第十二章:锅炉存款发生和控制

• 存款
• 锅炉循环
• 化学处理

沉积是一个大问题在蒸汽发电设备的操作。锅炉表面材料的积累会导致过热和/或腐蚀。这两个条件经常导致非计划停机时间。

锅炉给水预处理系统已经发展到这样一个程度,现在可以为锅炉提供超纯水。然而,这种程度的净化需要使用复杂的预处理系统。这种预处理设备的资本支出火车时可以相当大的,通常是不合理的平衡内部处理的能力。

优质给水的需要提供锅炉锅炉性能的进步的自然结果。对蒸发受热面的比率下降。因此,通过辐射传热率水冷壁管increased-occasionally超过200000 Btu /英尺²/人力资源。对沉积在这些系统非常低。

锅炉给水要求的质量依赖于操作压力,设计,传热率和蒸汽使用。大多数锅炉系统有钠沸石软化或软化补充水。给水硬度通常范围从0.01到2.0 ppm,但即使是水的纯度不提供无沉淀物的操作。因此,良好的内部锅炉水处理项目是必要的。

存款

常见的锅炉给水污染物能够形成存款包括钙、镁、铁、铜、铝、硅,和(在较小程度上)淤泥和石油。大多数存款可以归类为两种类型(图第四节):

• 规模,结晶直接管表面
• 污泥沉淀,沉淀在别处被运送到了金属表面的流水

规模是由盐的溶解度有限,但并不是完全不溶于锅炉水。这些盐达到存款网站以可溶性形式和沉淀由蒸发浓缩。沉淀形成通常有一个相当均匀的组成和晶体结构。

高传热率导致高蒸发率,这集中剩余的水蒸发的面积。许多不同的结垢化合物可以从集中沉淀水。规模形成的性质取决于浓缩水的化学成分。正常沉积成分是钙、镁、硅、铝、铁、钠(在某些情况下)。

它们存在不同的精确组合锅炉锅炉,锅炉内,从位置到位置(表第四节)。规模可能形式一样在一个锅炉和硅酸钙钠铁硅酸盐在另一个。

相比其他一些沉淀反应,如磷酸氢钙的形成、规模的结晶是一个缓慢的过程。因此,晶体形成良好定义的,和一个硬,密度和高度绝缘材料上形成金属管子。某些形式的规模是如此顽强,他们抵制任何类型的removal-mechanical或化学。

污泥的积累沉淀的固体散装锅炉水或进入锅炉水中的悬浮固体。污泥存款可以硬,密度和顽强。当暴露于高温水平(例如,当锅炉排热),污泥沉积通常是烤到位。污泥沉淀硬化这样可以规模一样麻烦。

一旦沉积开始,粒子在循环水可以成为绑定到存款。Intraparticle绑定不需要存款中每个粒子之间发生质量。一些nonbound粒子可以捕获网络中的粒子。

表第四节。水晶成分由x射线衍射确定规模。

的名字	公式
锥辉石	Na2OFe2O34 sio2
方沸石	Na2卵圆形2O34 sio22 h2O
无水石膏	卡索4
霰石	CaCO3
水镁石	毫克(哦)2
方解石	CaCO3
钙霞石	4 na2OCaO4Al2O32公司29 sio23 h2O
赤铁矿	菲2O3
羟磷灰石	Ca10(哦)2(PO4)6
磁铁矿	菲3O4
方石	4 na2O3Al2O36 sio2所以4
针钠钙石	Na2O4CaO6SiO2H2O
石英	SiO2
蜿蜒的	3 mgo2sio22 h2O
无水芒硝	Na2所以4
赛诺	卡西欧3
硬硅钙石	5 cao5sio2H2O

绑定通常是一个函数的表面电荷和化合水的损失。氧化铁,它存在于许多水分和氧化形式,尤其容易焊接。一些硅酸盐会做同样的事,和许多石油污染物是臭名昭著的存款绑定,由于聚合和降解反应。

除了造成物质损失通过绝缘从水的锅炉火焰传热路径(图12),存款限制锅炉水循环。他们管表面变粗糙,增加锅炉电路中的阻力系数。减少循环生成管有助于加速沉积,过热,过早汽-水分离。

锅炉循环

图12和以说明锅炉循环的过程。左边的腿u形管代表下水管和充满了相对凉爽的水。正确的腿代表产生管和加热。的热量产生蒸汽泡沫,并对流创建循环。应用更多的热量,生成更多的蒸汽循环率的提高。

如果存款形式(图以),粗糙面和部分限制打开抵抗流动,减少流通。以恒定的热量输入相同数量的蒸汽产生,所以比在生成管支吊架增加。管里的水变得更加集中,增加潜在的锅炉水盐的沉积。

在极端的情况下,沉积变得沉重足以减少流通点过早发生汽-水分离。当这种情况发生在炉管,由于过热迅速失败。当存款光它们可能不会导致管失败,但他们减少锅炉设计中的任何安全裕度。

过早汽-水分离的地步,锅炉的循环率增加而增加热输入。通常,如图赔率,拐点(A)高于名义锅炉评级。当电路脏,circulation-to-heat输入曲线的拐点向左移动,和整体水循环是减少。这是由较低的折线。

循环和沉积是密切相关的。粒子的沉积是一个函数的水扫描以及表面电荷主队(图)。如果粒子的表面电荷相对中性的倾向,导致粒子坚持管壁或继续暂停,一个适当的水扫将保持管。如果循环通过扫描电路并不足以提供足够的水,中性粒子可能坚持管。在极低的情况下循环,通常总蒸发可能发生和可溶性钠盐沉积。

化学处理

碳酸钠治疗控制硫酸钙的原始方法。今天的方法是基于使用磷酸盐和螯合剂。前者是一个沉淀的程序,后者增溶的计划。

碳酸盐岩控制

验收前的磷化处理在1930年代,硫酸钙缩放锅炉是一个重大问题。碳酸钠处理用于沉淀钙碳酸钙阻止硫酸钙的形成。碳酸钙的形成的驱动力是高浓度的碳酸盐离子的维修锅炉水。即使这是完成,主要由碳酸钙比例是常见的。随着锅炉压力和传热速率缓慢上升,碳酸钙规模成为不可接受的,因为它导致管过热和失败。

磷酸盐控制

磷酸钙是几乎不溶于锅炉水。即使是小级别的磷酸可以维护以确保沉淀磷酸钙的——无论是散装锅炉加热表面。因此,采用磷酸盐处理消除碳酸钙垢的问题。当形成磷酸钙在锅炉水的充足的碱性pH值(11.0 - -12.0),一个粒子相对不依从表面电荷产生。这并不阻止存款积累的发展随着时间的推移,但存款可以通过排污控制相当不错。

在磷酸盐沉淀处理程序中,镁的部分硬度污染和硅酸镁沉淀优先。如果硅不存在,镁会随着氢氧化镁沉淀。如果保持炉水碱度不足,镁可以结合磷酸。磷酸镁的表面电荷会导致它坚持管表面,然后收集其他固体。出于这个原因,碱性磷酸盐沉淀程序的一个重要组成部分。

在沉淀形成的硅酸镁项目不是特别附着。然而,它导致存款累积与其他污染物。分析典型锅炉存款证明硅酸镁在大致相同的比例磷酸钙作为锅炉给水中的钙镁。

磷酸盐/聚合物控制

磷化处理的结果是提高了有机补充。天然有机物,如木质素、单宁和淀粉是第一批补充使用。有机物被添加促进流体的形成污泥泥定居的鼓。底部的排污泥鼓把污泥。

有许多的进步有机治疗(图12-7)。现在合成聚合物广泛应用,重点是分散的粒子而不是液体污泥的形成。虽然这种机制非常复杂,聚合物改变表面积和表面电荷质量比典型的锅炉固体。通过适当的聚合物的选择和应用,可以顺利地改变粒子的表面电荷(图6负)。

许多合成聚合物用于磷酸盐沉淀项目。最有效分散硅酸镁、氢氧化镁和磷酸钙。聚合物通常是低分子量和有大量活跃的网站。一些专门为使用聚合物硬度盐或铁;一些广泛的离子是有效的。图12-9显示了不同聚合物的相对性能用于锅炉水处理。

表12 - 2。磷酸盐/聚合物性能可以通过selectionof维持在高传热率适当的聚合物。

螯合剂的控制

螯合剂主要添加剂在增溶的锅炉水处理项目。螯合剂有能力复杂许多阳离子(硬度和锅炉水条件下重金属)。他们完成这个锁定金属成可溶性有机环结构。螯合阳离子不沉积在锅炉。当应用分散剂,螯合剂生产清洁水边的表面。

供应商和用户的螯合剂已经学到了很多关于他们的成功应用,因为他们介绍作为锅炉给水处理方法在1960年代初。螯合剂被誉为“奇迹”治疗添加剂。然而,对于任何材料,最大的挑战是了解适当的应用程序。

螯合剂是弱有机酸注入锅炉给水在中和钠盐形式。水水解螯合剂,产生一个有机阴离子。水解度pH值的函数;完全水解需要一个相对较高的pH值。

阴离子螯合剂反应网站吸引协调网站阳离子(硬度和重金属污染物)。协调网站领域的离子接受化学成键。例如,铁有六个协调网站,一样EDTA(乙二胺四乙酸)。铁离子进入锅炉(例如,从凝析油污染系统)结合EDTA。所有协调站点上使用的铁离子EDTA,和一个稳定的金属螯合形成(图成员)。

NTA(次氮基三乙酸),另一个螯合掩蔽剂应用于锅炉给水,有四个协调网站,不形成稳定的一个复杂的EDTA。与未使用的协调网站NTA阳离子与阴离子竞争容易反应。

螯合剂结合阳离子形成沉积物,如钙,镁,铁,铜。金属螯合形成水溶性。稳定的螯合物时,降水不发生。尽管有许多物质具有螯合性能,EDTA和NTA,到目前为止,最适合锅炉给水的螯合剂治疗。

平衡常数的对数chelant-metal离子反应,经常被称为稳定常数(Ks),可以用来评估形成复杂的化学稳定性。calcium-EDTA反应:

(Ca-EDTA)²K_年代=日志= 10.59

(Ca)^{2 +}(EDTA)⁴

表12列出稳定常数EDTA和NTA常见给水污染物。

表12。稳定常数提供了一个衡量chelant-metal离子复合物的化学稳定性。

金属离子	乙二胺四乙酸	NTA
Ca + 2	10.59	6.41
Mg + 2	8.69	5.41
铁+ 2	14.33	8.82
铁+ 3	25.1	15.9

螯合剂程序的有效性是有限的竞争离子的浓度。除磷、竞争离子限制EDTA螯合通常不严重。碱度和二氧化硅,除了磷酸,是限制氮川三乙酸considera-tions使用。

螯合掩蔽剂/聚合物控制

氧化铁是特别关注的在今天的锅炉水处理项目。沉积从低(小于1.0 ppm)硬度锅炉给水和螯合掩蔽剂消除项目,可以减少高达95%的聚合物/磷酸治疗项目。氧化铁是一种越来越重要的贡献者锅炉存款因为虚拟消除硬度的存款在许多系统和因为许多锅炉鼓励的传热率高铁沉积。

螯合剂与高稳定值,EDTA等复杂的铁可以存款。然而,这与水合离子竞争的能力是有限的。经验表明,依靠EDTA或其他螯合剂本身并不是最satisfac-tory铁控制方法。

在正常螯合剂饲料利率,有限的螯合铁出现的微粒。这通常是足以溶解一些冷凝铁污染。磁铁矿的螯合(锅炉情况下形成的氧化物混合Fe2O3和FeO说)是可能的,因为螯合剂结合亚铁(FeO说)部分磁铁矿。

吃得太多(高度)的螯合剂可以删除大量的氧化铁。然而,这是不可取的,因为高螯合剂过剩不能区分的氧化铁保护涂料的磁铁和铁氧化物形成的存款。

螯合掩蔽剂/聚合物组合是一种有效的方法来控制氧化铁。足够的螯合剂是美联储复杂硬度和可溶性铁,略微超过溶解铁污染。然后添加到聚合物条件和驱散任何剩余的铁氧化物污染(图12 11)。

螯合掩蔽剂/聚合物程序可以生产清洁水边表面,导致更可靠的锅炉操作(图12-12)。报废的锅炉清洁时间表可以扩展和,在某些情况下,消除。这取决于操作控制和给水质量。螯合剂与高配位稳定性是“宽容”的治疗可以删除定期存款形式当给水质量或治疗控制偏离标准。

锅炉与温和的沉积的碳酸钙和磷酸钙形式可以通过一个在职螯合剂的清理计划有效地清洗。在职螯合剂清理程序应该被控制,而不是试图大量沉积锅炉或应用速度太快了。螯合剂可以导致大量积累存款在短时间内抛弃。这些积累可以塞头或重要的流通领域的再沉积,如炉壁管。

螯合剂的清理计划,足够的螯合剂添加溶解传入给水硬度和铁。这是紧随其后的是推荐过剩螯合剂饲料。定期检查(通常是每隔90天)强烈推荐,这样治疗的进展可能会被监控。

锅炉也应该增加聚合物水平高于正常浓度。这个限制粒子尽可能大体积的水,直到他们解决在泥里鼓。增加数量的泥浆鼓应该执行“吹”去除锅炉的粒子。

在职螯合剂存款时清理程序并不明智的分析表明,主要成分是由硅酸盐、铁氧化物,或任何规模,似乎很难,紧密地绑定,或者缺乏孔隙度。因为这样的尺度不成功移除在大多数in-stances,一个在职的螯合剂清理不能在这些情况下是合理的。

磷酸盐/螯合掩蔽剂/聚合物组合

聚合物的组合、磷酸和螯合剂通常用于生产结果与螯合剂治疗/聚合物低中压锅炉。在磷化处理提高锅炉清洁,磷酸的存在提供了一个简单的测试来确认在锅炉水处理的存在。

Polymer-Only治疗

Polymer-only治疗项目也使用了某种程度的成功。在这个治疗,聚合物通常是用作螯合剂疲软复杂给水硬度。这些治疗时最成功的给水硬度一直很低。

高压锅炉水处理

高压锅炉通常有高热流和给水领域,由软化补充水和高凝析油的比例的回报。因为这些条件,高压锅炉容易苛性攻击。低压锅炉使用软化水和冷凝水作为给水也容易受到腐蚀性的攻击。

有几个是锅炉水会变得高度集中。最常见的一种是铁氧化物沉积在辐射管。氧化铁存款往往很多孔,作为小型锅炉。水是卷入氧化铁存款。热应用于存款的管壁产生蒸汽,通过存款传递出来。更多的水进入存款,蒸汽的地方。这个循环重复,下面的水存款集中到极高的水平。可以有100000 ppm的苛性存款而下大体积的水包含只有5 - 10 ppm的苛性(图12 - 13)。

蒸汽发电机组提供软化或补充水或纯冷凝蒸发可能受碱腐蚀的处理的通用术语“协调磷酸盐/ pH值控制。”Phosphate is a pH buffer in this program and limits the localized concentration of caustic. A detailed discussion of this treatment is included in Chapter 11.

如果存款被最小化,减少苛性可以集中的领域。减少铁沉积在高压(1000 - 1750 psig)锅炉、特定的聚合物设计驱散铁和保持它在大体积的水。

与磷酸盐沉淀和螯合剂控制程序,这些聚合物的使用与协调磷酸盐/治疗改善存款控制pH值。图12 - 14说明了分散剂在控制铁氧化物沉积的有效性。测试条件是1500 psig (590°F), 240000 Btu /英尺²/人力资源热通量、磷酸和协调/ pH值程序水化学。未经处理的传热表面的比较(左)与聚合物分散剂处理条件(如右图所示)提供了一种图解说明价值的分散剂在防止蒸汽发生器沉积。减少氧化铁积累的能力是一个重要的需求在锅炉系统的治疗操作在高压力和高纯度给水。

超临界锅炉使用all-volatile治疗,通常由氨和肼。因为极端的沉积地层和蒸汽污染潜力,不能容忍任何固体在超临界直流锅炉水,包括治疗固体。