锅炉余热回收水处理技术探讨

第28卷第1期邢台职业技术学院学报Vol.28No.12011年2月JournalofXingtaiPolytechnicCollegeFeb.2011————————————收稿日期：2011—01—10基金项目：邢台市科技计划项目——锅炉烟气余热回收的工程应用研究，项目编号：201032002。作者简介：李静（1976—），女，河北馆陶人，邢台职业技术学院建筑工程系，讲师，高级工程师。96锅炉余热回收水处理技术探讨李静1，林青1，王云2（1．邢台职业技术学院建筑工程系，河北邢台054035；2．邢台市人事局录考中心，河北邢台054000）摘要：烟气-水换热器换热方式是锅炉烟气余热回收的主要方式，这其中必然要求水的软化处理。本文介绍了阻垢剂在锅炉及换热器水处理方面的阻垢原理，并以硅磷晶为例，介绍了阻垢剂在用于锅炉余热回收水处理方面的防腐阻垢过程的工作机理。关键词：余热回收；水处理；阻垢；硅磷晶中图分类号：TK115文献标识码：A文章编号：1008—6129（2011）01—0096—03锅炉烟气余热回收技术既能够降低排烟污染，也能够大大提高锅炉的热效率，回收的余热主要用途之一就是用来加热生活用水。而其主要方式是在省煤器后加烟气-水换热器，使烟气和水通过换热管进行表面换热，从而达到加热生活用水和余热回收的目的。但由于生活用水的来源为硬度较高市政用水，随着气-水换热器的长期运行，在换热管表面会结成大量水垢，大大增加换热热阻，降低其换热效率。若用离子交换法进行水软化处理，一方面热水造价很高，失去了余热回收的经济性意义；另一方面纯软化热水不适宜也没有必要用作生活洗浴等。而在水加热循环系统中采用阻垢剂既可以防止结垢，造价也很低，非常经济适应。一、一般阻垢剂阻垢原理1.沉淀软化作用此类阻垢剂能够与硬度成分反应（Ca2+，Mg2+），使硬度成分变成悬浮状的微细淤渣，经排污很容易排出锅炉，从而防止传热面上结构。例如，向含有硬度成分的水中加入磷酸盐，磷酸盐即与钙硬度成分发生反应，在主流水体中生成悬浮物状的羟基磷灰石[Ca3(PO4)2]3·Ca(OH)2，防止传热面结垢：10Ca(HCO3)2+6NaPO4+NaOH→[Ca3(PO4)2]3·Ca(OH)2+10Na2CO3+10CO2+10H2O，该反应是以化学计量进行的，由于磷酸镁溶度积大，镁硬度成分不与磷酸盐反应，但可与磷酸钠水解产物氢氧根离子反应，生成悬浮状的氢氧化镁。2.络和增溶作用络和增溶作用是共聚物溶于水后发生电离，生成带负电性的分子链，它与Ca2+形成可溶于水的络合物或螯合物，从而使无机盐溶解度增加。例如，EDTA、NTA等阻垢剂能够按化学计量与硬度成分反应，将致垢阳离子封锁在其分子内，使阻垢阳离子无法与致垢阴离子结合成垢，使大量的钙离子稳定在水中，相当于增加了微溶性钙盐在水中的溶解度，从而起到阻垢作用。具有螯合作用的阻垢剂甚至可将传热面上原有的碳酸钙垢溶解下来。3.晶格畸变作用晶格畸变作用是目前阻垢剂机理中较为一致的看法。一般认为，阻垢剂不仅与水中钙离子形成稳定螯合物，同时还能与碳酸钙晶体界面上的钙离子发生螯合作用。它首先与晶体扭折位置的钙离子螯合，并且形成的螯合物占据晶体正常生长的晶格位置。螯合物被镶嵌在继续生长的晶体中，这种含镶嵌粒子的晶体是不稳定的，当环境条件变化时，晶体在弹性应力作用下碎裂，形成外形不规则的小晶体，即晶体发生畸变。邢台职业技术学院学报2011年第1期974.分散作用分散剂在水中遇到碳酸钙小晶体时，由于物理和化学作用，被吸附到颗粒表面，吸附分散剂的颗粒表面形成双电层，改变颗粒表面原来的电荷状态，在静电作用下，颗粒相互排斥。这样一来，避免了颗粒碰撞后长大沉积，并将颗粒分散在水中。此外，许多分散剂不仅能吸附在子颗粒上，还能吸附于设备和管道的接触面上，形成一个吸附层。吸附层既阻止颗粒在接触面上的沉积，又可在颗粒大量沉淀时，使沉积物与接触面不能紧密相连，这样沉积物只能形成疏松的、非黏着性的沉积，易于被流水冲走。二、硅磷晶阻垢剂水处理阻垢剂从问世发展到现在，药剂配方经历了无机盐类、有机膦酸盐类以及聚合物类等。聚合物类药剂由于它对磷酸钙垢具有独特高效的抑制能力而进入水处理药剂或配方的行列。据目前的研究和应用表明，不但出现了能抑制碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢的共聚物，同时也出现了抑制锌垢、铁垢和其它污垢的共聚物。下面介绍一种以络合增溶作用和分散作用为主要作用机理抑制钙镁离子硬度的聚磷酸盐阻垢剂——硅磷晶。图1硅磷晶阻垢器图2硅磷晶样本硅磷晶是食品级聚磷酸盐和少量硅酸盐组成，其加工过程是：H3PO4与Na2CO3中和→NaH2PO4+Na2HPO4→＜500℃脱水→三聚或六偏磷酸钠→＞1000℃灼烧→开摸成型、退火→硅磷晶，其主要成分的分子式为：Na2[Na4(PO3)6]。硅磷晶的防垢防腐机理：硅磷晶置于加药器、加药罐；药剂为白色球状颗粒，安装在补水旁路中，在浓度3~5PPM时，释放在水中的聚磷酸盐通过与水中的钙、镁、铁离子作用，形成可溶性络合物，阻止碳酸钙的晶体生成和凝聚，并对已经生成的碳酸钙晶粒起到分散作用，从而达到阻垢作用；此外，还能在管道内表面形成稳定的不溶性保护膜，防止水中溶解氧及氯离子等腐蚀性离子对金属表面的侵蚀，从而起到防腐效果。其反应式如下：Na2[Na4(PO3)6]+CaX——Na2[Na2Ca2(PO3)6]+Na2XNa2[Na2Ca(PO3)6]+CaX——Na2[Ca2(PO3)6]+Na2XFe(OH)2+Na2[Ca2(PO3)6]——FeCa2(PO3)6＋NaOH注：Mg离子与饮用水处理剂的反应同与Ca离子的反应。由上述反应可以看出，硅磷晶中的聚磷酸盐与水中的（Ca2+，Mg2+）发生反应，生成Na2[Ca2(PO3)6]和Na2[Mg2(PO3)6]等可溶性络合物，使大量的钙镁离子稳定在水中，从而起到阻垢作用。同时，由于锅炉及换热器热水输送管道都是铁表面，硅磷晶与水中的（Ca2+，Mg2+）发生反应，在金属表面生成极薄且稳定的不溶性FeCa2(PO3)6和FeMg2(PO3)6保护膜，从而起到了防腐效果。硅磷晶的使用性能：首先，使用成本低，每吨水中只消耗3~5g就能快速消除水系统因腐蚀造成的黄、红锈水问题，阻止水垢的形成。其次，独有的缓释技术，通过水流动自动投加，无需其它动力，安装简便，不需专人看管维护，与离子交换法软化处理相比，节约了人力成本。第三，安全性，对于成人，每天从食物中摄取的磷大约为4000mg左右（以P2O5计）。若用于生活用水处理，硅磷晶的使用浓度为3～5mg/L。每人每天平均喝2L水计，通过硅磷晶处理的水中摄取的量约为10mg，约占人体总摄取量的3‰左右。且经有关疾病预防控制中心对该系列产品检验，食品级聚合邢台职业技术学院学报2011年第1期98磷酸盐（硅磷晶）对饮用水水质无污染，所检各项指标均符合《生活饮用水卫生标准》。三、结语锅炉烟气余热回收技术的推广应用，是国家“节能减排”政策的体现，它对锅炉热利用效率的提高和带来的经济效益是显而易见的。在余热回收的换热水处理过程中采用阻垢剂阻垢技术，既避免了由离子交换法软化处理的不经济和纯软化水用于生活的不方便问题，也同时实现了阻垢防腐两方面效果，是非常经济实用的。参考文献：[1]陈红霞，谭蔚，司洪涛.有机阻垢剂在锅炉水处理中的阻垢性能[J].化学工业与工程，2006，（2）：147～150.[2]王香爱.我国阻垢剂的研究进展[J].应用化工，2009，（1）：131～134.[3]陈文松，韦朝海.阻垢剂的研究[J].水处理技术，2003，（1）：5～7.DiscussionontheTechnologyofWaterSofteninginHeatRecoveryofWasteHeatBoilerFlueGasLIJing1，LINQing1，WANGYun2（1.XingtaiPolytechnicCollege,Xingtai,Hebei054035,China；2.XingtaiPersonnelBureau,Xingtai,Hebei054000,China）Abstract:Thispaperintroducestheinhibitorusedinboilerandheatexchangerwatertreatmentanti-scalingprinciple,andsiliconwaferphosphorusasanexample,andintroducestheboilerscaleinhibitorsusedinrecoveryofwastewatertreatmentanticorrosiveanti-scalingprocessmechanism.Keywords:recoveryofwaste;watertreatment;anti-scaling;siliconwaferphosphorus（责任编辑王傲冰）************************************************************************************（上接第95页）PracticalApplicationofMSTPPrivateLineTechnologyinKADedicatedNetworkPENGJu-ling，GUOHai-jiang(XingtaiBranchCompanyofUnicom,Xingtai,Hebei054000,China)Abstract:KeyAcconut(KA)isplayingmoreandmoreimportantroleinthedevelopmentofcommunicationbusiness.PayingattentiontoKA’sbusinessdemandingandofferingindividualnetworksolutionforKAisthemostimportantworkinpresentdaysincommunicationbusiness.Keywords:KeyAcconut(KA);VPN(VirtualPrivatenetwork);MSTP(Multi-ServiceTransferPlatform)(责任编辑王傲冰)