浅谈磷酸盐含量对废热锅炉系统的影响

[摘 要]硝酸车间氨氧氧化反应为放热反应，过程中产生大量热量，利用废热锅炉吸收其热量，达到利用废热生产中压蒸汽的目的，废热锅炉炉水对水质要求非常严格，在水处理过程中，磷酸盐含量对水质影响很大，因此对其含量控制方法上进行了认真的分析。

[关键词]废热锅炉；磷酸盐；溶解度；水垢；腐蚀；排污量

中图分类号：TQ221.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0067-01

废热锅炉也叫余热锅炉，就是利用装置产生的高温余热来加热水，产生蒸汽或产生热水，再利用所产生的蒸汽或热水，达到余热再利用的目的。我装置利用氧化反应器副产236℃、2.4Mpa的中压蒸汽，供其他装置进行物料预热、伴热、动力来源等。利用了废热，又达到冷却反应混合气体的目的，变废为宝。

近年来 ，国内外同类生产装置对废热锅炉的平稳运行和延长其使用寿命进行研究， 结果发现针对自产蒸汽质量和锅炉水质管理规定的双重要求，总结锅炉运行管理经验，对锅炉水药剂磷酸盐与炉水中的成分反应的反应机理进行分析，并针对磷酸盐反应特性提出合理的锅炉药剂加注方法，提高了锅炉水质合格率，降低了废热锅炉腐蚀速率，延长了其使用寿命。

1 磷酸盐反应机理

废热锅炉属于中压锅炉。对于中压锅炉，通常采用磷酸三钠（Na3PO4）对炉水进行处理，炉水中加入磷酸盐溶液，在碱性的条件下，使磷酸根维持在一定的浓度范围内，水中的Ca2+便与PO4 3-发生反应，生成碱性磷酸钙（ 又称水化磷酸石），少量的Mg2+则与炉水中的SiO32-生成蛇纹石，生成的碱性磷酸钙（Ca10（OH）2（PO4）6）和蛇纹石（MgO・2SiO4・2H2O）属难溶化合物，在炉水中呈分散、松软状水渣，随锅炉排污而除去。由于碱性磷酸钙溶度积很小 ，所以炉水只要维持一定量的PO43+时，就可以使炉水中的Ca2+浓度降至最低， 进而使炉水中的Ca2+、SO42-和SiO32-浓度的乘积达不到CaSO4和CaSiO3的溶度积，从而防止硫酸钙或硅酸钙水垢的生成。

2 磷酸盐的影响及控制

磷酸盐与水中的Ca2+和Mg2+的化学反应比较复杂，其加药量难以用公式计算，在实际应用中，磷酸盐的加入量是根据炉水所控制的PO43-指标、炉水容积及排污量进行估算，然后通过实验确定。

锅炉水中加入磷酸盐可以防止锅炉结垢，但会增加炉水的含盐量，从而影响所产蒸汽质量，加快锅炉腐蚀，甚至给蒸汽用户造成影响，因此在采用磷酸盐处理锅炉水质时需采取措施。锅炉给水的残余硬度不能大于5μmol/L否则会在炉水中生成大量水渣，增加炉水悬浮固形物，增加了排污率，严重时会影响蒸汽质量。在硬度增大的情况下，随时间的延长，锅炉水中的P043-浓度将逐渐下降，说明生渣量增加。炉水中应控制过剩磷酸根浓度。磷酸根含量过高将导致随排污水排出的药量增加，使药品的消耗增加，而且还会引起不良的后果。

2.1 影响蒸汽品质

增加炉水的含盐量，影响蒸汽品质。加入不同药剂对水中含盐量的影响见表1。

2.2 二次结垢

由于随给水进人炉内的Mg2+通常较少，在沸腾的碱性炉水中，Mg2+与给水中的Si032-离子生成呈水渣状态的蛇纹石，易随锅炉水的排污排出，但当锅炉水中的P043-过多时，Mg2+会与P043-形成磷酸镁，磷酸镁在高温水中溶解度很小，易粘附在锅炉受热面上，转化为导热性很差的松软水垢，即形成二次结垢。

2.3 磷酸盐水垢

若炉水中含铁量较高，有生成磷酸铁水垢的危险，磷酸盐铁垢的析出量很大程度上受到锅炉水中游离NaOH浓度的影响，但同时当磷酸根浓度超过90m g/L时，随着磷酸根浓度的继续增加，磷酸盐铁垢析出量也随之增大。

2.4 盐类“ 暂时消失” 现象

在高压锅炉中产生Na3 PO4隐藏现象，在高温（>200℃）时，Na3 PO4在水中的溶解度出现负溶解系数，在锅炉运行时磷酸盐加药正常，但当锅炉负荷提高时，炉水中的磷酸根明显降低；当锅炉负荷降低时，炉水中的磷酸根又会重新升高，发生盐类的“暂时消失”现象。这就是由于Na3PO4的温度―负溶解系数引起，当炉温高于120℃时，Na3 PO4的溶解度迅速降低。当锅炉热负荷升高时，管内沸腾剧烈，近管壁层水中盐类浓度增大，此时Na3 PO4的溶解度降低，该处Na3 PO4的浓度超过其溶解度而析出，并沉积在炉管的表面上。由于部分Na3 PO4结晶析出，致使炉水中的Na3 PO4浓度降低，当负荷降低时，炉水温度降低，Na3 PO4的溶解度升高，于是沉积在炉管壁上的Na3 PO4又被重新溶解。Na3 PO4的这种“暂时消失”现象，不仅会影响传热，引起炉管超温，加剧管壁的结垢和腐蚀，还会使管壁产生游离的NaOH，而造成局部碱度过高，引起碱腐蚀。为防止Na3 PO4的“暂时消失” 现象，锅炉负荷变化要平稳，以及控制炉水中PO43-的浓度在指定范围内。

2.5 及时排污

应及时排除生成的水渣，以免锅炉炉水聚集大量的水渣，影响蒸汽品质。

2.6 药品纯净

药品应比较纯净，以免杂质进入炉内。引起锅炉腐蚀和蒸汽品质劣化。药品质量应根据国家有关标准规定Na3 PO4・12H2O不小于95%，不溶性残渣不大于0.1 %。

3 加药流程

废热锅炉采取计量泵作为连续加注磷酸盐的设备。配置5%浓度的溶液，溶液通过计量泵直接注入锅炉给水罐内，根据化验结果，通过调节泵的活塞冲程加大或减少加药量。计量泵加药均匀，能够使炉水保持稳定的磷酸盐浓度，而且便于调节，但维修及维护量较大。

4 结束语

（1）溶药时，要用脱盐水，以降低炉水的硬度，避免产生更多的杂质和沉淀物。要充分搅拌（硝酸一车间脱盐水经工艺处理温度较高，未加使用搅拌器），使之充分溶解，避免未溶解的药剂进入锅炉，造成瞬间浓度过大，引起炉水发泡，或使不容杂质进入炉内。

（2）加药时，应化验炉水的各项指标，以确定加药量，按规定时间和间隔时间加药。

（3）需定时排污，但排污量要适当，在保证炉水质量的前提下，尽量减少排污量，以避免无谓的锅炉热消耗和水消耗。

（4）炉内加药量及排污量随水质的变化而变化，应要按规程要求，按时化验并记录，并根据化验的结果及时调整加药量和排污量。

参考文献

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