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工業鍋爐水處理技術

文章出處:發表時間:2018-1-28【

      在鍋爐水處理過程中,鍋爐設備和管線易發生的主要問題是:腐蝕、結垢/沉積物、鍋水夾帶問題。為了保持這些主要問題在控制狀態下,實施綜合的處理方案是必要的。

     鍋爐給水中的雜質可以分為三種類型:溶解固體;溶解氣體;懸浮物質。對于中壓鍋爐,目前的給水預處理已經可以將鹽類物質處理在很低的水平,電導率一般都會小于5u/cm2(高壓鍋爐小于0.2),硬度為0,因此結垢問題不會在給水管線和設備上發生,但進入鍋爐后,由于鍋爐的蒸發濃縮,會產生硅及腐蝕產物的沉積問題。然而,由于給水中的溶解氣體(O2和CO2)和回水中的腐蝕產物(Fe或Cu),會導致給水系統的腐蝕問題,進而影響鍋爐設備的腐蝕控制,
許多腐蝕問題發生在鍋爐的熱交換區域-蒸發器、水冷壁、隔板、排污閥和過熱器。其它常見問題的區域包括:除氧器、給水預熱器和省煤器。控制給水系統腐蝕的關鍵是:穩定調節給水pH值,清除給水中的溶解O2。

為了防止給水系統的腐蝕,國標要求給水的pH值應控制8.8-9.2范圍內。
但常規氨水調節有其負面效應:
1.相同溫度下,CO2的分配系統比NH3的大得多,即汽相中CO2的濃度較高,所以蒸汽冷凝時,水相中的NH3/CO2比值比氣相中的大;而當蒸發時,氣相中的NH3/CO2比值比水相中的小。因此,給水進行氨調整時,熱力系統中有些部位可能出現氨量過剩,有些部位可能出現氨量不足,從而影響氨的處理效果。導致不同部位產生pH差異。
2.給水pH值超過9.2,也就意味著水、汽系統中氨的量較多,在氨的富集區,容易引起銅合金材料的腐蝕,因為這時NH3將與Cu形成可溶性的銅氨絡離子Cu(NH3)42+,即發生銅合金的氨腐蝕。
3.氨水有很難聞的氣味,使用不方便,操作環境比較惡劣,會對操作人員的建康造成危害。操作存在安全隱患

鍋爐的蒸發會導致雜質濃縮。鍋爐中的垢在熱交換表面的沉積,或懸浮物質沉積在金屬表面上,變硬、變粘。鍋爐中的高溫會分解一些礦物質,引起其它物質溶解度降低。
水中的雜質和沉積物會導致結垢和沉積物,如:二氧化硅、懸浮物,或溶解的鐵、油和其它工藝污染物。
溶解的鈣和鎂的重碳酸根受熱會分解釋放出二氧化碳,并形成不溶性的碳酸鹽。
二氧化硅通常在水中不會大量出現,但在某種條件下會形成硬垢。尤其是在原水處理不徹底的情況下,膠體硅進入化學水系統,且不能被離子交換工藝去除,必然進入鍋爐系統,必然增大硅垢形成的趨勢,從而降低蒸汽的品質。
硅酸化合物在水中的溶解度很小,其中溶解性的硅酸稱為活性硅(或溶硅),而大部分卻在水中進行聚合而成為雙分子或三分子聚合物,最后成為完全不溶解的多分子聚合物,即稱為膠體硅。它們在水中處于動平衡狀態,并隨pH值而變化,當pH值高時,較多轉變為可溶性硅。因此控制爐水的pH>9.5相當關鍵。硅酸化合物存在于水和蒸汽中的危害很大,一旦進入鍋爐后,膠體硅隨著壓力及pH值升高而轉化為溶硅,從而使爐水中的含硅量不斷增加,有時即使加大排污量也難以改變爐水含硅量,同時,硅酸在高溫的蒸汽中有較大的溶解度,并隨壓力、溫度的升高而溶解度不斷增大,因此,進入鍋爐的硅酸在爐內的沉積雖然不多,卻大部分被蒸汽帶走,硅酸隨著蒸汽的做功過程,溫度、壓力的降低,而溶解度降低,因此就沉在汽輪機的葉片或噴嘴中形成質硬的硅酸鹽垢,嚴重時,可使氣壓機效率大幅度下降,阻塞通道,限制出力,影響氣壓機的生產安全,為此,必須控制給水的含硅量,并使用化學品防止爐水的夾帶。
回用凝結水的腐蝕產生的鐵和銅也能引起系統潛在的腐蝕和沉積物。
鍋爐給水中含有銅和鐵時,會在金屬受熱面上形成銅垢或鐵垢,由于金屬表面與銅垢、鐵垢沉積物之間的電位差異,從而引起了金屬的局部腐蝕,這種腐蝕一般是坑蝕,容易造成金屬空孔或爆裂,導致設備、管線和閥門的泄漏,所以危害性很大,因此,嚴格控制給水中銅和鐵的含量,是防止鍋爐腐蝕的必要措施。給水中的銅與鐵,一般來源于凝結水、補給水以及生產回水系統,因此必須通過添加緩蝕劑或機械過濾器等防止以上水系統的腐蝕。
油和其它工藝污染物會形成沉積物,并會促進其它雜質的沉積,導致夾帶現象。
結垢和沉積物會在鍋爐表面,特別是爐管上形成一層絕緣層,這會阻止爐管與爐水循環水的熱交換。這種過熱最終導致爐管故障。這層絕緣層也會導致更高的能量消耗。鍋爐沉積物也會部分或全部阻塞爐管,隨之導致爐管過熱或爆管故障。沉積物最終導致不定期的停車、增加清洗費用。
腐蝕最終導致設備、管線和閥門和金屬損傷,造成這些部位的泄漏,鍋爐金屬由于與水汽直接接觸,再經過低溫加熱器、除氧器、高溫加熱器、鍋爐、凝汽器等,這個過程為鐵的腐蝕提供了足夠的停留時間,例如,鐵或磁性四氧化三鐵轉換為氧化鐵,導致腐蝕。
因此,需要采用有效的爐內處理技術,并結合凝結水處理技術對結垢和腐蝕進行綜合控制,才能真正處理好鍋爐系統的此類問題。
目前的中壓鍋爐水系統采用磷酸三鈉處理,受自身性質的影響,有明顯的處理缺點:
1、PO43-對水垢的抑制沒有低劑量(閾值)效應,故對水垢沒有抑制效果,只能生成Ca10(OH)2(PO4)6水渣,且是按化學計量形成的,排污量大,否則爐內難免有磷酸鹽的過飽和沉積,增加夾帶的趨勢; 
2、PO43-本身是成垢基團,在高溫高壓下無法對鍋爐提供有效的鈍化防護,因化合的磷酸鐵鹽是其與腐蝕性離子Fe3+形成的;
3、PO43-對鍋水的pH緩沖能力有限,且在鍋爐負荷發生變化時易出現磷酸鹽的“暫時消失”,導致磷酸鈉加入過量;
4、生成的鹽類,易因夾帶進入蒸汽系統中,導致蒸汽系統汽輪機的結垢和管線的腐蝕。表現為蒸汽系統中Na+、SiO2等含量偏高。
5、對給水帶入的Fe和SiO2沒有分散效果,易導致局部沉積,產生電化學腐蝕
6、磷酸鹽垢曾在一些鍋爐系統的汽輪機葉片和透平上反映的比較突出,表明蒸汽中有磷酸鹽垢夾帶進入汽輪機系統。日積月累,對汽輪機長期安全、穩定運行造成嚴重后果。

與鍋爐操作相關的另一個重要問題是鍋水夾帶,即鍋水雜質成份進入蒸汽,影響蒸汽的品質。夾帶的起因可能是物理的或化學的。
物理原因包括:鍋爐操作(突然負荷改變、水量增加等)、泄漏/破裂和不充分或較差的蒸汽分離設備。化學原因包括更高的鍋水固體或硅含量或給水中的油、有機物質或冷卻水中的污染物。夾帶的有害影響包括:
1、雜質導致汽水分離設備腐蝕。
2、過熱器出現沉積及可能的故障。
3、渦輪葉片出現沉積,及隨之而來的效率和能力下降。
4、蒸汽中的水可能導致溫度急增、蒸汽系統設備的腐蝕或侵蝕。
5、與蒸汽接觸產生的人為污染。
如果夾帶本質上是化學因素引起,有時可使用防沫劑加以控制。然而,沒有方法能替代正確的鍋爐操作、控制和每一個鍋爐停車期間的汽包內部檢查。

 

 

 

 增加凝結水返回量意味著增加熱效率,增加鍋爐的濃縮倍數,使用更少的化學品,同時也意味著更好的處理效果,更長的設備壽命。
凝結水是由蒸汽做功之后凝結而成的,水質應該是非常純的,但若凝結水管線未受到保護,會產生一系列問題。蒸汽在低pH運行導致的腐蝕、給水加氨導致的氨蝕或鍋水的夾帶引入的鈉、硅等易在蒸汽管線和汽輪機上沉積,產生電位腐蝕生成金屬腐蝕產物。污染后的鍋爐給水,銅、鐵的顆粒會返回到鍋爐,產生電位腐蝕。使凝結水受到污染,包括:
(1) 蒸汽系統的凝汽器滲漏。通常在凝汽器的管子與管板結合的地方,出現了不嚴密處,使得冷卻水滲漏到凝結水中;或是由于系統的腐蝕而出現裂紋、穿孔、損壞等造成凝汽器的泄漏,使凝結水受到污染。
(2) 金屬腐蝕產物的污染。凝結水系統的設備和管路由于某種原因被腐蝕,金屬腐蝕產物進入凝結水中,其中主要是鐵和銅的腐蝕產物的污染。
(3) 熱用戶返回水的雜質污染。熱用戶返回的凝結水中,往往含有許多雜質,隨著不同的應用場合與生產工藝,雜質的成分與污染的途徑也不同,有時也有未經處理的原水、油類等漏入蒸汽的凝結水中。


 

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