鍋內(nèi)加藥處理

本文格式為Word版，下載可任意編輯——鍋內(nèi)加藥處理第十一章鍋內(nèi)加藥處理

鍋爐水處理的方法有好多，其中加藥水處理就是針對水垢形成的原因和過程，采用向水中投加藥劑的方法，把能形成水垢的物質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎门盼鄯椒ㄅ诺舻哪嘣?，以防止或減緩水垢的形成，同時對防止鍋爐金屬腐蝕也有一定意義。

工業(yè)鍋爐加藥處理分單純采用鍋內(nèi)加藥處理和鍋外處理后的加藥調(diào)理處理兩種狀況；對于補(bǔ)給水采用除鹽處理的電站鍋爐，協(xié)調(diào)pH-磷酸鹽處理是一種既嚴(yán)格又合理的鍋內(nèi)水質(zhì)調(diào)理方法。

第一節(jié)工業(yè)鍋爐的單純鍋內(nèi)加藥處理

工業(yè)鍋爐的單純鍋內(nèi)加藥水處理一般是指：在含有硬度的給水中參與適合的防垢劑，使之在鍋內(nèi)與水中硬度物質(zhì)發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)作用，生成松散而又有滾動性的水渣通過鍋爐排污除去，或者生成非沉淀性螯合物，并阻止水垢的結(jié)晶生長，從而達(dá)到防止或減緩鍋爐結(jié)垢和腐蝕的目的。

一、鍋內(nèi)加藥處理的適用范圍及作用特點(diǎn)（一）適用范圍

根據(jù)GB1576—2023《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：額定蒸發(fā)量小于或等于4t/h，且額定蒸汽壓力小于或等于1.3MPa的自然循環(huán)蒸汽鍋爐、對水汽質(zhì)量無特別要求的汽水兩用鍋爐、額定功率小于或等于4.2MW非管架式承壓的熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐，均可采用單純鍋內(nèi)加藥水處理。

應(yīng)當(dāng)注意的是，一些結(jié)構(gòu)特別的鍋爐，即使其水容量較小，也不宜采用單純的鍋內(nèi)加藥處理，例如貫流式和直流盤管式鍋爐，應(yīng)采用給水軟化處理再加上適當(dāng)?shù)募铀幷{(diào)理處理。

（二）加藥作用

通過在鍋內(nèi)加藥的方式有效地控制鍋水中的離子平衡，抑制晶體沉淀物的生長與粘結(jié)，使之形成滾動性的泥渣而排除，從而防止或緩減水垢的形成。其作用可歸結(jié)如下：

1、通過加藥，使鍋水維持堿性工況（有足夠的CO32-和OH-）或磷酸根工況（有足夠的PO43-和OH-）,阻止鈣、鎂離子生成CaCO3、CaSO4、CaSiO3等硬垢，而形成鈣、鎂鹽的滾動性泥渣。

2、向鍋水中補(bǔ)加促使泥渣形成的結(jié)晶中心。

3、使經(jīng)藥劑作用后形成之沉淀與鍋爐金屬表面帶一致電荷，或在鍋爐金屬表面形成電中性的隔離層，從而使析出之沉淀不會粘結(jié)到鍋壁上形成水垢。

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（三）使用特點(diǎn)

鍋內(nèi)加藥水處理的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡單，投資少；操作便利，易管理。如使用得當(dāng)，可達(dá)到較好的防垢效果。另外，鍋內(nèi)加藥處理法相對于鍋外離子交換法而言，可儉約大量用水，減少對環(huán)境的污染。

鍋內(nèi)加藥處理的缺點(diǎn)是：鍋爐排污控制要求較嚴(yán)格，排污量和熱損失相對較大；且影響防垢效果的因素較多，一般不易達(dá)到鍋爐無垢運(yùn)行，因此單純的鍋內(nèi)加藥處理尋常只適用于小型工業(yè)鍋爐。

二、鍋內(nèi)加藥處理的常用藥劑類型及其性能

（一）加藥處理常用藥劑的類型

根據(jù)水處理目的的不同，鍋內(nèi)加藥處理的藥劑主要有防垢劑和降堿劑二大類，其次還有緩蝕劑、消沫劑、防油垢劑等類型，在進(jìn)行鍋內(nèi)加藥處理時，可根據(jù)鍋爐類型、給水水質(zhì)、運(yùn)行要求等配置成復(fù)合型藥劑使用。

1、防垢劑防垢劑主要是與給水中硬度成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使硬度成分轉(zhuǎn)變成不易在受熱面上粘附的水渣的藥劑。如燒堿（NaOH）、純堿(NaCO3)、磷酸鹽、有機(jī)羧酸鹽、有機(jī)聚膦酸鹽等。

2、降堿劑主要是用來降低給水或鍋水中的堿度，以降低鍋水排污率，防止汽水共騰和苛性脆化的藥劑。如磷酸、草酸、磷酸二氫鈉、硫酸銨等。

3、緩蝕劑主要用來防止鍋爐金屬（水側(cè)）的腐蝕。緩蝕劑主要有亞硫酸鈉、亞硝酸鈉，有機(jī)除氧藥劑等。過去常用的聯(lián)胺、重鉻酸鈉等，由于毒性很大，近年已很少采用。

4、消沫劑主要是用來防止由于鍋水濃度過高而發(fā)生的起沫或汽水共騰，以提高蒸汽質(zhì)量。消沫劑主要有酰胺類消沫劑和聚酯型消沫劑。

5、防油垢劑主要是用來吸附鍋水中的油脂，以防止難以清除的含油水垢的結(jié)生。防油垢劑主要有活性炭、膠體石墨、木炭粉等。

（二）幾種常用的鍋內(nèi)加藥處理藥劑的性能和作用

1、氫氧化鈉（NaOH）氫氧化鈉俗稱燒堿、火堿、苛性鈉，是一種白色固體，吸水性很強(qiáng)，極易溶于水而放出大量的熱量，有猛烈的腐蝕性，是一種強(qiáng)堿。氫氧化鈉的主要作用如下：

（1）能有效的消除給水中的硬度：

Ca(HCO3)2＋2NaOH＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2OMg(HCO3)2＋4NaOH＝Mg(OH)2↓＋2Na2CO3＋2H2O

CaCl2＋2NaOH＝Ca(OH)2↓＋2NaClMgSO4＋2NaOH＝Mg(OH)2↓＋Na2SO4

從上述反應(yīng)可知，只有非碳酸鹽硬度才消耗堿劑，而碳酸鹽硬度與氫氧化鈉反應(yīng)后，除了生成CaCO3、、Mg(OH)2沉淀，還同時生成了等物質(zhì)量的Na2CO3，它在鍋爐的高溫、高壓下又會部分水解成氫氧化鈉。

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（2）能防止一些結(jié)垢物質(zhì)在金屬受熱面上結(jié)生水垢鍋水中存在大量CaCO3晶粒，假使同時存在大量的氫氧根離子（OH）時，它能吸附在帶正電荷的CaCO3晶粒周邊，不僅可阻止CaCO3晶粒間相互合并長大，同時還可以阻止帶負(fù)電荷的CaCO3晶粒向帶有同性電荷的鍋爐金屬表面附著，從而防止CaCO3水垢的結(jié)生。

（3）保持鍋水的堿度，防止鍋爐腐蝕當(dāng)鍋水中OH保持一定的濃度時（pH9.5~pH11.5）,鍋爐金屬表面生成的保護(hù)膜就比較穩(wěn)定，從而可以阻止氧對鍋爐金屬的腐蝕。

2、碳酸鈉（Na2CO3）碳酸鈉俗稱純堿，為白色粉狀固體，易溶于水，其水溶液呈堿性。碳酸鈉的主要作用為：

（1）能與水中的非碳酸鹽硬度反應(yīng)：

CaCl2＋Na2CO3＝CaCO3↓＋2NaClCaSO4＋Na2CO3＝CaCO3↓＋Na2SO4MgCl2＋Na2CO3＝MgCO3↓＋2NaClMgSO4＋Na2CO3＝MgCO3↓＋Na2SO4

其中MgCO3又會水解成溶解度更小的Mg(OH)2沉淀：

MgCO3＋H2O＝Mg(OH)2↓＋CO2↑

（2）在鍋水中會部分水解成NaOH，因此具有氫氧化鈉的作用。其水解反應(yīng)為：

Na2CO3＋H2O＝2NaOH＋CO2↑

由于碳酸鈉的水解率將隨著鍋爐壓力的增高而增大，碳酸鈉水解后生成的CO2將隨著鍋水的蒸發(fā)而進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)碳酸鈉水解率較大時，大量的CO2易引起熱網(wǎng)管線和用汽設(shè)備的腐蝕，特別當(dāng)鍋爐給水未除氧或除氧效果不好時，氧和二氧化碳的共同作用將使腐蝕更為嚴(yán)重。因此，碳酸鈉只適用于壓力較低的工業(yè)鍋爐單純鍋內(nèi)加藥處理，而不宜用作軟化處理后的調(diào)理處理，也不宜用作中、高壓鍋爐的鍋內(nèi)加藥處理。

3、磷酸三鈉（Na3PO4·12H2O）磷酸三鈉為白色晶體，在枯燥的空氣中能風(fēng)化，加熱至100℃以上時，就會失去結(jié)晶水而成為無水物，溶于水，其水溶液呈堿性。磷酸三鈉不僅是十分有效的阻垢劑，而且能在金屬表面形成鈍化保護(hù)膜，加上磷酸鹽的水解不受溫度、壓力的影響，因此也常作為各種壓力的汽包鍋爐的鍋內(nèi)加藥處理的藥劑。Na3PO4的主要作用是：

（1）能與水中的硬度物質(zhì)反應(yīng)，生成水渣。其化學(xué)反應(yīng)式為：

3CaCl2＋2Na3PO4＝Ca3(PO4)2↓＋6NaCl3CaSO4＋2Na3PO4＝Ca3(PO4)2↓＋3Na2SO43MgCl2＋2Na3PO4＝Mg3(PO4)2↓＋6NaCl3MgSO4＋2Na3PO4＝Mg3(PO4)2↓＋3Na2SO4

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3

在沸騰的鍋水中，當(dāng)pH達(dá)到10左右時，磷酸根離子還能與鈣離子生成滾動性很強(qiáng)且十分松軟的堿式磷酸鈣水渣，它易隨鍋爐排污除去，而不會粘附在鍋內(nèi)變成水垢。其反應(yīng)式為：

10Ca2+＋6PO4＋2OH＝Ca10(OH)2(PO4)6↓

3--

由于堿式磷酸鈣是一種溶度積微?。ㄆ銴SP＝1.6×1058）的難溶化合物，所以只要

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鍋水中保持一定量的過剩PO4，就能使鍋水中的Ca2+含量十分小，以至它與鍋水中的

3-

SO4或SiO3的濃度之積不會達(dá)到CaSO4或CaSiO3的溶度積，這樣就可避免鍋爐受熱面上結(jié)生難以清除的硫酸鹽和硅酸鹽水垢。

（2）增加水渣的滾動性由于磷酸三鈉與鈣鎂鹽類反應(yīng)后生成的磷酸鈣和磷酸鎂是具有高度分散力的膠體顆粒，在鍋水中能作為結(jié)晶晶核，使CaCO3和Mg(OH)2在其周邊析出，形成滾動性較強(qiáng)的水渣，從而不易粘附在金屬面上。

在磷酸鹽水渣中，磷酸鎂的粘性較大，有時會在水流滯緩的部位因排污不及時而轉(zhuǎn)化成二次水垢。但當(dāng)鍋水中含有Na2SiO3時，則能生成滾動性較強(qiáng)的蛇紋石水渣（3MgO·2SiO2·2H2O），其反應(yīng)式如下：

Mg3(PO4)2＋2Na2SiO3＋2NaOH＋H2O→3MgO·2SiO2·2H2O＋2Na3PO4

（3）能使已結(jié)生的硫酸鈣和碳酸鈣等老水垢疏松而脫落假使鍋水保持一定的pH和PO4濃度，那么已結(jié)生的硫酸鈣、碳酸鈣或硅酸鈣水垢就可能因轉(zhuǎn)化成溶度積微小的堿式磷酸鈣而疏松脫落。

（4）在金屬表面上形成磷酸鐵保護(hù)膜，防止鍋爐金屬的腐蝕。

4、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）和磷酸二氫鈉（NaH2PO4）其作用與磷酸三鈉相像，但由于它們的水溶液分別接近中性或偏酸性，因此它們能起到降低鍋水堿度的作用。故當(dāng)給水中鈉鉀堿度較高時，宜采用磷酸氫二鈉或磷酸二氫鈉來代替磷酸三鈉，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

Na2HPO4＋NaHCO3＝Na3PO4＋H2O＋CO2↑NaH2PO4＋2NaHCO3＝Na3PO4＋2H2O＋2CO2↑

5、六偏磷酸鈉[(NaPO3)6]六偏磷酸鈉俗稱磷酸鈉玻璃，是磷酸鈉聚合體的一種，枯燥時呈玻璃狀固體，質(zhì)地堅硬；有較強(qiáng)的吸濕性，潮解后變粘。六偏磷酸鈉在水中的溶解度很大，其水溶液具有弱酸性，水解后生成磷酸二氫鈉。它的主要作用是：

（1）防止給水系統(tǒng)產(chǎn)生水垢六偏磷酸鈉能與水中的鈣鎂離子形成較為穩(wěn)定的絡(luò)合離子，即[Ca2(PO3)6]和[Mg2(PO3)6]，而且即使水中存在較多的陰離子，也不會破壞絡(luò)離子而產(chǎn)生鈣鎂沉淀物。這樣，就可以保證在給水正常溫度下，防止給水系統(tǒng)因產(chǎn)生水垢而堵塞，特別是可以消除由于給水硬度大而引起的注水器堵塞的故障。（2）代替磷酸鈉的作用六偏磷酸鈉在酸性或堿性溶液中都能水解為磷酸二氫鈉：

(NaPO3)6＋6H2O→6NaH2PO4

在鍋水中遇到氫氧化鈉時，能生成磷酸三鈉，故可起到磷酸三鈉的作用。(NaPO3)6＋12NaOH→6Na3PO4＋6H2O

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2-2-3-

2-2-

然而也正由于這個原因，在配制防垢劑時，應(yīng)注意避免將六偏磷酸鈉與氫氧化鈉直接混合。

6、栲膠栲膠又稱為血料，主要成分為丹寧（約占60%），是紅棕色非晶形粉末。栲膠的主要作用是：

（1）絡(luò)合、凝聚作用栲膠中的丹寧能與水中的鈣、鎂離子生成絡(luò)合物，因此可阻止硬度物質(zhì)產(chǎn)生沉淀。同時由于丹寧的凝聚作用，可使已析出的碳酸鈣等沉淀晶粒凝聚成絮狀的水渣，易隨鍋爐排污而除去，防止水垢的生成。

（2）生成電中性絕緣層的作用丹寧能在鍋爐金屬表面生成電中性的丹寧酸鐵絕緣保護(hù)膜，可消除金屬表面與致垢物質(zhì)間的靜電吸引作用，從而抑制結(jié)垢物質(zhì)在金屬受熱面上粘附。

（3）吸氧防腐作用在堿性的鍋水介質(zhì)中，丹寧具有較強(qiáng)的吸氧作用，能減少氧對金屬的腐蝕。

（4）促使老水垢脫落作用栲膠具有較強(qiáng)的滲透能力，丹寧酸能與老水垢作用，可使其疏松脫落。

7、腐植酸鈉腐植酸鈉是一種繁雜的芳香族有機(jī)物，黑褐色顆粒狀，它沒有固定分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量，可以溶于水，水溶液呈棕褐色，為弱堿性。腐植酸鈉的主要作用是：

（1）防垢作用在堿性條件下，腐植酸鈉能與硬度物質(zhì)反應(yīng)生成水渣，并且腐植酸鈉膠溶物對沉淀物質(zhì)具有分散、吸附、絡(luò)合等作用，所以它可阻止沉淀晶粒的長大，而且所生成的水渣粘度小，滾動性強(qiáng)，易隨鍋爐排污而除去，從而防止水垢的生成。

（2）緩蝕作用腐植酸鈉在堿性條件下，可在鍋爐金屬表面生成一層致密、均勻、附著力較強(qiáng)的黑色保護(hù)膜，可起到較好的緩蝕作用。

（3）促使老水垢脫落作用腐植酸鈉也具有較強(qiáng)的滲透能力，它能滲入到水垢和金屬的接觸面上，并與水垢中的鈣鎂鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，使老水垢與金屬的附著力降低而脫落。

8、有機(jī)聚膦酸鹽有機(jī)聚膦酸鹽的品種好多，目前用于鍋爐水處理的主要有：氨基三甲叉膦酸（ATMP）、乙二胺四甲叉膦酸