锅炉磷酸盐协调处理炉水品质

[摘要] 高温高压汽包锅炉在使用磷酸三钠炉内处理时会产生游离NaOH，造成锅炉设备碱性腐蚀危害设备安全稳定运行。采用磷酸三钠和磷酸氢二钠协调磷酸盐后，锅炉水汽品质得到了可靠的保证。锅炉不但实现了安全、稳定、经济运行，而且节省了锅炉汽水损失，节约了热能提高了经济效益。

[关键词]高温高压锅炉；汽水品质；磷酸协调盐；连续排污

热电厂有8台220t/h和一台410t/h高温高压气包锅炉。锅炉的水汽品质合格率关系到热电厂安全、稳定、经济运行和直接影响化工装置的安全稳定运行。在气包炉的发电厂中一般对凝结水不进行处理，即使使用除盐水作为补给水，给水中也会含有少量的钙、镁盐类物质，这些钙、镁物质进入锅炉后，由于锅炉蒸发强度大，炉水急剧蒸发浓缩，使炉水中钙、镁离子量很大，容易形成水垢。为了防止锅炉内受热面水垢形成，需向炉内加磷酸盐进行处理，使进入锅炉水中的钙、镁离子形成一种不粘附在锅炉受热面上的水渣，随着锅炉排污排除。

热电厂9台高温高压气包锅炉，以前一直采用向炉内加磷酸三钠进行炉水处理，在锅炉水中维持一定量的磷酸根，由于炉水处在沸腾的条件下，而且它的碱性较强（锅炉水的PH在9—11的范围内），因此炉水中的钙离子与磷酸根发生下列反应：

10Ca²⁺ + 6PO₄^3- +2OH^-             Ca₁₀（OH）₂（PO₄）₆

生成的碱式磷酸钙是一种松软的水渣，随锅炉排污排除。

采用向炉内加磷酸三钠进行炉水处理，虽然能够防止钙、镁离子在锅炉内受热面生成水垢。但磷酸三钠在炉水中水解生成的游离NaOH，而游离NaOH是碱性腐蚀的主要根源，随着炉水的磷酸根和PH上升而升高。炉水中产生游离NaOH量也越大，给锅炉等设备造成碱性腐蚀严重危害也越大。

Na₃PO₄＋H₂O　　　Na₂HPO₄＋NaOH

为了防止锅炉碱性腐蚀，关键是确保锅炉运行中炉水的磷酸根．PH．电导率在合格范围内，但在实际运行中这三者关系要控制在合格范围内往往很难达到要求（磷酸根控制标准2－10mg/L、PH控制标准9－10）。为了炉水的合格率，只有开大锅炉连续排污（简称连排），来维持炉水的水汽品质。这种运行方式汽水损失和锅炉热损失都较大，而且炉水品质也不稳定。

为了确保我厂9台高温高压汽包锅炉的安全经济运行，我们在去年10月份在＃1锅炉做了向炉内加磷酸三钠溶液，改为加磷酸三钠和磷酸氢二钠混合协调盐处理试验。

采用协调磷酸盐处理水质控制主要为控制炉水酚酞碱度，磷酸三钠和磷酸氢二钠配比，可以通过炉水酚酞碱度和炉水磷酸根之比来确定磷酸三钠和磷酸氢二钠的配比量，以及摩尔比值。

以酚酞为指示剂测得＃1炉水酚酞碱度，对于协调磷酸盐水溶液，酚酞碱度（以NaOH表示）与磷酸根之间应有以下关系：

磷酸根         PO₄^3-     95

所以当维持锅炉水的酚酞碱度(以NaOH毫克/升表示)和锅炉水磷酸根(毫克/升)的比值等于或小于0.42,锅炉水中就没有游离NaOH,就是协调磷酸盐处理的工况。

（PO₄^3-）

                                   除盐水                                                                                       至锅炉汽包

           1                                                     3

2                                                                                                                                                                                                                                                                         4

                             -图1- 磷酸盐溶解输送系统图

1—   磷酸盐溶解槽

2—   磷酸盐输送泵

3—   磷酸盐计量箱

4—   磷酸盐计量泵（输送至锅炉汽包）

1、                           用50Kg磷酸三钠和50Kg磷酸氢二钠，倒入磷酸盐溶解槽加除盐水至1M³，经充分搅拌溶解后，启动磷酸盐输送泵将协调磷酸盐输送至磷酸盐计量箱满液位。根据#1炉炉水工况调整磷酸盐计量泵冲程（炉水PO₄^3-含量低调大计量泵冲程，炉水PO₄^3-含量高调小计量泵冲程），启动磷酸盐输送泵向锅炉汽包内加入协调磷酸盐。

　　　磷酸盐混合液中Na₃PO₄.12H₂O与Na₂HPO₄.12H₂O的重量比x:1,则混合液中Na⁺/PO₄^3-摩尔比（R）计算如下：

50Kg磷酸三钠和50Kg磷酸氢二钠配比，其Na⁺/PO₄^3-摩尔比（R）为：2.5    

磷酸三钠和和磷酸氢二钠以1：1配比，炉水酚酞碱度与炉水磷酸根比值在0.144左右，虽然炉水中不会产生游离NaOH。炉设备不会发生碱腐蚀，而且运行中#1炉连续排污开度在3.0t/H以下，但炉水PH很低。即使将水PO₄³升至上限，炉水PH也在9.0以下，这样造成炉水磷酸盐无法与炉水中的钙、镁离子生成碱式磷酸钙。使锅炉受热面生成水垢，给安全生产带来严重影响。炉水酚酞碱度与炉水磷酸根比值在0.144，虽然小于协调磷酸盐0.42比值，但在#1运行调试中炉水PH和PO₄^3-无法协调，从而磷酸三钠和和磷酸氢二钠以1：1配比不合适（见图二、图三）。

2、用50Kg磷酸三钠和25Kg磷酸氢二钠，倒入磷酸盐溶解槽加除盐水至1M³，经充分搅拌溶解后，启动磷酸盐输送泵将协调磷酸盐输送至磷酸盐计量箱满液位。根据#1炉炉水工况调整磷酸盐计量泵冲程，启动磷酸盐输送泵向锅炉汽包内加入协调磷酸盐。50Kg磷酸三钠和50Kg磷酸氢二钠配比，其Na⁺/PO₄^3-摩尔比（R）为：2.65    

磷酸三钠和和磷酸氢二钠以2：1配比，炉水酚酞碱度与炉水磷酸根比值在0.256左右。#1炉连续排污开度在3.0t/h左右，炉水的PH随着炉水PO₄³升而有所上升，但炉水PH也在9.0以下。比炉水酚酞碱度与炉水磷酸根比值在0.144时，炉水磷酸根与PH协调性要好一些。在#1运行调试中炉水PH和PO₄^3-仍然无法协调处理，因而磷酸三钠和和磷酸氢二钠以2：1配比也不合适运行工况。

3、用50Kg磷酸三钠和12.5Kg磷酸氢二钠，倒入磷酸盐溶解槽加除盐水至1M³，经充分搅拌溶解后，启动磷酸盐输送泵将协调磷酸盐输送至磷酸盐计量箱满液位。根据#1炉炉水工况调整磷酸盐计量泵冲程，启动磷酸盐输送泵向锅炉汽包内加入协调磷酸盐。50Kg磷酸三钠和12.5Kg磷酸氢二钠配比，其Na⁺/PO₄^3-摩尔比（R）为：2.79    

磷酸三钠和和磷酸氢二钠以4：1配比，炉水酚酞碱度与炉水磷酸根比值在0.408左右。#1炉连续排污开度在3.0t/h左右，炉水的PH随着炉水PO₄³升高而同步协调上升，炉水磷酸根在最低值2.0mg/L时,炉水PH也在9.0以（炉水PH合格范围在9－10内），炉水磷酸根在最高值10.0mg/L时炉水PH也在10.0以下。经过对＃1炉水协调磷酸盐处理试验，磷酸三钠和和磷酸氢二钠以4：1配比，符合炉水磷酸根与PH协调关系。

图－2－

锅炉水的酚酞碱度(以NaOH毫克/升表示)和锅炉水磷酸根(毫克/升)的比值等于或小于0.42（比值接近0.42）,锅炉水中就不会游离NaOH,锅炉的水汽品质就能在合格范围内，炉水的质量就有保障。这样炉水能起到协调磷酸盐处理的工况。从而确保了锅炉安全、稳定、经济运行。

P_G×40

（PO₄^3-）

式中：P_G－以酚酞为指示剂测得的炉水碱度（毫摩尔／升）

　　　 PO₄^3-－炉水磷酸根（毫克／升）

表3炉水酚酞碱度与炉水根比值

从图2和表1磷酸三钠、磷酸氢二钠不同比例与炉水酚酞碱度与炉水根比值图表中可以看出当炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.144时,随着炉水磷酸根升高,炉水PH有所上升。当炉水磷酸根升至8.0mg/L时,炉水PH值不升反而下降,这是由于随着炉水磷酸根含量增高,炉水内磷酸氢二钠浓度也随之增高。即炉水中H⁺浓度增大，造成炉水PH下降。从图3中看出炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.144时，炉水PH都在9以下(即炉水PH不合格)。炉水磷酸根升至6mg/L时炉水PH最大为7.85。当炉水处于低磷酸根时(磷酸根小于4mg/L),和炉水磷酸根处于上升上限时(磷酸根大于10mg/L)炉水PH在7.2左右。炉水逞酸性趋势。这样炉水磷酸根与钙离子不但不能生成碱式磷酸钙水渣，随锅炉排污排除。而且还会造成锅炉水汽系统设备酸性腐蚀，严重危害锅炉等设备的安全运行，从而酚酞碱度与炉水磷根比值在0.144不可取。

从图2和图3中看出，当炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.256时,随着炉水磷酸根升高,炉水PH虽然随着炉水磷酸根升高而上升。但炉水磷酸根在10mg/L 以下PH仍小于9，这样炉水磷酸根与钙离子还是不能生成碱式磷酸钙水渣，随锅炉排污排除。从而酚酞碱度与炉水磷根比值在0.256也不可取。

图-3-炉水酚酞碱度与磷酸根不同比值炉水磷酸根与PH的关系

当炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.408时,随着炉水磷酸根升高,炉水PH随着炉水磷酸根升高而相应上升。不论炉水磷酸在下限2mg/L,还是炉水磷酸在上限10mg/L,炉水PH始终保持在9-10合格范围。当炉水磷酸根超过10mg/L时，炉水PH超过10（超出标准范围）。

炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.408时，只要炉水磷酸根控制在2mg/L-10mg/L范围之内，炉水的磷酸根和PH具有很好的协调性。

当炉水进行磷酸盐协调处理时，炉水磷酸根与钙离子稳定的协调性生成碱式磷酸钙水渣，随锅炉排污排除。使锅炉水汽品质得到可靠的保证，使锅炉能保持安全稳定运行。

当炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.50时,炉水磷酸根只有维持在2mg/L时炉水PH才能免强在合格范围内，随着炉水磷酸根大于2mg/L时，炉水PH便超出合格标准范围。随着炉水磷酸根升高，炉水PH迅速上升，使炉水PH严重超标造成炉水碱性腐蚀，危害锅炉设备安全运行。炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.50时，不但不能进行磷酸盐协调处理，而且造成水汽品质严重超标。

4、锅炉连续排污是锅炉运行的一个重要经济指标，锅炉连续排污流量大小不但直接影响炉水品质，而且还关系到锅炉安全生产的经济效益（即全厂发电成本）。炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.144时炉水的电导率大, 为了降低炉水电导率锅炉连续排污需调整至5t/h。炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.256时,炉水只能在磷酸根上限10mg/L时,将锅炉连续排污调整至4t/h左右,在炉水磷酸根2mg/L-8mg/L范围内锅炉连续排污仍需调整到5t/h。

炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.50时，炉水水汽品质电导率等指标超标，锅炉连续排污需调整到5t/h，以排除炉水高浓度含盐量。

炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.408时，炉水磷酸根与PH协调处理，使炉水水汽品质各项指标都保持优良。当锅炉连续排污调整到3t/h，时锅炉炉水水汽品质各项指标仍然保持优良。

减小锅炉连续排污的经济效益，每吨锅炉汽水为48元/吨，我厂共有9台锅炉，每台炉减少3t/h连排流量，9台炉可减少18t/h。每天可节省2万元，每年可节省700万元左右。不但大幅度提高经济效益，而且为节水减排作出了成绩。

通过对炉水协调磷酸盐处理调整试验，我们认为只有在炉水酚酞碱度与炉水磷根比值在0.408时，才能使炉水加磷酸盐处理达到，炉水磷酸盐协调处理的作用，而且还能降低锅炉连续排污流量，真正达到了锅炉安全、稳定、经济运行。