新型锅炉水处理技术的应用

2021-06-10 02:03饶江雄冯安华四川金象赛瑞化工股份有限公司四川眉山620010
化工管理 2021年14期
关键词:处理剂汽包结垢

饶江雄,冯安华(四川金象赛瑞化工股份有限公司,四川 眉山 620010)

0 前言

目前由于水质问题引起的结垢、腐蚀和汽水共腾所造成的锅炉事故约占整体事故的46%。新型锅炉水处理技术的成功应用表明:与传统的锅炉水处理相比,新型药剂的使用在安全环保、防腐阻垢和节能减排方面体现了其独特优势,为锅炉系统实现安、稳、长、满、优的高效运行创造了坚实的客观条件,达到控制结垢、腐蚀、携带和沉积等目的的同时,又降低了锅炉排污率。

1 传统锅炉水处理现状

1.1 加氨调节给水pH值

为避免在给水管路由金属的氢去极化作用而引起的腐蚀[1],及防止管线内壁保护膜受到腐蚀破坏,通过在给水前端加入氨水调节pH值至8.8~9.3。在氨的富集区,极易发生铜氨络合腐蚀现象,侵蚀设备;氨水高挥发性,具有强烈刺激性气味,操作条件较为恶劣;受水汽分配比影响,易造成汽包炉水pH值下降。

1.2 给水除氧

给水一般使用化学除氧剂辅助热力除氧器进行深度除氧,常规药剂有丙酮肟、联氨等。联氨作为2A类致癌物,目前作为除氧剂已基本被取消[2],且其反应速率受反应温度、pH环境和残余量影响太大,除氧效果受制约因素较多。传统除氧剂功能单一,对已Fe2+、Cu2+缺乏还原能力,无良好的钝化效果,不能彻底解决和满足锅炉系统面临的深度除氧问题和钝化保护功能。

1.3 锅炉水处理

纵观近几十年发展,磷酸盐阻垢技术是应用在中高压锅炉汽包最为成熟、广泛的锅炉水处理技术。然而磷酸三钠是一种单一功能的阻垢防腐剂,受其自身性质影响,有着其明显的处理缺陷不可回避,即在汽包内极易发生的磷酸盐“隐藏”现象[3],由此可能会引起炉内局部磷酸发生酸性腐蚀现象;同时,磷酸盐引入的大量盐类离子携带至蒸汽系统中,造成中高压锅炉汽轮机积盐现象频频发生。随着国家对磷排放要求越来越严格[4],低磷或无磷技术的应用是新型锅炉水处理未来发展的必然趋势。

2 J公司锅炉水处理现状

2020年,J公司位列中国石油和化工企业200强,凭借强大的研发优势,形成了行业内独具特色的一体化、规模化、集约化的“以天然气为原料生产合成氨、硝酸、硝铵、尿素、三聚氰胺、硝基复合肥、过氧化氢、过氧乙酸”全过程协同的循环经济产业链模式,并拥有产业链上各环节核心技术。公司累计授权专利209件,被工信部认定为“绿色工厂”,具有制造业单项冠军产品。J公司当前拥有3套合成氨、3套硝酸生产装置。

J公司合五合成废锅、转化废锅为中压余热锅炉,锅炉给水由双氧水车间生产并提供,工艺采用超滤、反渗透双膜+混床二级脱盐处理,pH控制在6~9。使用氢氧化钠调节锅炉水pH值,磷酸三钠进行炉水处理,通过人工分析数据,人工再根据分析数据进行调节加药量,经加药泵连续加入管线进入锅炉给水泵。现场分析数据显示:炉水磷酸根隐藏现象较为明显,且波动频繁;炉水电导率长期较高,其中盐分易因夹带进入蒸汽系统中,导致蒸汽系统设备的结垢和管线的腐蚀;锅炉排污率较高,造成大量高温炉水热值浪费,蒸汽产量减少。

2019年3月开始使用L公司的新型锅炉水处理技术,选用有机pH调节剂400和新型锅炉水处理剂800两种产品。新型药剂无色无味、无毒无害,对传统药剂氢氧化钠、磷酸三钠进行全面替换。

3 应用结果

3.1 炉水pH指标

炉水指标是关键指标,直接影响炉内的腐蚀和结垢控制,同时影响汽包排污和蒸汽的品质,因此需要重点关注。炉水pH变化趋势图如图1所示。

图1 炉水pH变化趋势图

炉水pH值之所以是汽水关键指标,其主要控制目的有两个:有利于炉内水处理剂800与致垢物质生成分散的无定形螯合物,达到较好的防垢目的;平衡向硅酸盐方向进行,饱和蒸汽中硅酸的选择性携带系数降低,提高蒸汽品质。

加药后的炉水pH指标稳定在9~10.5的国标控制范围内,且平均值在9.5~10.5,非常有利于炉内腐蚀结垢的控制。

3.2 炉水电导率指标

炉水电导率变化趋势图如图2所示。炉水电导率直接反应了汽包内盐离子和金属离子浓度的大小[5],若长期保持较高水平,则炉内结垢和腐蚀速度都会加快,同时影响汽包排污和蒸汽的品质。炉水电导率变化如图2所示。自3月28日换药起,炉水电导呈明显下降趋势,与加药前对比明显;4月9日过渡期开始,炉水电导率始终处于低值位(20 μs/cm左右),且是在锅炉排污率相较于加药前低很多的情况下实现的。可知,新药剂实现了减排后炉水指标的稳定,有利减排节能指标的实现。

图2 炉水电导率变化趋势图

3.3 磷酸根指标

炉水磷酸根前后数据对比如图3所示。试用后磷酸根指标大幅度下降,已长期保持在0~3 mg/L。传统所用磷酸根对炉水pH值调节能力有限,且本身为成垢基团,导致炉水电导长期较高,造成能量损失大,易生成磷酸盐垢反映在汽轮机叶片上,部分结晶析出的磷酸盐易与金属保护膜发生反应,使保护膜遭到破坏,导致腐蚀的加速。新型锅炉水处理剂800属于复合低磷聚合物,可通过有机聚合物螯合分散硬垢离子,以新型COO等 基团代替磷酸根分散铁、铜等沉积物,同Ca、Mg等硬度离子形成悬浮状螯合物,通过锅炉连排排出,达到防腐阻垢的效果的同时,又能减少磷排放处理成本。

图3 磷酸根变化趋势图

3.4 排污率指标

图4和图5所示中,自4月下旬开始减排起,排污率逐渐下降,由减排前的8%~9%下降至现3%~4%,连排开度关小至原开度的1/4,定排由每日1次降至3日1次,蒸汽产量显著升高,平均每小时增产2~3 t。由此可见,新型锅炉水处理剂达到了降低排污、节约能源的目的。

图4 排污率变化趋势图

图5 蒸汽产量变化趋势图

3.5 经济效益分析

J公司外购过热蒸汽、饱和蒸汽,价格为194元、175元。外购全为饱和蒸汽折算到合五锅炉每小时应多产蒸汽0.67 t可抵消新型锅炉水处理剂的成本。

L公司新型锅炉水处理结经过50多天试用后,蒸汽相较于试用前(1—4月)平均每小时至少上升2 t(减少排污量平均5%左右,按增加1.5 t计算),蒸汽价格按照140元/t计算(外购价格除去税收,人工),按每年运行8 000 h计算,年经济效益计算如下:

年经济效益=蒸汽增量效益-年药剂成本投入,即1.5×140×8 000-0.832×55×8 000=1 313 920元,每年可带来经济效益约131.4万元。

4 结语

经过近2个月的试用,结合水质分析数据和图表分析,使用L公司新型锅炉水处理剂后,锅炉汽包炉水、蒸汽等主要指标均能控制在合格范围内,且较以前更优;排污率显著下降,有效避免了大量高温炉水的排放所造成的热值浪费;其中磷酸根指标由10 mg/L降低至0~3 mg/L,大大缓解了企业磷排放压力,有利于系统的长期安全稳定运行。

新型锅炉水处理技术的成功应用表明:新型药剂的使用在安全环保、防腐阻垢和节能减排方面体现了其独特优势。新技术的应用并不只是对传统药剂单一功能方面的简单取代,更为锅炉系统安、稳、长、满、优的高效运行创造了坚实的客观条件。在达到控制结垢、腐蚀、携带和沉积等目的的同时,又降低了锅炉排污率,实现了企业降本增效的目的。

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