贾裕 平双荣 徐向东 刘春林 王利元

陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司 陕西 榆林 718500

1 项目背景

陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司（榆能化公司）热动力站6台锅炉型号分别为HX320/10.6—π1型（一期4台）和HX320/10.6—π2型（填平补齐2台），高压、自然循环、平衡通风、燃煤汽包炉。锅炉是华西能源有限公司设计制造，采用中速磨正压直吹式制粉系统送粉，单炉膛四角切圆燃烧、固态排渣、π型布置的平衡通风、自然循环汽包炉。

锅炉原设计中，给水除氧系统投加二甲基酮肟进行除氧，投加氨水调节给水p H 值（9.2～9.6），炉水中投加磷酸三钠调节炉水pH（9.0～10.0），因全厂水系统属于化工废水循环利用，无外排水，炉水pH一直偏低，后经评估交流，在炉水中投加一定量的片状氢氧化钠。

2017年前一期锅炉炉水和蒸汽质量指标执行（GB/T 12145—2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》），炉水电导率＜60μS/cm，锅炉电导率指标可满足标准。2017年后锅炉质量指标开始执行（GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》），炉水电导率标准＜30μS/cm，但是目前热动力站6台锅炉炉水电导率在40μS/cm以上，即使锅炉连排连续全开，定排每班一次（3次/d），仍无法满足新国标要求，进而导致锅炉排污率大，对锅炉热效率有一定影响。

2 炉水处理存在的问题

现在一般的中高压锅炉都是采用加磷酸盐，为了防止炉内生成钙镁水垢和减少水冷壁管腐蚀，此工况之所以能够对锅炉起到防腐蚀的效果，是因为磷酸盐的水解溶液呈碱性，只要保持适量的磷酸盐浓度，炉水pH值也将维持在合适的范围，并因此抑制锅炉金属在水中的腐蚀速度。[1]

炉水处理工况存在以下问题：

一是因为全厂水系统属于化工废水循环利用，锅炉炉水pH值较标准（9～10）偏低，目前通过辅助添加氢氧化钠保障pH值在标准范围内，磷酸酸钠和氢氧化钠加药造成加药管与汽包处发生碱腐蚀泄漏，2022年2#炉和1#炉发生2次泄漏停炉事件。

二是锅炉炉水电导率无法达到GB/T12145—2016（≤30μS/cm）要求，为降低炉水电导率，6台锅炉连排（连续排污）开度100%，每班定排（定期排污）一次，但各台锅炉炉水电导仍保持在40μS/cm以上。由于锅炉连排开度大、定排频次高，实际排污率（≥4%）远大于设计值（一期启动项目4台锅炉排污率2%，填平补齐规程两台锅炉排污率1%），导致锅炉排污热损失较高，进而影响锅炉热效率。

三是炉水质量指标作为锅炉外检重点检查项目，指标不合格影响锅炉外检结果。（2021年热动力站锅炉外检，锅炉炉水电导不达标已被陕西省特检院列入重点整改项目）。

四是锅炉排污量大，排污管道流速快，造成锅炉定排管和连排管磨损泄漏，影响锅炉装置安全稳定运行。

五是锅炉排量大，导致定排降温池且水温温度高约80℃。管线结垢严重，导致定排井污水无法通过重力流顺利流至生产污水池，造成现场定排井高液位运行，时有发生满液、冒水现象发生，导致电缆沟频繁出现进水现象，对热动力站稳定运行存在极大安全隐患，同时易造成环保事件。

六是装置运行过程中存在磷酸盐隐藏现象，易导致水冷壁管腐蚀，甚至发生汽水共腾现象。

七是炉水含盐量高，容易影响蒸汽品质，频繁因为炉水电导高导致锅炉饱和蒸汽和过热蒸汽钠指标超标。

八是锅炉排污水含磷较大，增加水系统污水处理难度。

3 新型无磷药剂的特性和投加方法

3.1 无磷药剂的特性

无磷药剂主要成分为保护性多胺（成膜作用），成膜多胺的氨基官能团对外表现为正价性，而金属表面会提供少数电子，这样当药剂加入水中后，多胺中的氨基官能团会透过炉壁表面的沉积物，氧化层抓获金属的电子，相当于一个化学的过程，最终会在金属表面形成一层纳米级的膜-多胺膜，这层膜会同原来的氧化膜络合在一起，形成新的保护膜。这个过程中对原有的沉积物，有个缓慢的剥离作用。最终会在金属表面形成一层更加致密、均匀的保护膜，从而隔绝氧气，防止沉积物的沉积，防止腐蚀的发生。

无磷药剂内聚羧酸酯是大分子的螯合物保证在600C°、22MPa的压力可以正常使用，这种大分子的螯合物可以吸附各种正价的离子，如Ca离子，Mg离子，Fe离子，Cu离子等，悬浮在水中，最终通过重力的作用沉积下来，通过排污排出系统。该药剂作为高分子有机物，呈微弱的负电性，其微量的添加，在不增加炉水电导率前提下，能实现更高的炉水浓缩倍率。

同时，无磷药剂内有机胺·H2O=可逆=有机胺H++OH-药剂中包含2种以上的有机胺，有机胺水解出OH-中和水中的H+，使用有机胺可以保证胺在气相和液相都有一定的分配，从而保证整个系统的pH值相对稳定。另外避免氨水对铜的腐蚀。

3.2 无磷药剂投加方法

无磷药剂使用25kg塑料桶运至现场，使用原磷酸盐加药泵进行无磷药剂投加，通过调整加药泵扬程控制加药量大小，扬程调整主要以炉水在线pH值作为参考，同时根据锅炉运行负荷和炉水指标分析化验结果适时进行调整无磷药剂加药量，保证炉水pH、电导率、蒸汽钠离子等主要控制指标在规定范围内。

同时，岗位运行采用便携式pH检测仪和电导检测仪，每2h检测一次炉水电导和pH值，并如实进行记录，作为运行调整参考依据，并与质检中心分析数据及时比对，互做参考。

4 新型无磷药剂试用情况及数据分析

4.1 无磷药剂投加量

热动力站4#锅炉无磷药剂使用阶段，首先停止加入磷酸三钠药剂和氢氧化钠，同时置换加药罐，投加无磷药剂进行替换，试用初期4#锅炉无磷药剂加入量为8g/t（每t给水加8g无磷药剂），药剂替换过程中加药量偏大，后续加药量稳定到5.5g/t给水，试用期间4#锅炉总计加入无磷药剂0.875t，无磷药剂加药量为5.8g/t给水，无磷药剂整体加药量较少。

4.2 无磷药剂试用阶段炉水pH 指标情况

无磷药剂试用期间4#炉炉水pH值可稳定在9.0至9.5之间，pH值稳定性较磷酸三钠加药方式pH值较稳定，锅炉炉水pH值波动小。通过试验发现，在锅炉运行工况稳定的情况下，加药浓度不变的情况下，炉水pH值受锅炉排污量和给水品质影响较大，通过监控给水质量指标情况，及时预判，提前干预，调整无磷药剂加药量和排污阀开度，保障炉水pH值在规定范围内。

4.3 试用期间炉水电导指标情况

无磷药剂试用前一个月4#锅炉炉水电导率平均值在46.35μS/cm，炉水电导率远高于标准要求值，无磷药剂试用试用第一周炉水电导平均值降至33.34μS/cm，试用第二周炉水电导平均值降至30.2μS/cm，试用第三周电导平均值降至29.1μS/cm。无磷药剂试用期间，炉水电导降幅明显，期间电导较稳定，随着试用时间增加炉水电导逐渐降至标准要求值以下，试用第3周后平均值降至标准要求值（30μS/cm）以下。

4.4 试用期间4#锅炉饱和蒸汽钠离子及二氧化硅指标

4#锅炉无磷药剂试用过程中，4#锅炉饱和蒸汽钠离子可维持在标准范围内，钠离子平均值较试用前有下降趋势。其中二氧化硅指标在试用初期出现波动，主要原因为无磷药剂试用初期由于药剂有分散、清洗作用，使炉内受热面原有二氧化硅会被清洗下来，导致蒸汽二氧化硅出现短暂升高现象，试用后期炉水二氧化硅指标较试用前有明显下降。

4.5 试用期间4#锅炉过热蒸汽钠离子及二氧化硅指标

4#锅炉无磷药剂试用过程中，4#锅炉过热蒸汽钠离子可维持在标准范围内，钠离子平均值较试用前有下降趋势。其中二氧化硅和钠离子指标在试用初期出现波动，主要原因为无磷药剂试用初期由于药剂有分散、清洗作用，炉内受热面原有二氧化硅和钠离子会被清洗下来，导致蒸汽二氧化硅和钠离子出现短暂升高现象，试用后期炉水二氧化硅指标较试用前有明显下降。

4.6 试用期间锅炉排污量

无磷药剂试用过程中，锅炉连排开度由原来的100%降至19%，定排次数由原来每天3次降至2天1次，锅炉排污量明显降低。

4.7 试用期间锅炉给水电导和pH 值情况

4#锅炉无磷药剂试用过程中，4#锅炉给水pH值控制在9.0～9.2之间，电导在5～11μS/cm之间，锅炉给水pH值和电导稳定，对无磷药剂整体试用影响较小。

4.8 锅炉节能效益计算如下

（1）减排量=产汽量×减排率

（2）减排量煤耗=减排量×（炉水焓值-给水焓值）÷入炉煤热值

（3）减排量煤耗成本=减排量煤耗×当前入炉煤价

（4）节支脱盐水成本=减排量×脱盐水价格

（5）药剂成本=产汽量×吨蒸汽加药量×药剂费用

（6）节能总效益=排污煤耗成本+节支脱盐水成本-药剂成本

由上述公式计算得出6台锅炉使用无磷药剂每年可节支1343万元。

5 无磷药剂试用结果

（1）通过新型无磷药剂的试用，发现无磷药剂水处理剂能够满足锅炉装置炉水处理效果，药剂使用后锅炉蒸汽饱和、过热蒸汽钠离子、二氧化硅质量指标均能满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准GB/T 12145—2016》标准。

（2）新型无磷药剂使用期间，炉水电导率由原来平均46.3μS/cm降至标准值30μS/cm以下，电导率下降明显，炉水pH值可稳定维持在9.0—9.5之间，炉水电导率和pH值可满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准GB/T 12145—2016》标准要求。

（3）无磷药剂试用期间，在降低炉水电导率前提下，能实现更高的炉水浓缩倍率，锅炉排污量下降9.33t/h，排污率下降3.4%，排污率下降明显，无磷药剂具有较好的节能效果，经初步计算，若6台锅炉均投加改无磷药剂，每年可节支约1343万元[2]。

（4）无磷药剂加药量在5.8g/t给水左右，药剂整体使用量较少，满足试用要求。

（5）无磷药剂试用初期由于药剂有分散、清洗作用，炉内受热面原有二氧化硅会被清洗下来，使用无磷药剂处理的锅炉水能大幅降低发生蒸汽中的二氧化硅含量，具有在运行中清除蒸汽管道、汽轮机积盐的功能，能防止过热器发生新的积盐，也能够清除过热器已经存在的积盐，保持设备的稳定运行。

（6）无磷药剂无磷、无钠离子，每年锅炉可减少6t磷酸三钠和3t氢氧化钠加入量，可减少过热蒸汽钠离子的携带量，解决锅炉饱和、过热蒸汽频繁超标问题，同时缓解蒸汽蒸汽管道和透平汽轮机组叶片结盐，保障机组安全稳定运行。

（7）药剂为有机成分，不存在盐类离子，该药剂投放后，可以不再使用磷酸盐和氨物质处理水质，大幅度降低了锅炉水中的杂质，加上药剂中的有机聚合物具有较强的扭曲或重构晶格能力，以及所具有分散效应和溶限效应，使锅炉水中的沉积物保持分散悬浮状态，避免与器壁接触，从而大大增强了其防垢能力[3]。

6 结束语

通过对新型无磷药剂产品的研究与应用，得出新型无磷药剂可保证锅炉装置蒸汽质量指标合格，稳定控制锅炉pH值，有效降低炉水电导率，大幅度减少锅炉排污量，有较好的节能减排效果。锅炉装置从节能减排、稳定生产运行、降低炉水电导等方面综合考虑，结合无磷药剂应用情况和相关单位无磷药剂使用业绩情况，锅炉水处理新型无磷药剂具有促进全厂汽水系统良性循环，彻底解决炉水电导高问题，保障全厂安全稳定运行有巨大作用。