锅炉炉水磷酸盐处理工艺及磷酸盐隐藏现象的分析

[摘 要]锅炉水的水质关系到机组的安全、经济运行，锅炉水采用适当的处理方案，可以保证汽水品质，延长锅炉的清洗周期和使用寿命。加药处理又直接关系到锅炉水处理的效果。本文对磷酸盐加药处理工艺以及其中出现的磷酸盐隐藏现象进行了分析。

[关键词]锅炉；水处理；磷酸盐处理；磷酸盐隐藏

中图分类号：TM621，8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0316-01

锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，是锅炉安全管理的一个十分重要的环节，水质的好坏对锅炉安全运行、能源消耗及锅炉使用寿命有很大影响。对于汽包锅炉，为了防止因锅炉水质引起的故障，确保锅炉安全运行，提高锅炉效率，除了应提高给水水质，尽量减少杂质和腐蚀产物进入锅炉外，还需要采取各种方法对炉水进行处理。目前，炉水处理的方式有三种，即磷酸盐处理、氢氧化钠处理和全挥发处理。本文重点分析应用最广泛的磷酸盐处理。

1 理论分析

锅炉水磷酸盐处理具有与水中钙、镁类物质形成松软水渣的特性，是汽包防垢、防腐的重要措施。磷酸盐处理可为锅炉水提供适当的碱性，维持锅炉水适当的pH值，并对锅炉水酸、碱污染具有较强的缓冲性，因而具有较强的适应能力。在没有凝结水精处理系统的机组，磷酸盐加药处理增强了抵御机组凝汽器偶然泄漏和启动时的给水发生污染的能力。锅炉水中存在磷酸盐，由于共沉积作用，可减少饱和蒸汽携带氯化物和硫酸盐等离子，从而减缓汽轮机的酸性腐蚀。所以磷酸盐处理至今仍是汽包炉水的主要化学处理技术。然而，磷酸盐含量高会使炉水的电导率增加，蒸汽携带的积盐增加、排污量增加；炉水pH值的过高则又有可能引起炉管的碱性腐蚀；当然炉水中的磷酸盐和pH值又会受锅炉参数、结构和运行方式的影响。因此，把握好磷酸盐处理时的加药量与pH值的协调关系至关重要。

2 传统磷酸盐处理工艺及所存在的问题

2.1 传统磷酸盐处理工艺

（1）纯磷酸盐处理（PT）时，仅向锅炉水中加入Na3PO4，控制PO43-在2～8mg/L间，可达到防垢目的，但存在磷酸盐“隐藏”。此时，磷酸盐在水冷壁管内壁沉积，沉积物中游离的NaOH若发生浓缩会引起水冷壁管碱性腐蚀。

（2）对等协调磷酸盐处理时，同时向炉水中加入Na2HPO4和Na3PO4，按Na3PO4水解曲线进行加药控制，使Na+/PO43-之比R为3.0，以消除锅炉水中游离的NaOH。但在发生磷酸盐“隐藏”时，磷酸盐沉积并非以Na3PO4形式析出。在365℃时，以Na2.65H0.35PO4形式析出；在300℃时，以Na2.85H0.15PO4形式析出。因而，仍可产生游离的NaOH，无法避免常规磷酸盐处理带来的碱性腐蚀。

（3）协调磷酸盐处理（CPT）时，同时向锅炉水中加入Na2HPO4和Na3PO4，控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，防止了常规磷酸盐处理带来的碱性腐蚀危害，但不能消除“隐藏”，同时，因加入了Na2HPO4，降低了Na+/PO43-之比，使沉积物产生对水冷壁管酸性磷酸盐腐蚀。

（4）磷酸盐-pH协调或等成份磷酸盐处理时，同时向锅炉水中加入Na2HPO4和Na3PO4，控制Na+/PO43-之比R在2.3～2.8，pH值为9～10。防止了碱性腐蚀的危害，减轻了酸性腐蚀危害，但不能真正消除磷酸盐“隐藏”，也无法避免沉积物酸性磷酸盐腐蚀。

2.2 存在的问题

（1）采用协调处理时，在管内水循环受干扰处、高热负荷区、热力或水力循环受影响的部位，NaH2PO4或Na2HPO4与炉管表面的磁性氧化铁及铁反应生成磷酸亚铁钠（NaFePO4），产生酸性磷酸盐腐蚀。

（2）产生磷酸盐“隐藏”，导致锅炉水水质异常，引起锅炉碱、酸性腐蚀。在高热负荷区域或机组在短时大幅度升负荷时，锅炉水中的磷酸盐以磷酸钠和磷酸氢二钠混合物形式沉积于水冷壁管上，锅炉水磷酸盐含量很快降低，pH升高。相反，当短时大幅降低机组负荷时，锅炉水磷酸根含量又很快上升，pH下降。磷酸盐“隐藏”时，会引起沉积物下碱性介质（NaOH）浓缩腐蚀、炉管过热，并与其他沉积物反应形成复杂水垢。磷酸盐重新返回时，又会引起沉积物下酸性介质（NaH2PO4或Na2HPO4）浓缩，出现局部酸性环境，破坏水冷壁管表面氧化保护膜，引起磷酸盐酸性腐蚀和应力腐蚀。酸性磷酸盐腐蚀的典型产物NaFePO4，它大量存在时会使高参数锅炉水冷壁管形成明显的蚀坑或腐蚀穿孔。

2.3 产生磷酸盐“隐藏”的条件

（1）锅炉水总磷酸根含量较高。当磷酸根浓度小于l mg/L时，负荷波动对锅炉水水质影响很小，磷酸盐“隐藏”可不考虑。真正不会发生磷酸盐“隐藏”时的磷酸根浓度为0.3mg/L。

（2）水冷壁管内壁有沉积物。金属氧化物的存在对磷酸盐的溶解度有很大的影响，如Na3PO4与Fe3O4共存时，Na3PO4的溶解度下降1/3～1/2。因此，保持水冷壁管内壁的清洁有助于防止磷酸盐“隐藏”，可以此间接判断锅炉的脏污程度。

（3）具有高的热负荷。当采用的磷酸盐处理方式使磷酸根浓度较高时，在热负荷较高的高参数炉中，不可避免存在磷酸盐“隐藏”。

3 传统磷酸盐处理工艺的改进

3.1 平衡磷酸盐处理

平衡磷酸盐处理（EPT）是向锅炉水中加入Na3PO4，当其浓度为只能与硬度起反应的极限浓度时，即为平衡浓度，几乎无多余的磷酸盐发生沉积。PO43-的浓度一般控制在0.5～2.4mg/L，允许发生一定程度的磷酸盐“隐藏”，以利用自然产生离的NaOH，使锅炉水pH为9.0～9.6，允许游离的NaOH浓度小于l mg/L。该法既能防垢，又能防酸、碱腐蚀。但无法完全避免磷酸盐“隐藏”。锅炉冷启动时，锅炉水磷酸根含量上升和pH下降，常需辅以NaOH处理，以使磷酸盐“隐藏”受到控制。由于锅炉水磷酸盐浓度低，缓冲性弱，对锅炉水质要求高，且要求水质稳定。

3.2 低磷酸盐-低氢氧化钠处理

低磷酸盐-低氢氧化钠处理是控制炉水磷酸盐浓度小于l mg/L，以消除磷酸盐“隐藏”。由于此时锅炉水的pH值小于9，为保持锅炉水的pH值为9.l～9.6，再辅以NaOH处理，并使NaOH浓度小于l mg/L。低磷酸盐-低氢氧化钠处理同样对锅炉水水质要求高，且要求水质稳定。

4 结论

对高参数炉，采用协调磷酸盐处理锅炉水较困难，具有磷酸盐“隐藏”现象。由于采用低Na+/PO4-比，易造成酸性磷酸盐腐蚀。故对于超高压汽包锅炉，尤其是当机组负荷处于变动的调峰时，宜采用平衡磷酸盐处理。

当能保证给水品质和给水水质稳定时，也可采用低磷酸盐-低氢氧化钠处理方式，这既降低了总磷酸盐含量，又维持了适当的pH值，同时也具有正常水质工况下的防垢能力。对于高参数以上的汽包锅炉，热负荷较高，一般情况下，设有凝结水精处理系统，给水的品质和稳定性大大提高，可选择低磷酸盐-低氢氧化钠处理方式。

参考文献

[1] 吴仕宏，袁长征.锅炉内磷酸盐处理工艺的应用与发展.中国电力，2000（3）：20～24.

[2] 孙本达，杨宝红.火力发电厂水处理使用技术问答[M].中国电力出版社，2006.

[3] 张玉福.电站锅炉炉水碱性控制[ J ].湖南电力，1998，（1）： 41～45.

[4] 林根仙，管淑敏.火电厂磷酸盐水化学工况的现状与发展[J].工业水处理，2001（08）.