八種高溫凝結(jié)水除鐵技術(shù)方案

鍋爐蒸汽冷凝水接近蒸餾水，冷凝水的含鹽量遠(yuǎn)低于軟化水，重復(fù)循環(huán)使用可以使鍋水的濃縮過程延長，回收合格的蒸汽冷凝水可以改變鍋爐的運(yùn)行工況，減少鍋爐排污以及排污熱的損失，提高鍋爐補(bǔ)水的溫度，減少軟化水的生產(chǎn)；與此同時鍋爐蒸汽冷凝水蘊(yùn)含有大量的熱能，蒸汽冷凝水回收再利用價值為20-30元/噸，年節(jié) 能效益非常可觀，回收蒸汽冷凝水作為鍋爐補(bǔ)水是鍋爐節(jié)水節(jié)約能源的好措施，得到了很多企業(yè)的重視。

高溫蒸汽冷凝水回收利用有很多好處，但是大部分企業(yè)對于冷凝水回收過程因隱性腐蝕造成的鐵超標(biāo)大多視而不見，往往水質(zhì)出現(xiàn)了明顯的問題才想起來處理；更有甚者，蒸汽冷凝水出現(xiàn)紅水，鍋爐水出現(xiàn)紅水等問題也不管，就是腐蝕、穿孔、泄漏也沒關(guān)系，只要不是爆管等影響鍋爐運(yùn)行、平安生產(chǎn)營運(yùn)的事故，企業(yè)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)就一個態(tài)度：小車不到只管推。

筆者親歷北方某煤礦企業(yè)鍋爐房4臺15噸蒸汽鍋爐三用一備，，凝水發(fā)紅，爐水也發(fā)紅不處理，平均每年冬季都有1-2次鍋爐爆管事故發(fā)生，鍋爐爆管后企業(yè)只采取停爐、割管、焊管等常規(guī)維修措施，也不做鍋爐水質(zhì)處理來徹底處理問題。

高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子的來源

高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子通常來源于氧腐蝕或弱酸性腐蝕。

一、高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子來源于氧腐蝕：

1、高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子或蒸汽冷凝水中氧氣的來源

高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子或蒸汽冷凝水中氧氣通常有兩種來源。一種是鍋爐給水系統(tǒng)無除氧器或除氧器效率不高。

另一種是高溫蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)大部分為開式回收系統(tǒng)，高溫蒸汽凝結(jié)水箱有呼吸孔直通大氣；當(dāng)水箱液位上升時，水箱內(nèi)的氣體排入大氣，當(dāng)水箱液位下降時，水箱外的的氣體進(jìn)入水箱內(nèi)，由于水箱內(nèi)的氣體中氧的濃度與水箱外空氣中氧的濃度存在較大的濃度壓力差，隨著冷凝水箱的呼吸，大氣中氧氣源源不斷進(jìn)入高溫蒸汽凝結(jié)水箱。

2、高溫蒸汽凝結(jié)水氧腐蝕的機(jī)理

鍋爐換熱系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng)、高溫蒸汽凝結(jié)水的輸送管道大都是鋼制管材，其腐蝕產(chǎn)物是鐵的氧化物，其反應(yīng)化學(xué)方程式如下：

陽極反應(yīng)：Fe → Fe2+ + 2e

陰極反應(yīng)：O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

以上反應(yīng)的產(chǎn)物Fe2+在水中會與相關(guān)物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，其過程如下：

Fe2+ + 2OH- → Fe (OH)2

4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe (OH)3

Fe (OH)2 + 2Fe (OH)3 → Fe3O4 + 4H2O

高溫蒸汽凝結(jié)水中鐵的化學(xué)組成實際上并不像其化學(xué)式那么簡單，通常是各種含水氧化鐵的混合物，受污染的高溫蒸汽凝結(jié)水的顏色通常是紅褐色，受腐蝕嚴(yán)重度的影響，高溫蒸汽凝結(jié)水腐蝕越嚴(yán)重，顏色越深，顏色從看起來純凈到發(fā)黃、發(fā)紅、血紅、紅褐色、醬油色。

3、鍋爐高溫蒸汽凝結(jié)水換熱系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng)氧腐蝕的特征

高溫蒸汽凝結(jié)水的氧腐蝕屬于潰瘍腐蝕，腐蝕發(fā)生后在金屬的表面形成一個個鼓包，直徑從1mm～30mm不等，鼓包的表面是黃褐色到磚紅色，由上述的各種氧腐蝕產(chǎn)物組成，去除這些腐蝕產(chǎn)物后，金屬的表面是一個個腐蝕坑。高溫蒸汽凝結(jié)水氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續(xù)。

4、高溫蒸汽凝結(jié)水氧腐蝕的影響因素

氧腐蝕的影響因素很多，影響高溫蒸汽凝結(jié)水氧腐蝕的因素主要有：PH值、溶解氧濃度、水流速、溫度等：

PH值：PH值越小，腐蝕速度越快。

氧濃度：高溫蒸汽凝結(jié)水中O2的濃度越大，氧腐蝕的速度越大。

溫度：溫度越高，氧腐蝕的速度越快。當(dāng)溫度升高時氧的擴(kuò)散速度快，氧腐蝕的速度同步也加快。

水流速度：水流速度越大，水中各物質(zhì)的擴(kuò)散速度加大，氧氣擴(kuò)散到金屬表面的速度增加，從而加快氧腐蝕。

二、高溫蒸汽凝結(jié)水的弱酸性腐蝕

在低壓工業(yè)鍋爐中，軟化技術(shù)是通常是通過鈉離子交換樹脂的作用，將水中的鈣鎂離子用鈉離子取代，將鍋爐給水軟化。但水中的碳酸氫鹽（HCO3-）沒有去除。當(dāng)溫度升高時，水中的HCO3-分解成CO2，CO2氣體隨高溫水蒸汽在冷凝回收管線中再次溶解在水中，導(dǎo)致冷凝水的PH值下降，呈弱酸性，而酸性冷凝水是導(dǎo)致冷凝回水鐵離子超標(biāo)的主要因素。CO2弱酸性腐蝕能造成鍋爐換熱系統(tǒng)設(shè)備及高溫蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)壁均勻變薄，從而導(dǎo)致高溫蒸汽凝結(jié)水鐵超標(biāo)。

高溫蒸汽凝結(jié)水中的酸性物質(zhì)H2CO3，H2CO3分解為H+和HCO3-。

CO2 + H2O = H2CO3

H2CO3 = H+ + HCO3-

1、高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子或蒸汽冷凝水中二氧化碳的來源

高溫蒸汽凝結(jié)水中的二氧化碳主要來源于蒸汽，蒸汽中的二氧化碳?xì)怏w的主要來源是蒸汽鍋爐補(bǔ)給水中游離二氧化碳和碳酸鹽類在爐內(nèi)受熱分解。碳酸鹽爐內(nèi)分解的反應(yīng)方程式為：

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

2、高溫蒸汽凝結(jié)水弱酸性腐蝕的機(jī)理

二氧化碳進(jìn)入冷凝水后形成碳酸（H2CO3）。H2CO3是一種弱酸，在水中電離的H+不多。但冷凝水是比較純凈的水，含鹽量小，緩沖性差，即使像H2CO3這樣的弱酸也會使PH值有較大的下降。當(dāng)純水中二氧化碳為1mg/L時，純水的PH值由7.0降至5.5。同時隨著H+在腐蝕中不斷消耗式（2-7）的電離平衡被打破，反應(yīng)向右進(jìn)行，不斷電離出H+供腐蝕反應(yīng)使用，直至H2CO3消耗完畢。二氧化碳腐蝕的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)方程式如下：

陽極反應(yīng)：Fe → Fe2+ + 2e

陰極反應(yīng)：2H+ + 2e → H2

二氧化碳腐蝕的腐蝕產(chǎn)物是易溶的，不會沉積在金屬表面，所以二氧化碳腐蝕是均勻腐蝕，其腐蝕的特點就是鍋爐換熱系統(tǒng)設(shè)備及高溫蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)壁均勻變薄。

二氧化碳不僅對鋼質(zhì)換熱系統(tǒng)設(shè)備及高溫蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)壁產(chǎn)生腐蝕，同時對金屬銅也會產(chǎn)生腐蝕，當(dāng)只有二氧化碳時，會對銅管產(chǎn)生脫鋅腐蝕；當(dāng)二氧化碳和氧同時存在時，對銅管中的金屬銅也會產(chǎn)生腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物是易溶的Cu2+。由于銅的熱阻小，換熱器的換熱管束一般采用銅管，二氧化碳對銅管的腐蝕主要發(fā)生在高溫蒸汽凝結(jié)水（疏水）液面上方的銅管表面，表明：當(dāng)熱交換器中進(jìn)汽中的二氧化碳濃度為8mg/L時，疏水上方的銅管水膜中二氧化碳的含量為500～600mg/L。

3、高溫蒸汽凝結(jié)水鐵離子的危害

高溫蒸汽凝結(jié)水的鐵離子同二價金屬鈣鎂離子一樣在鍋爐中堆積成垢，形成的氧化鐵水垢，不僅會引起垢下腐蝕發(fā)生，而且氧化鐵水垢讓爐管的傳熱效率大幅降低，傳熱效率降幅有400-500倍之多，氧化鐵水垢聚集在爐管內(nèi)會引起爆管危險，對鍋爐平安運(yùn)行形成較大的隱患。

▲氧化鐵水垢傳熱效率是鋼的五百 分 之一，不僅增加能耗而且會引起爆管危險

當(dāng)前，國內(nèi)蒸汽冷凝水除鐵離子一般有兩種方式，即一種是物理設(shè)備除鐵離子，另一種是化學(xué)藥劑除鐵離子。

設(shè)備除鐵離子就是在冷凝水回收的末端進(jìn)設(shè)備除去鐵離子，設(shè)備除鐵離子適用于任何工況，能解決進(jìn)水平安達(dá)標(biāo)進(jìn)鍋爐，適用于各種用汽場合，但是不能控制用汽設(shè)備及回收管網(wǎng)的腐蝕, 用汽設(shè)備及回收管網(wǎng)的腐蝕還是在持續(xù)進(jìn)行，冷凝水中因腐蝕鐵離子來源一直 存在，且設(shè)備除鐵離子濾料需要定期更換，屬治標(biāo)補(bǔ)治本。

化學(xué)藥劑除鐵主要針對間接換熱的用汽的場合，藥劑會對整個回收系統(tǒng)以及換熱器進(jìn)行整體的覆膜保護(hù)，不讓氧和CO2對系統(tǒng)設(shè)備和管網(wǎng)地腐蝕，從而徹底處理高溫蒸汽冷凝水中的鐵離子來源，使系統(tǒng)設(shè)備和管網(wǎng)不會受到腐蝕穿孔泄漏等影響。化學(xué)藥劑除鐵只適合蒸汽間接換熱場合，需要蒸汽直接參與生產(chǎn)工藝的地方和對蒸汽品質(zhì)要求高的地方化學(xué)藥劑除鐵不適用，例如：需要蒸汽參與蒸煮的食品和藥品行業(yè)?；瘜W(xué)藥劑除鐵長期綜合效益好，實現(xiàn)除防并舉，徹底實現(xiàn)標(biāo)本兼治。

化學(xué)藥劑除鐵和設(shè)備過濾除鐵兩種方式，具體采用那種方法要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝和技術(shù)實施的目的要求結(jié)合選擇。

經(jīng)過筆者統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，我國當(dāng)前高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝主要有以下八種：

首種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——常規(guī)的除鐵過濾器

常規(guī)的除鐵過濾器 大多采用錳砂或石英砂作為除鐵的濾料，做成的儲罐式的除鐵過濾器，水通過錳砂或石英砂濾料過濾掉鐵，錳砂或石英砂過濾技術(shù)，在溫度高時，會釋放出少量的硬度雜質(zhì)，使處理后的水硬度超過鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)，不能直接進(jìn)入鍋爐，只適用于地下水和對水質(zhì)要求低的處理項目中，不適用于高溫冷凝水的處理。如果用于高溫水處理，需要先將水溫降低到40-50攝氏度，超過此40攝氏度溫度會再次析出硬度，然后在過濾后，再經(jīng)過離子交換或陽離子樹脂處理，去除硬度。此技術(shù)雖然條件限制多，但是成本低，目前各地的一些規(guī)模較小的企業(yè)還在使用，因為浪費了大量的熱量，使用范圍小。

第二種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——高溫陰 陽樹脂交換

陰 陽樹脂交換高溫蒸汽冷凝水除鐵離子工藝就是：在中高壓鍋爐中，采用抗高溫的陰 陽樹脂，高溫冷凝水在回用前，先過樹脂床，將鐵離子或水中殘留的硬度去除。這種方法在鐵離子濃度高時，含量長期高于0.05ppm就會造成樹脂鐵中毒，中毒后的樹脂不能恢復(fù)功能。設(shè)備投資高，處理費用也高，特別不適合在低壓鍋爐處理中采用。其樹脂對溫度的要求也高，不能高于60度。樹脂膜是比較成熟的技術(shù)，但是因為需要控溫過濾，并且長時間處于高限值溫度對膜的損害很大，并非經(jīng)濟(jì)持 久的除鐵方式。

第三種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——活 性炭復(fù)合雙層膜法

活 性炭復(fù)合雙層膜法主要工藝原理是：利用雙層復(fù)合膜過濾凝結(jié)水，同時除去凝結(jié)水中的微量的鐵，達(dá)到精細(xì)處理的目的。復(fù)合膜的主要成分為木質(zhì)纖維素和活 性炭，兩種物質(zhì)與水配制成一定比例的溶液后，由敷膜泵在過濾器中循環(huán)，在多孔管件濾元上形成復(fù)合膜。正常運(yùn)行，凝結(jié)水經(jīng)過復(fù)合膜過濾層時，通過機(jī)械阻留、吸附、重疊、架橋等過程，將凝結(jié)水中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，隨著膜吸附的雜質(zhì)逐漸增多，濾料被壓實、污染，膜兩側(cè)的壓降逐漸增大，出水量下降。當(dāng)壓降達(dá)到一定值時，停止運(yùn)行，進(jìn)行曝膜，去除多孔濾元上的失效濾料，重新鋪膜后繼續(xù)運(yùn)行。鋪、曝膜周期根據(jù)待處理的凝結(jié)水的水質(zhì)確定，水質(zhì)較差鋪、曝膜周期就較短，正常情況下，鋪曝膜周期為 5-7 天。 整個處理過程需要通過程序控制完成，當(dāng)鐵離子≥0.5ppm, 設(shè)備不能正常工作。在低壓鍋爐中，鐵離子含量常常≥1ppm。采用該工藝，每小時回收 50 噸凝結(jié)水的設(shè)備總投資在 170-250 萬元之間，處理成本為 0.2-0.3元/噸凝結(jié)水。與其它工藝相比該工藝的特點是：處理較為潔凈的凝結(jié)水時，成本較低，如出現(xiàn)凝結(jié)水大量帶油時較短時間內(nèi)即須重新曝膜，增加處理成本，設(shè)備總投資較大?；?性炭復(fù)合雙層膜法使用廠家有：青島石化、燕山石化等。

第四種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——粉末樹脂除鐵法：

凝結(jié)水粉末樹脂除鐵工藝,采用粉末樹脂覆蓋多孔過濾元除去凝結(jié)水中鐵離子。粉末樹脂覆蓋除鐵原理和運(yùn)行過程與過濾介質(zhì)吸附法覆蓋原理相似，不同的是采用粉末樹脂覆蓋在多孔過濾元上，運(yùn)行過程需要鋪膜曝膜，曝膜周期為 15 天。采用該工藝，每小時回收 50 噸凝結(jié)水的設(shè)備總投資在 400-500 萬元之間，處理成本為 0.3 元/噸凝結(jié)水左右。與其它工藝相比該工藝特點是技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備投資大，凝結(jié)水處理成本高。目前該工藝在國外有較多應(yīng)用案例，國內(nèi)使用的廠家有蘭州石化。

第五種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——高溫?zé)Y(jié)陶瓷濾料除鐵法

高溫?zé)Y(jié)陶瓷濾料除鐵法工藝原理為：待處理的凝結(jié)水通過高溫?zé)Y(jié)陶瓷濾料層，除去凝結(jié)水中的鐵。凝結(jié)水進(jìn)入陶瓷濾料層，燒結(jié)陶瓷濾料具有許多細(xì)小的微孔，該微孔可以截留較小的三價鐵微粒，隨著雜質(zhì)被截留的增多，燒結(jié)陶瓷濾料兩側(cè)的壓差逐漸升高，達(dá)到一定值時，停止運(yùn)行，用壓縮空氣和凝結(jié)水對陶瓷濾料層進(jìn)行反沖洗，沖洗完成后重新投入使用。采用該工藝，每小時回收 50 噸凝結(jié)水的設(shè)備總投資在 170-200 萬元之間，處理成本為0.1 元/噸凝結(jié)水。與其它工藝相比該工藝的特點是設(shè)備投資不大，凝結(jié)水處理成本低，但可處理含油量較高的凝結(jié)水，可以耐受換熱器泄漏時高含油凝結(jié)水的沖擊。該工藝的用廠家有北京石化、武漢石化、湖南中煙、百事可樂等。

第六種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——高梯度電磁除鐵

高梯度電磁除鐵能夠有效去除凝結(jié)水中氧化鐵，但運(yùn)行成本昂貴，一臺處理量為100t/h的高梯度電磁除鐵器 日耗電達(dá)1500度，并且內(nèi)部的不銹鋼絲填料更換費用昂貴，只是在水質(zhì)精度要求很高的場合使用。適用的有發(fā)電鍋爐，高壓鍋爐，目前高梯度電磁除鐵離子設(shè)備使用廠家有重慶煙廠等。

第七種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——磁增益復(fù)合除鐵

磁增益復(fù)合除鐵技術(shù)是一種創(chuàng)新的凝結(jié)水除鐵技術(shù)，磁增益復(fù)合除鐵技術(shù)既具有電磁除鐵設(shè)備對氧化鐵的針對性吸附凝聚效能，又有對懸浮物和膠體的高效率吸附過濾功能，“氧化鐵”微粒是一種具有鐵磁性（Fe3O4）或順磁性（Fe2O3）的物質(zhì)，在磁場中會被磁化而具有磁性，利用凝結(jié)水中所含氧化鐵的物理特性，讓凝結(jié)水流經(jīng)有組織的磁場，使水中氧化鐵被磁化而使其具有較強(qiáng)的相互吸附凝聚性。磁增益復(fù)合除鐵技術(shù)設(shè)備的電、水耗及材料耗費低，除鐵、濾懸浮物效果穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作管理簡單方便。該技術(shù)在運(yùn)行成本、除鐵效果、綜合凈水能力等方面表現(xiàn)突出，使電耗較傳統(tǒng)電磁除鐵設(shè)備下降了85%左右。磁增益復(fù)合除鐵技術(shù)使用廠家有大慶煉化公司動力廠。

以上七種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝都是設(shè)備除鐵離子，雖然設(shè)備除去高溫蒸汽凝結(jié)水中的鐵離子，讓高溫凝結(jié)水鐵離子達(dá)標(biāo)進(jìn)鍋爐平安使用，但是鍋爐用汽系統(tǒng)和冷凝水回收系統(tǒng)的設(shè)備及管網(wǎng)的氧腐蝕和弱碳酸腐蝕還在持續(xù)進(jìn)行，蒸汽鍋爐凝結(jié)水設(shè)備除鐵離子屬于治標(biāo)沒治本。

第八種高溫蒸汽凝結(jié)水除鐵離子工藝——BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑

針對鍋爐用汽系統(tǒng)和冷凝水回收系統(tǒng)的設(shè)備及管網(wǎng)的氧腐蝕和弱碳酸腐蝕,一般采用化學(xué)藥劑法對其進(jìn)行處理?；瘜W(xué)藥劑通過在鍋爐蒸汽出口投加皮膜胺或爐前投加揮發(fā)性氨的方法在回水管線內(nèi)成防腐膜或提高回水的PH值，通常采用BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)，投加北京化工大學(xué)自己產(chǎn)品BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑，來阻止腐蝕的發(fā)生，BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑發(fā)明專 利號:ZL2004100031415，BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑為市場應(yīng)用成熟產(chǎn)品，BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑主要成分：成膜胺、中和胺等。BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑中的中和胺為堿性，既可以中和蒸汽凝結(jié)水中碳酸又為在線監(jiān)測水中藥劑濃度提供依據(jù)。BF-31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑2007年獲發(fā)明二等獎。

北京化工大學(xué) 北京化新通達(dá)清洗技術(shù)有限公司 北京安運(yùn)通源節(jié)約能源環(huán)境保護(hù)科技有限公司（顏輝 經(jīng)理 l86 OO47 5386歡迎咨詢交流）關(guān)于鍋爐蒸汽凝結(jié)水除鐵離子技術(shù)、鍋爐及供熱系統(tǒng)高效防腐阻垢技術(shù)、鍋爐水處理及水質(zhì)自動監(jiān)測控制系統(tǒng)等等,歡迎交流！蒸汽冷凝水除鐵離子回用鍋爐——節(jié)約能源與節(jié)水并行，效率和效益同增。鍋爐蒸汽凝結(jié)水鐵離子超標(biāo)——八種高溫凝結(jié)水除鐵技術(shù)方案。

BF－31T凝結(jié)水系統(tǒng)保護(hù)劑，加入系統(tǒng)后，具有好的氣液相比；會在金屬表面形成單分子層，具有吸附及憎水作用的保護(hù)膜，該膜的分子間隙比CO2 , O2 的截面小，防止了系統(tǒng)氧腐蝕和弱碳酸腐蝕的發(fā)生，從而既確保蒸汽冷凝水鐵離子濃度達(dá)到國標(biāo)GB1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求，又保護(hù)了鍋爐用汽系統(tǒng)和冷凝水回收系統(tǒng)的設(shè)備或管網(wǎng)不再腐蝕、穿孔、泄露，真正實現(xiàn)了標(biāo)本兼治。

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