梁杰

摘 要：根據(jù)爐水中磷酸鹽指標(biāo)在不同情況下發(fā)生變化的現(xiàn)象，根據(jù)筆者多年的運行汽水化驗工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)鍋爐水內(nèi)磷酸鹽在不同的情況下會有不同的顯示值，如鍋爐低負荷條件下、剛剛啟爐時磷酸鹽顯示值偏高等，通過理論分析，層層挖掘其原因，揭開鍋爐水中磷酸鹽變化的奧秘。

關(guān)鍵詞：磷酸鹽 磷酸鹽暫時消失現(xiàn)象 膜狀沸騰 汽水分層 自由水面

中圖分類號：TK227.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0099-02

據(jù)筆者多年的運行汽水化驗工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)鍋爐水內(nèi)磷酸鹽在不同的情況下會有不同的顯示值：如鍋爐低負荷條件下、剛剛啟爐時磷酸鹽顯示值偏高，鍋爐高負荷條件下，磷酸鹽顯示值偏低，鍋爐水有硬度存在時，鍋爐水中磷酸鹽顯示值會為零……這些現(xiàn)象說明了什么？鍋爐水中磷酸鹽的變化有什么奧秘嗎？這得從鍋爐水中磷酸鹽的防垢原理講起。

1 磷酸鹽防垢處理

鍋爐內(nèi)的水是由給水引入的，給水是由爐外補給水、凝結(jié)水、疏水、熱網(wǎng)疏水等組成的，這些水進入鍋爐中不可避免地會有鈣、鎂等硬度離子存在，這些離子在鍋爐中若不及時除去就會在水冷壁管中結(jié)成鈣鎂水垢，從而影響汽水循環(huán)工況，危及熱力設(shè)備的安全運行和其壽命，甚至造成爆管停爐，后果是相當(dāng)嚴重的。那么如何才能除去鍋爐水中的硬度離子呢？科學(xué)家們通過長期的科學(xué)實驗總出一種方法：向爐水中加入磷酸三鈉鹽（Na3PO4·12H2O）溶液的辦法，使鍋爐水中經(jīng)常維持一定含量的磷酸根離子（PO43-）。由于鍋爐水處在沸騰條件下，而且它的堿性較強（鍋爐水的pH一般在9～11的范圍內(nèi)），因此，爐水中的鈣離子與磷酸根會發(fā)生下列反應(yīng)：

10Ca2++6PO43-+2OH- Ca10（OH）2（PO4）

（堿式磷灰石）

生成的堿式磷灰石是一種松軟的水渣，這種水渣沉積在下聯(lián)箱水流緩慢的地方，且不會粘附在鍋內(nèi)轉(zhuǎn)變成水垢，通過定期排污排除爐外，這樣就可以將爐水中的硬度離子除掉了。磷酸鹽處理不僅可以防垢，也是汽包爐防腐的重要措施，可以為爐水提供適當(dāng)?shù)膲A性，維持適當(dāng)?shù)臓t水pH值，并對爐水酸、堿污染具有較強的緩沖性，因而具有較強的適應(yīng)能力。不設(shè)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的機組，磷酸鹽加藥處理增加了抵御凝汽器偶然泄漏和啟動時的給水污染能力。同時，磷酸鹽共沉積作用可減少飽和蒸汽對氯化物和硫酸鹽等離子的攜帶，減緩汽輪機的酸性腐蝕。

2 鍋爐水中磷酸鹽含量控制標(biāo)準(zhǔn)

但向鍋爐內(nèi)加多少磷酸鹽適合呢？加多或加少對鍋爐水會有什么危害嗎？目前200MW機組，鍋爐水中磷酸根（PO43-）控制的標(biāo)準(zhǔn)是（2～8）mg/L，若采用低磷處理，磷酸根（PO43-）控制的標(biāo)準(zhǔn)是（0.5～3）mg/L，（凝汽器嚴密性較差或泄漏頻繁的機組不應(yīng)采用低磷處理）磷酸鹽處理中PH、磷酸根參數(shù)控制值與《火力發(fā)電機組蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 12145-1999）一致，但規(guī)程將磷酸鹽—pH值協(xié)調(diào)處理作為高參數(shù)爐推薦的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。這種控制指標(biāo)的根據(jù)是什么呢？

2.1 鈣垢的防止

爐水中不可避免地會有SO42-和SiO32-等離子。首先我們應(yīng)了解，堿式磷酸鈣是一種非常難溶的化合物，它的溶度積很小，若鍋爐水中保持有一定量的過剩PO43-時，就可以使鍋爐水中的鈣離子（Ca2+）的含量非常小，以至在鍋爐水中它的濃度與SO43-濃度或SiO32-濃度的乘積不會達到CaSO4或CaSiO3的溶度積，這樣鍋內(nèi)就不會有鈣垢形成。那么爐水中磷酸根（PO43-）的含量是不是過剩得越多越好呢？

2.2 向鍋爐內(nèi)加入過量磷酸根（PO43-）的危害

（1）藥品（磷酸三鈉）消耗量增大。

若向鍋爐水中加入過量的磷酸鹽，既爐水中有了超過一定數(shù)量的過剩磷酸根（PO43-），這樣隨排污水排出的藥量會增多，使藥品的消耗量就會增加，增加了經(jīng)濟支出成本。

（2）增加鍋爐水的含鹽量，影響了蒸汽品質(zhì)。

因磷酸三鈉是一種鹽類，其加入過多，自然就隨爐水的機械攜帶和溶解攜帶進入蒸汽中，也必然會影響蒸汽品質(zhì)。

（3）生成磷酸鹽垢。

大家知道，隨給水進入鍋內(nèi)的Mg2+量常常是較少的，在沸騰著的堿性鍋爐水中，它會和隨給水帶入的SiO32-發(fā)生下述反應(yīng)：

3Mg2++2 SiO32-+2OH-+H2O MgO·2SiO2·2H2O

此反應(yīng)生成的蛇紋石呈水渣形態(tài)，易隨鍋爐水的排污排除。但是當(dāng)鍋爐水中PO43-過多時，有可能生成Mg3（PO4）2。由于Mg3（PO4）2在高溫水中的溶解度非常小，能粘附在爐管內(nèi)形成二次水垢。這是一種導(dǎo)熱性能很差的松軟水垢。

NaHCO3→CO2↑+NaOH

Na2CO3+H2O→CO2↑+2NaOH

碳酸鹽與硬度及磷酸鹽相互作用

2Ca（HCO3）2+2Na3PO4→6NaOH+6CO2↑+Ca3（PO3）2↓

（4）容易在高壓和超高壓鍋爐中發(fā)生磷酸鹽的“隱藏”現(xiàn)象。

所謂磷酸鹽的“隱藏”現(xiàn)象，就是當(dāng)鍋爐負荷增高時，鍋爐水中某些易溶鹽類如磷酸三鈉（Na3PO4）便從爐水中析出，沉積在金屬管壁上，因此它們在鍋爐水中的濃度降低。當(dāng)鍋爐負荷降低時，這些鹽類又重新被溶解下來，它們在鍋爐水中的濃度有升高了，這種現(xiàn)象就是磷酸鹽暫時消失現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有兩個：①與磷酸三納的特性有關(guān)。磷酸三鈉（Na3PO4）在水中的溶解度隨水溫升高而增加，當(dāng)溫度升高達2000℃以上時，溶解度明顯下降，所以當(dāng)鍋爐管壁某區(qū)域發(fā)生局部過熱時，磷酸三鈉（Na3PO4）容易沸騰并蒸干而析出，就引起了暫時消失現(xiàn)象。②與爐管的熱負荷有關(guān)。當(dāng)爐管的熱負荷增加時，就容易使?fàn)t管內(nèi)的爐水發(fā)生不正常的沸騰工況，如膜狀沸騰、汽水分層、自由水面等，這些不正常的工況都會使靠近管壁處的水很快被蒸干，或當(dāng)這些管壁附近處的水溫偏高時，水溶液中的易溶鹽類如磷酸三鈉就會在管壁上析出。當(dāng)鍋爐出力減小或停爐時，爐堂內(nèi)熱負荷降低，爐管內(nèi)的爐水水溫及沸騰狀態(tài)恢復(fù)正?；蚬鼙陂_始受到冷卻時，可使原來析出并附著在管壁上的磷酸鹽又重新溶解于爐水中。

3 揭開鍋爐水中磷酸鹽變化的奧秘

通過上述分析，你是否已基本清楚了爐水中磷酸鹽變化的奧秘。

（1）爐水中磷酸根離子（PO43-）減少：①是因為磷酸鹽發(fā)生了暫時消失現(xiàn)象，鍋爐負荷增高時，磷酸根部分吸附在管壁上使其在爐水中的濃度減少；②或加入爐內(nèi)的磷酸鹽藥量減少；③或部分生成了磷酸鹽垢而沉積在水冷壁上。第三種現(xiàn)象不會造成瞬間減少；④爐水中由于凝汽器泄漏或熱網(wǎng)疏水泄漏等原因致使?fàn)t水中出現(xiàn)了過量的硬度離子，將磷酸根離子大部分或完全吃掉，致使磷酸根（PO43-）含量減少或為零。

（2）爐水中爐水中磷酸根離子（PO43-）增加：①當(dāng)鍋爐負荷突然減少，管壁上析出的磷酸根離子（PO43-）又重新返回到爐水中，致使?fàn)t水中磷酸根離子（PO43-）濃度增加；②啟爐時，原吸附在管壁上的磷酸根離子（PO43-）又重新溶在爐水中，致使?fàn)t水中的磷酸根離子（PO43-）濃度增加；③向爐內(nèi)加入了過量的磷酸三鈉，致使?fàn)t水中的磷酸根離子（PO43-）增加。

4 如何指導(dǎo)實踐

（1）如何判斷磷酸鹽暫時消失現(xiàn)象；

（2）如何防止磷酸鹽暫時消失現(xiàn)象；

（3）如何通過磷酸根離子（PO43-）含量判定設(shè)備運行出現(xiàn)異常；

（4）如何控制磷酸根離子（PO43-）加藥量；

（5）爐水中磷酸根離子（PO43-）和爐水中的pH值不能匹配時如何調(diào)整，這些問題有待下次闡述。

參考文獻

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