氯化钙除磷 了解水垢的危害,保障锅炉安全运行
2024-07-27 06:06:21发布 浏览35次 信息编号:80280
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氯化钙除磷 了解水垢的危害,保障锅炉安全运行
无定形碳酸盐鳞片
(碳酸钙·碳酸镁)
碳酸盐垢
[(碳酸钙+碳酸镁)
>50%]
难的
难的
柔软的
非晶态粉末
變得硬
0.12
0.058~0.23
0.23~1.2
0.58~5.8
石鳞
(含CaSO4≥50%)
混合尺度
(硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁、
,氧化铁,
FeO4、MgSo4等)
难的
难的
0.58~2.3
0.81
锅炉加热系统和冷却水热交换系统内部水垢的积聚是有害的,其危害性主要表现在以下几个方面。
(1)增加热损失和燃料消耗。一般工业锅炉上每结垢1mm,热效率将下降5%。我国工业锅炉、供热锅炉年耗煤量约占全国总耗煤量的20%,发电锅炉耗煤量约占全国总耗煤量的10%。若工业锅炉、供热锅炉结垢厚度平均为1mm,发电锅炉及腐蚀产物平均厚度为0.5mm,则每年将造成45Mt的燃料损失。如果做好防垢清理工作,每年至少可节省煤炭费用45亿元。
(2)降低受热面金属强度。钢材的机械强度随温度升高而下降,因此各种钢材都有一定的最高允许使用温度,例如碳钢最高允许使用温度为490*C。在清洁锅炉管壁传热中,钢材引起的金属温升为6℃/mm,而水垢引起的金属温升可达6585℃/mm。因此,当锅炉受热时,内表面结成导热性差的水垢时,为使炉水保持同一温度,水冷壁管必须加热到较高的温度,这样极易造成钢材局部过热、变形、开裂,甚至爆炸。
(3)锅炉利用率降低,结垢造成煤气产率下降,需要定期清除水垢,必然造成停产,给生产带来损失。
(4)缩短锅炉的使用寿命。水垢的生成使换热管的工作温度升高,加剧了锅炉管子水侧的氧化,必然缩短锅炉的使用寿命。
(5)增加燃煤带来的大气污染。水垢使锅炉的传热效率降低,不但增加了热量损失,而且排放更多的烟尘、二氧化硫等有害物质,加剧了大气污染。
(6)降低热交换系统效率,增加冷却水用量。由于水垢的生成,使传热效率下降,为保证设计要求的冷却效率,必须增加冷却水用量。
(7)增加管内水流阻力,有时甚至会堵塞管道。水垢沉积在管内,使水流截面积减少,水流阻力增大,增加电耗,降低各种工业设备的生产能力。
4. 防止结垢的方法
由于最常见的水垢是碳酸盐水垢,而它的形成与水中的重碳酸盐含量有直接关系,所以为了防止锅炉中形成碳酸盐水垢,水在进入锅炉前必须进行处理,降低水的暂时硬度(即碳酸氢钙和镁的含量)。一般把含钙、镁离子较多的水称为硬水。碳酸氢钙、碳酸氢镁的含量称为暂时硬度,硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁的含量称为永久硬度。
消除水质硬度通常采用下列方法。
1.硫酸中和法
在水中加入适量的硫酸,会使水中的重碳酸盐转化为硫酸盐,使水中的暂时硬度变为永久硬度,从而阻止碳酸钙水垢的形成;而当水中硫酸钙含量低于小时候时,就不会结垢。但由于加入硫酸会腐蚀设备,所以通常只在小容量时使用。其反应式为:
Ca(HCO3)2+H2SO4====CaSO4+2H2O+2C02↑
2.石灰沉淀法
这是一种古老的化学软化水方法。石灰价格便宜,能降低水的碱度和硬度,有部分脱硅作用。加入石灰可消除水的暂时硬度。
Ca(HC03)2+Ca(OH)2====2CaCO3↓+2H20
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2====+d-Mg(OH)2+↓十2H2O
3.离子交换树脂软化水
当水通过钠型强酸阳离子交换树脂时,树脂中的钙、镁离子会被钠离子取代,使水软化而不含钙、镁离子。对于钙、镁离子较多、硬度较大的水,可采用多级串联的多次离子交换,使水中钙、镁离子浓度降至0./L以下。也可将离子交换树脂处理与电渗析器或反渗透相结合,除去钙、镁离子,达到软化水的目的。
4、阻垢剂(水质稳定剂)的投加方法
对碳酸钙等微溶盐结晶沉淀过程的研究表明,当溶液中微溶盐浓度超过其溶解度时,并不立即结晶,而是存在一个过饱和浓度的亚稳态区。此时溶液中虽然形成了微溶盐的微晶核,但晶核并不长大,在亚稳态区内不会结垢。因此,可通过投加阻垢剂扩大亚稳态区,达到防止结垢的目的。阻垢剂的作用是吸附在晶核上,阻碍微晶核的进一步长大或使晶体结构变形,使其疏松膨胀,不易沉淀。目前应用最广泛的无机阻垢剂是磷酸三钠和六偏磷酸钠,它们可以使进入锅炉的少量硬度盐形成水合磷灰石,暂时失去在壁上结垢的能力。 所用的有机阻垢剂有膦酸盐和低摩尔质量的聚羧酸。其中聚羧酸阻垢剂的典型代表是水解聚马来酸酐(HPMA),具有使难溶盐晶核晶格变形的作用。膦酸盐的典型代表是乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)和次氮基三亚甲基膦酸(ATMP),具有吸附在难溶盐晶核表面,阻止晶体生长的作用。两种有机阻垢剂可以联合使用。无机阻垢剂与有机阻垢剂联合使用,可以减少用量,并取得更好的效果。
5.溶解、清除水垢的方法
锅炉上形成的水垢通常用化学试剂清除,不同类型的水垢需要不同的试剂。
1. 碳酸盐垢
碳酸盐垢易溶于强酸,并放出二氧化碳气泡。溶解反应方程式为:
CaCO3+2H+====Ca2++H20+C02↑
Mg(OH)2+2H+====Mg2++2H2O
只要生成的钙、镁盐溶解度大,任何酸都可以用来溶解碳酸盐垢,最常用的是盐酸,因为GaGl:和MgCl:溶解度大,而且盐酸价格便宜。
由于CaSO+溶解度低,清除厚的碳酸盐水垢时不宜使用硫酸。
对于有碳酸盐水垢的不锈钢基体,不宜使用盐酸来防止不锈钢的腐蚀,但经常使用肾酸;
当需要不停车清除碳酸盐水垢时,可采用EDTA螯合剂,与Ca2+形成高度稳定的可溶性络合物,将水垢逐渐溶解去除。
2.磷酸盐垢
强酸能将磷酸盐转化成可溶性磷酸二氢盐,因此,可用强酸溶解磷酸盐垢,并将其转化成可溶性磷酸二氢盐。
反应是:
Ca3(P04)2+4HCl====Ca(H2PO4)2+
Ca3(P04)2+4HNO3====Ca(H2PO4)2+2Ca(NO3)2
由于硫酸钙的溶解度较小,当磷酸盐垢较厚时,不宜用硫酸溶解磷酸盐垢。
3.硫酸盐垢
硫酸钙不能用强化酸来溶解,而要用烧碱来处理。其机理是:
CaSO4+2NaOH====Ca(OH)2+
氢氧化钠不仅能溶解硫酸钙垢,而且能腐蚀硫酸钙垢。工业上一般用20%NaOH浸泡硫酸钙垢。如某炼油厂锅炉硫酸钙垢严重,管道内40%的空间被堵塞,垢厚平均15mm。用20%NaOH常温浸泡六天,约70%的水垢被清除。用20%NaOH常温浸泡三天,水垢全部清除。
对于碳酸钙与硫酸钙混合垢,单独用酸或碱处理效果不佳,而用酸碱交替处理效果较好。例如先用10%HCl除去碳酸钙后,再用清水冲洗,再用20%NaOH处理硫酸钙垢,效果较好。
4.硅酸盐水垢
如果水中二氧化硅含量过高,水质硬度较高,SiO2-3就容易和水中的Ca2+、Mg2+离子发生反应,生成传热系数很低的钙硅酸盐、镁硅酸盐水垢。在酸性条件下,还会生成胶体硅酸盐水垢:
Mg2++SiO2-3====
SiO2-3+2H+=====SiO2·2H2O
硅酸盐水垢一旦形成,用普通的酸洗方法无法清洗掉,必须通过酸碱交替作用,将其转化为水溶性水垢。
+2NaOH====+2H20
即使如此,清洗效率仍然很低,硅酸盐水垢中含有Al3+、Fe3+等金属离子,使得清洗更加困难。
氢氟酸清洗效果较好,但毒性较大,且易造成设备的点蚀和晶间腐蚀。
为了避免硅酸盐水垢的生成,锅炉冷却水中SiO2含量应限制在150~170mg/kg,但当镁含量大于40mg/kg并与极高的钙含量共存时,仍然会生成镁硅酸盐水垢。
清除硅酸盐水垢常用热浓碱煮或氢氟酸洗的方法,其反应式如下:
SiO2+2NaOH==△==+H20
SiO2+4HF====SiF4+2H20
+6HF====+3H20
+6HF====+3H20
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