锅炉炉水pH降低的原因分析及解决措施

锅炉炉水pH降低的原因分析及解决措施

王鸿飞

【摘 要】针对中煤鄂尔多斯能源化工有限公司锅炉炉水pH值出现异常降低情况,从锅炉炉水加药药剂、蒸汽及给水系统物质影响、换热器或预热器内漏等方面进行了排查.结果发现,脱盐水预热器内漏,脱盐水阳离子树脂老化、脱落并在锅炉发生去磺酸基反应,分别是两次锅炉炉水pH值降低的主要原因.通过优化工艺控制、更换大孔型强酸阳树脂等措施,解决了锅炉炉水pH降低的问题,确保了装置的安稳运行.

【期刊名称】《煤化工》

【年(卷),期】2018(046)0z1

【总页数】3页(P60-62)

【关键词】锅炉炉水;pH;降低;蒸汽;换热器;阳离子交换树脂

【作 者】王鸿飞

【作者单位】中煤鄂尔多斯能源化工有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017317

【正文语种】中 文

【中图分类】TK227.8

中煤鄂尔多斯能源化工有限公司一期100万t/a合成氨、175万t/a尿素工程，于2011年6月15日开工建设，2013年8月底具备试车条件。该项目锅炉装置采用3台480 t/h高温高压自然循环煤粉锅炉，于2013年9月全部投入使用。2015年6月3台锅炉同时出现炉水pH值降低、电导指标升高等异常现象，同年11月3台锅炉运行期间连续多次出现炉水pH值快速降低的现象，最低时降至8以下。针对两次锅炉炉水pH值异常降低情况，中煤鄂尔多斯能源化工有限公司通过分析排查界区内外与锅炉给水接触物质，查找到锅炉炉水pH值降低的原因，并通过相应的整改措施，解决了上述问题，可为相关装置此类问题的解决提供参考。

1 工业锅炉炉水pH值控制的意义

工业锅炉运行中，锅炉炉水pH值是一项非常重要的控制指标，对于防止锅炉结垢和腐蚀具有重要意义。在实际生产中，锅炉炉水呈碱性，并控制pH在8.8到9.3，在此范围内，炉水中的磷酸盐等碱性物质与水中的钙镁离子生成不溶性的Ca3（PO4）2、Mg3（PO4）2等沉淀物，并悬浮于水中，可以通过锅炉排污除去。

当pH值降至8.3～8.4时，98%的碳酸化合物会以HC的形态存在，随着温度的升高，可溶性 Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2受热分解，形成难溶于水的

CaCO3、Mg（OH）2等物质，随着蒸发浓缩，这些物质过饱和而析出，并附着于锅炉内侧，形成水垢。水垢不仅会降低锅炉的热效率（水垢的导热系数仅为金属Fe的1/5～1/100），而且还会在锅炉达到一定温度时，使结垢处的水冷壁受热塌陷，导致受热面的管子过热而发生爆管。但锅炉炉水pH值也不是越高越好，当pH值大于10.5时，水中的 HC逐渐转化为 C，C部分水解成 OH-，当炉水中存在一定浓度游离态的OH-时，容易对设备造成碱性腐蚀。此时，炉水不仅容易起沫，而且还会造成汽水共沸、苛性脆化等严重后果，其反应式见式（1）、（2）：因此，锅炉炉水pH值需严格控制在正常范围内。

2 锅炉炉水pH降低原因分析及解决措施

锅炉用脱盐水分为热脱盐水和冷脱盐水。

热脱盐水：供排水车间离子混床制得合格脱盐水，送脱盐水箱，由泵外送至气化变换装置，与脱盐水预热器、废气冷却器换热后，两股脱盐水汇合去低压除氧站，用0.3 MPa低压蒸汽除氧，除氧后的锅炉给水经预热器换热后，送至锅炉界区高压除氧器，用1.3 MPa蒸汽高压除氧，温度提至158℃，由给水泵送入高压加热器升温至180℃，经给水调节阀进入省煤器，吸热后进入汽包。

冷脱盐水：供排水车间脱盐水直接送锅炉界区之后，一路进疏水箱，冷却疏水扩容器来的蒸汽冷凝液；一路进加药间，配置磷酸盐、氨水等药剂；一路进蒸汽在线取样间，冷却高压蒸汽，再送至除氧器乏汽回收（回收除氧器及高压加热器乏汽），最后由疏水箱疏水泵送至高压除氧器，除氧循环利用。

2.1 2015年6月锅炉炉水pH降低的原因分析及改造措施

2.1.1 原因分析

为了排除锅炉界区磷酸盐、氨水、联氨可能含有的杂质对水质分析的影响，将加药罐内的药剂全部排空、重新配入，并检测分析磷酸三钠、氨水、联氨等化学药品的纯度及pH值。结果显示：化学药品的纯度、pH值均在合格范围之内，由此排除加药干扰的可能。

为防止锅炉界区蒸汽窜入其他物质影响炉水，对进锅炉装置的1.3 MPa蒸汽冷凝液、0.5 MPa蒸汽冷凝液进行pH值检测，检测发现，二者pH值均在合格范围之内，由此排除蒸汽污染的可能。

通过对锅炉给水上游进行回溯，尤其是存在物质交换的设备进行取样分析，发现存在变换低压除氧水pH值偏低情况，而低压除氧水主要是与变换装置的脱盐水预热器、废气冷却器、锅炉给水预热器换热后送锅炉装置。变换气中除了含有大量的CO、H2外，还存在着相当一部分CO2、H2S，变换低压除氧水pH指标偏低，推测是与脱盐水接触的变换装置换热器存在内漏造成的。随即取样分析锅炉装置疏水箱中疏水的pH值、电导和疏水箱中气体组分，发现气体中有CO、H2、H2S的存在，且疏水箱中水质pH值明显低于正常值，而且在除氧器乏汽回收投运时，疏水加药间有明显的煤气味，测定气化车间变换工段的3个换热器进出口脱盐水pH值，确认原因为脱盐水预热器内漏。

变换脱盐水预热器内漏，一方面可能是由于变换工艺气冷却过程中存在气蚀，造成了管子局部振动，应力传递到管头焊接处，造成了裂纹泄漏；另一方面可能由于变换工艺气与换热脱盐水温差较大，工艺气在脱盐水预热器管程中容易形成气液两相流，导致换热管振动，造成管头焊接接头疲劳而泄漏。

2.1.2 解决措施

2.1.2.1 通过增加氨水加入量（增大氨水加药泵冲程和氨水浓度）、增加磷酸三钠加入量的方法，提高溶液pH值；同时通过加大锅炉连续排污量和定期排污量，控制炉水的碱度，抑制碳酸盐类物质的受热分解，排除不溶残渣，以实现炉水电导和磷酸根含量控制在指标范围内；必要时可以在蒸汽中加入氨水，以降低蒸汽中的CO2浓度。

2.1.2.2 脱盐水与换热器换热时，工艺上严格控制换热器进口指标，使换热器受热均匀，避免设备过度膨胀，同时还要加强扰动，以减少设备内蒸汽气流死区。由于不能完全消除气液两相流现象，设备结构上考虑避免应力集中，通过强度焊、强度胀能抵消一部分应力，避免振动过大；折流板管孔应设计成双面倒角，避免换热管被棱角划伤。

2.1.2.3 严密监控换热器运行，及时停车检修存在问题的换热器。

2.2 2015年11月锅炉炉水pH降低的原因分析及解决措施

2.2.1 原因分析

首先对锅炉装置疏水箱乏汽进行CO、H2、H2S、CO2检测，未检出以上成分，由此排除变换低压除氧水换热器内漏的可能。

其次对锅炉界区内锅炉给水、变换送低压除氧水、供水送冷脱盐水、1.3 MPa蒸汽冷凝液、0.5 MPa蒸汽冷凝液进行pH检测，并对化学药品磷酸三钠、联氨进行了纯度及pH检测，结果均在合格范围之内。 以上分析表明，进入锅炉给水系统前，脱盐水给水的pH值正常，是进入锅炉装置后才出现明显下降，判断升温加热过程是造成炉水pH值降低的主要原因。

进一步分析时发现，脱盐水装置使用的是强酸性阳离子交换树脂(型号001-7)，此种凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂含有磺酸基团（-SO3H）。当温度高于300℃时，会发生明显的去磺酸基反应，生成小分子无机强酸和低分子有机酸，造成炉水pH值的下降，同时伴随大量SO42-产生，锅炉炉水进汽包前的水温最高158℃，而进入汽包后温度为330℃。

由此推测，pH值降低系强酸性阳离子树脂脱落，粉末进入锅炉给水系统所致。对锅炉给水SO42-含量取样分析，结果显示锅炉炉水系统中的确存在异常高的SO42-含量；分析发现此批树脂投用于2012年11月，正常使用期限为2 a～3 a，已接近使用上限，树脂存在氧化降解，出离子混床的树脂捕捉器不能有效处理脱离的树脂颗粒，由此确定此次pH值异常降低系阳树脂发生去磺酸基反应所致。

2.2.2 采取的措施

2.2.2.1 加大锅炉炉水磷酸三钠加药量，防止形成水垢；添加适当计量的氢氧化钠碱片，以提高锅炉炉水pH值，必要时加入一定量的Na2HPO4，防止产生游离的NaOH，避免对设备造成碱腐蚀；同时加大了锅炉连续排污、定期排污量，减少炉内泥渣的沉积；开放高压除氧器氧门，以尽可能的消除氧腐蚀。

2.2.2.2 对存在问题的交换器全部更换树脂。此次出现问题的树脂都是凝胶型强酸阳树脂，相比于凝胶型树脂，大孔型树脂在化学稳定性、抗污染的能力方面都有优势。因此，在其他条件允许的情况下，建议更换为大孔型强酸阳树脂。

2.2.2.3 对脱盐水储罐降液位进行水置换，清除可能存在的阳树脂粉末。

3 结 语

生产过程中，影响锅炉炉水pH值的因素较多，中煤鄂尔多斯能源化工有限公司从源头及内外因分析，找到造成锅炉炉水pH降低的主要原因，并针对性地采取措施，有效解决锅炉炉水pH偏低的问题，为生产装置的安稳长满优运行提供了保障。