)量50 t/h，平均補水量為50 t/h。為了保持爐水水質(zhì)穩(wěn)定正常，提高爐水水質(zhì)合格率，同時解決爐內(nèi)腐蝕和結(jié)垢的問題，提出采用新型藥劑替代磷酸三鈉，使爐水磷酸根指標趨于零，最終達到無磷排放。另外，提高爐水的濃縮倍數(shù)，可以使鍋爐排污率降低，減少污水排放，節(jié)水的同時節(jié)約熱能[4-6]。

2 多胺成膜藥劑試驗

2.1 試驗過程

主要儀器設備見表1。

表1 監(jiān)測主要儀器設備

在試驗前，采用原藥劑的情況下選取鍋爐連續(xù)運行一周的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)對比使用。加入多胺成膜藥劑后對系統(tǒng)進行調(diào)試，同時對鍋爐定排連排進行調(diào)整，加快系統(tǒng)中鐵銹污垢物的排放，排污率由高到低進行調(diào)整并逐漸趨于正常。

2.2 試驗前后pH 值變化分析

通過選取試驗前一周的數(shù)據(jù)和調(diào)試穩(wěn)定后10 d的數(shù)據(jù)進行對比分析，由圖1 可以得出，pH 值總體由10.5 左右向下偏移至9.5 左右，滿足技術(shù)要求。

圖1 試驗前后爐水pH 值趨勢圖

2.3 試驗前后磷酸根變化分析

根據(jù)GB/T12145—2106 指標要求，磷酸根質(zhì)量濃度控制在2～10 mg/L，采用多胺成膜藥劑后，磷酸根質(zhì)量濃度從14 mg/L 左右控制到1 mg/L 以內(nèi)，隨著時間延長會逐漸降低至零。

如圖2 所示，截止試驗末期磷酸根質(zhì)量濃度已降低至1 mg/L 以下，剩余爐內(nèi)殘留磷酸根會最終置換完全。因為鍋爐之前的運行環(huán)境因素，爐內(nèi)附著的磷酸根需要隨著時間推移不斷的排出，最終將實現(xiàn)無磷。

圖2 試驗前后爐水磷酸根含量趨勢圖

2.4 試驗前后電導率變化分析

根據(jù)GB/T12145—2106 相關(guān)指標爐水電導率該壓力等級未明確說明，一般控制在100 μS/cm，如圖3，試驗期間電導率大幅降低，由試驗前的100 μs/cm 以上下降并穩(wěn)定在40 μS/cm 之內(nèi)。

圖3 試驗前后爐水電導率趨勢圖

2.5 試驗前后二氧化硅變化分析

根據(jù)GB/T12145—2106 相關(guān)指標，爐水二氧化硅在該壓力等級雖然未明確說明，但是高級別壓力等級的指標控制在2 mg/L 以內(nèi)，根據(jù)圖4 所示，加入多胺成膜藥劑后，爐水中二氧化硅的質(zhì)量濃度穩(wěn)定在1 mg/L 左右，己滿足5.0～10 MPa 的鍋爐爐水二氧化硅控制指標。

圖4 試驗前后爐水二氧化硅含量趨勢圖

通過上述試驗前后4 組數(shù)據(jù)曲線對比分析，可以清楚地得出水汽指標數(shù)據(jù)變化情況。爐水及蒸汽指標的變化幅度比較小，并逐步趨于平緩，將更有利于實際水質(zhì)控制。具體表現(xiàn)在，pH 從10.5 左右控制到9.5左右，磷酸根最為明顯，從14 mg/L 左右控制到1 mg/L以下，電導率從150 μS/cm 左右控制到40 μS/cm以下。

2.6 試驗前后蒸汽品質(zhì)變化分析

采用鍋爐汽水品質(zhì)化驗分析數(shù)據(jù)作為計算分析依據(jù)，以試驗前的歷史數(shù)據(jù)作為基礎，對鍋爐汽水品質(zhì)統(tǒng)計分析結(jié)果見表2。

表2 試驗前后汽水品質(zhì)統(tǒng)計分析結(jié)果

從試用前和試用穩(wěn)定期的汽水品質(zhì)統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)對比可見：主蒸汽電導率及硅基本無變化，pH 值有所提升；爐水pH、硅基本無變化，電導率下降明顯，且磷酸根穩(wěn)定在1 mg/L 以下。總體來說，試用穩(wěn)定期的汽水品質(zhì)要優(yōu)于試用前。

3 多胺成膜藥劑性能特點及作用機理分析

本次試用的多胺成膜藥劑分為在鍋爐給水加氨處加入，藥劑基本性能參數(shù)如表3 所示。

表3 多胺成膜藥劑基本性能參數(shù)

多胺成膜藥劑在各種不同成分的協(xié)同作用下，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氨水、磷酸三鈉等化學藥劑，不僅可以提高防腐蝕防結(jié)垢性能，還能夠提高汽水循環(huán)效率，與傳統(tǒng)工藝相比具有較明顯優(yōu)勢。不含氨成分的特性，使其在調(diào)節(jié)pH 值時避免了由氨所引起的對水汽系統(tǒng)中銅及銅合金設備的腐蝕。藥劑可以與鐵原子以配位鍵的形式相互吸附，多胺在金屬表面形成保護膜，隔絕溶解氧、二氧化碳等腐蝕性雜質(zhì)對水冷壁等金屬的侵害，保護膜不僅可以抑制電化學腐蝕過程，還能抑制流動加速腐蝕的能力。藥劑具有最佳的液汽分配比，通過對除氧器下降管投藥，使整個汽水循環(huán)系統(tǒng)pH 值維持在最佳范圍，并形成連續(xù)均勻的保護膜，對系統(tǒng)提供整體全面的保護。

藥劑由全揮發(fā)性有機物組成，其投加不會對爐水中電導率指標產(chǎn)生明顯影響。因此與傳統(tǒng)磷酸鹽處理工況相比，爐水的濃縮倍率將會提高，故而鍋爐排污率會降低，節(jié)水的同時節(jié)能，提高鍋爐熱效率。

4 結(jié)語

多胺成膜藥劑的使用，給工業(yè)企業(yè)將會帶來技術(shù)上和經(jīng)濟上收益。技術(shù)性方面通過改善水汽質(zhì)量指標，降低化學專業(yè)工作量；經(jīng)濟性方面，減少鍋爐排污量，鍋爐平均連續(xù)排污率由前幾年的2.5%降至1%以下，節(jié)約除鹽水量和熱量，從而提高系統(tǒng)熱效率。綜上所述，多胺成膜藥劑在實現(xiàn)水汽指標進一步優(yōu)化的基礎上，鍋爐排污率得到顯著降低。在長時間使用后，能滿足《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質(zhì)量標準》（GB12145—2016）及該化工廠水汽品質(zhì)控制要求，還能保證鍋爐長期經(jīng)濟安全穩(wěn)定運行。