廢熱鍋爐中磷酸鹽反應(yīng)機(jī)理及控制方法

廢熱鍋爐中磷酸鹽反應(yīng)機(jī)理及控制方法王福寶;周振起;楊貴林【摘要】分析了造氣裝置廢熱鍋爐補(bǔ)加藥劑磷酸鹽在鍋爐水中的反應(yīng)機(jī)理,提出補(bǔ)加藥劑方法指出了補(bǔ)加藥劑的技術(shù)控制指標(biāo)，為解決廢熱鍋爐中水質(zhì)難于控制和鍋爐腐蝕的問題、提高鍋爐水質(zhì)合格率、延長(zhǎng)廢熱鍋爐的使用壽命提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn).【期刊名稱】《煉油與化工》【年(卷)，期】2011(022)001【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P20-22)【關(guān)鍵詞】廢熱鍋爐;磷酸鹽;溶解度;排污量【作者】王福寶;周振起;楊貴林【作者單位】大慶石化公司化工二廠,黑龍江，大慶,163714;大慶石化公司化工二廠,黑龍江，大慶,163714;大慶石化公司化工二廠,黑龍江，大慶,163714【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TK22大慶石化公司造氣裝置廢熱鍋爐是通過盤管加熱冷凝液，冷卻氣化爐產(chǎn)生的高溫合成氣，同時(shí)管程的高溫合成氣和殼程的鍋爐水進(jìn)行換熱，產(chǎn)生4.8MPa飽和蒸汽，供造氣裝置使用。近年來，國(guó)內(nèi)外同類生產(chǎn)裝置對(duì)廢熱鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行和延長(zhǎng)其使用壽命進(jìn)行研究，結(jié)果均不理想。該裝置技術(shù)人員針對(duì)自產(chǎn)蒸汽質(zhì)量和鍋爐水質(zhì)管理規(guī)定的雙重要求，總結(jié)鍋爐運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鍋爐水藥劑一磷酸鹽與爐水中的成分反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析，并針對(duì)磷酸鹽反應(yīng)特性提出合理的鍋爐藥劑加注方法，提高了鍋爐水質(zhì)合格率，降低了廢熱鍋爐腐蝕速率，延長(zhǎng)了其使用壽命。1.1磷酸鹽指標(biāo)廢熱鍋爐屬于中壓鍋爐。對(duì)于中壓鍋爐，通常采用磷酸三鈉(Na3PO4?12H2O)對(duì)爐水進(jìn)行處理，磷酸三鈉的指標(biāo)見表1。1.2磷酸鹽反應(yīng)機(jī)理爐水中加入磷酸鹽溶液，在堿性的條件下，使磷酸根(PO43-)維持在一定的濃度范圍內(nèi)，水中的Ca2+便與PO43-發(fā)生反應(yīng)，生成堿性磷酸鈣(又稱水化磷酸石)，少量的Mg2+則與爐水中的SiO32-生成蛇紋石，反應(yīng)方程式：生成的堿性磷酸鈣(Ca1O(OH)2(PO4)6)和蛇紋石(MgO?2SiO2?2H2O)屬難溶化合物，在爐水中呈分散、松軟狀水渣，隨鍋爐排污而除去。由于堿性磷酸鈣溶度積很小，所以爐水只要維持一定量的PO43-時(shí)，就可以使?fàn)t水中的Ca2+濃度降至最低，進(jìn)而使?fàn)t水中的Ca2+、SO42-和SiO32-濃度的乘積達(dá)不到CaSO4和CaSiO3的溶度積，從而防止硫酸鈣或硅酸鈣水垢的生成。1.3磷酸鹽加入量磷酸鹽與水中的Ca2+和Mg2+的化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，其加藥量難以用公式計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中，磷酸鹽的加入量是根據(jù)爐水所控制的PO43-指標(biāo)、爐水容積及排污量進(jìn)行估算，然后通過實(shí)驗(yàn)確定。式中G1-鍋爐啟動(dòng)時(shí)需投加的Na3PO4量，kg;G2-鍋爐運(yùn)行時(shí)需投加的Na3PO4量，kg;L—鍋爐水中應(yīng)維持的PO43-濃度，mg/L;H—鍋爐給水硬度，mmol/L;W—鍋爐水系統(tǒng)容積，m3;Q—鍋爐給水量，t/h;P—鍋爐排污量，t/h;e—工業(yè)用磷酸三鈉(Na3PO4?12H2O)純度。鍋爐水中加入磷酸鹽可以防止鍋爐結(jié)垢，但會(huì)增加爐水的含鹽量，從而影響所產(chǎn)蒸汽質(zhì)量，加快鍋爐腐蝕，甚至給蒸汽用戶造成影響，因此在采用磷酸鹽處理鍋爐水質(zhì)時(shí)需采取措施。2.1硬度控制鍋爐給水的殘余硬度不能大于5pmol/L否則會(huì)在爐水中生成大量水渣，增加爐水懸浮固形物，增加了排污率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響蒸汽質(zhì)量。當(dāng)壓力0.8MPa、給水鈣（CaCO3）硬度20mg/L、給水磷酸根離子濃度2mg/L、給水量15t/h、系統(tǒng)水量5m3、排污量0.75t/h時(shí)，水硬度增加時(shí)，爐水中磷酸根濃度的變化情況見圖1。由圖1可見，在硬度增大的情況下，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，鍋爐水中的PO43-濃度將逐漸下降，說明生渣量增加。2.2加注適量爐水中應(yīng)控制過剩磷酸根濃度。磷酸根含量過高將導(dǎo)致隨排污水排出的藥量增加，使藥品的消耗增加，而且還會(huì)引起不良的后果。2.2.1影響蒸汽品質(zhì)增加爐水的含鹽量，影響蒸汽品質(zhì)。加入不同藥劑對(duì)水中含鹽量的影響見表2。2.2.2二次結(jié)垢由于隨給水進(jìn)入爐內(nèi)的Mg2+通常較少，在沸騰的堿性爐水中，Mg2+與給水中的SiO32+離子生成蛇紋石，蛇紋石呈水渣狀態(tài)，易隨鍋爐水的排污排出，但當(dāng)鍋爐水中的PO43-過多時(shí)，Mg2+會(huì)與PO43-形成磷酸鎂：磷酸鎂在高溫水中溶解度很小，易粘附在鍋爐受熱面上，轉(zhuǎn)化為導(dǎo)熱性很差的松軟水垢，即形成二次結(jié)垢。2.2.3磷酸鹽水垢若爐水中含鐵量較高，有生成磷酸鐵水垢的危險(xiǎn)，磷酸鹽鐵垢與鍋爐水中磷酸根和游離NaOH的關(guān)系見圖2。由圖2可見，磷酸鹽鐵垢的析出量很大程度上受到鍋爐水中游離NaOH濃度的影響，但同時(shí)也可看出，當(dāng)磷酸根濃度超過90mg/L時(shí)，隨著磷酸根濃度的繼續(xù)增加，磷酸鹽鐵垢析出量也隨之增大。2.2.4鹽類“暫時(shí)消失”現(xiàn)象在高壓鍋爐中產(chǎn)生Na3PO4隱藏現(xiàn)象，在高溫（＞200OC）時(shí)，Na3PO4在水中的溶解度出現(xiàn)負(fù)溶解系數(shù)，即隨著溫度的升高，溶解度急劇降低，在鍋爐運(yùn)行時(shí)磷酸鹽加藥正常，但當(dāng)鍋爐負(fù)荷提高時(shí)，爐水中的磷酸根明顯降低；當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，爐水中的磷酸根又會(huì)重新升高，發(fā)生鹽類的〃暫時(shí)消失”現(xiàn)象。這就是由于Na3PO4的溫度一負(fù)溶解系數(shù)弓I起的，磷酸鈉的溶解度見圖3。由圖3可見，當(dāng)爐溫高于120C時(shí)，Na3PO4的溶解度迅速降低。當(dāng)鍋爐熱負(fù)荷升高時(shí)，管內(nèi)沸騰劇烈，近管壁層水中鹽類濃度增大，此時(shí)Na3PO4的溶解度降低，該處Na3PO4的濃度超過其溶解度而析出，并沉積在爐管的表面上。由于部分Na3PO4結(jié)晶析出，致使?fàn)t水中的Na3PO4濃度降低，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，爐水溫度降低，Na3PO4的溶解度升高，于是沉積在爐管壁上的Na3PO4又被重新溶解。Na3PO4的這種“暫時(shí)消失”現(xiàn)象，不僅會(huì)影響傳熱，引起爐管超溫，加劇管壁的結(jié)垢和腐蝕，還會(huì)使管壁產(chǎn)生游離的NaOH，而造成局部堿度過高，引起堿腐蝕。為防止Na3PO4的〃暫時(shí)消失”現(xiàn)象，鍋爐負(fù)荷變化要平穩(wěn)，以及控制爐水中PO43-的濃度在指定范圍內(nèi)。2.3及時(shí)排污應(yīng)及時(shí)排除生成的水渣，以免鍋爐爐水聚集大量的水渣，影響蒸汽品質(zhì)。2.4藥品純凈藥品應(yīng)比較純凈，以免雜質(zhì)進(jìn)入爐內(nèi)。引起鍋爐腐蝕和蒸汽品質(zhì)劣化。藥品質(zhì)量應(yīng)根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Na3PO4?12H2O不小于95%，不溶性殘?jiān)淮笥?.1%。廢熱鍋爐采取計(jì)量泵作為連續(xù)加注磷酸鹽的設(shè)備，加注磷酸鹽流程見圖4。在磷酸鹽溶解箱內(nèi)，將固體藥品加入，并用脫鹽水溶解，配置成5%濃度的溶液。溶解后的溶液經(jīng)過濾后，通過計(jì)量泵直接注入廢熱鍋爐內(nèi)?？梢愿鶕?jù)化驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)節(jié)泵的活塞沖程加大或減少加藥量。計(jì)量泵加藥均勻，能夠使?fàn)t水保持穩(wěn)定的磷酸鹽濃度，而且便于調(diào)節(jié)，但維修及維護(hù)量較大。（1） 溶藥時(shí)，要用脫鹽水，以降低爐水的硬度，避免產(chǎn)生更多的雜質(zhì)和沉淀物。要充分?jǐn)嚢?，使之充分溶解，避免未溶解的藥劑進(jìn)入鍋爐，造成瞬間濃度過大，引起爐水發(fā)泡，或使不容雜質(zhì)進(jìn)入爐內(nèi)。（2） 加藥時(shí)，應(yīng)化驗(yàn)爐水的各項(xiàng)指標(biāo)，以確定加藥量，按規(guī)定時(shí)間和間隔時(shí)間加藥。（3） 需定時(shí)排污，但排污量要適當(dāng)，在保證爐水質(zhì)量的前提下，盡量減少排污量，以避免無謂的鍋爐熱消耗和水消耗。（4） 爐內(nèi)加藥量及排污量隨水質(zhì)的變化而變化，應(yīng)要按規(guī)程要求，按時(shí)化驗(yàn)并記錄，并根據(jù)化驗(yàn)的結(jié)果及時(shí)調(diào)整加藥量和排污量。Keywords:wasteheatboiler；phosphate；solubility；blowdownamount【相關(guān)文獻(xiàn)】[1]趙金云，李東峰.鍋爐給水水質(zhì)不合格原因分析與解決方案[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2008（4）:10-12.[2]楊建.淺談如何加強(qiáng)工業(yè)鍋爐水質(zhì)管理[J].工業(yè)鍋爐，2007（3）:35-36.[3]徐建明.淺談鍋爐的排污問題[J].科技之友，2008（8）:35-37.[4]任凌波，任曉蕾.壓力容器防腐與控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003:233-236.Abstract:Thereactionmechanismofphosphateinwaterheatboilerisanalyzedin-depthinthispaper,andthemethodsandnoticesofaddingsodiumphosphateintotheboilerarebroughtforwardrationally.The