鍋爐冷凝水鐵的來源及回收利用效益分析

1、鍋爐冷凝水鐵的來源及回收利用效益分析一、概述蒸汽冷凝水鐵的來源：1)冷凝水的氧腐蝕冷凝水中氧氣的來源冷凝水中O2的來源有二個，一是蒸汽中含有一定量的O2，即鍋爐給水除氧設備運行效果不理想，或運行管理不善會含有一定的O2，含有O2的給水進入鍋爐后，O2會隨著水的蒸發(fā)進入水蒸汽中。冷凝水中O2的另一個來源是在其輸送過程中溶入空氣中的氧氣。確切地說，工廠生產(chǎn)中的冷凝水回收系統(tǒng)大部分為開式系統(tǒng)，冷凝水箱有一呼吸孔直通大氣；當水箱液位上升時，水箱內(nèi)的氣體排入大氣，當水箱液位下降時，水箱外的氣體進入水箱內(nèi)，由于水箱內(nèi)的氣體中O2的濃度與水箱外空氣中O2的濃度存在較大的濃度差，隨著冷凝水箱的呼吸，大氣中氧氣

2、不斷進入冷凝水箱。 氧腐蝕的機理冷凝水的輸送管道一般是鋼制管材，其腐蝕產(chǎn)物是鐵的氧化物，其反應方程式如下：陽極反應：Fe Fe2+ + 2e 陰極反應：O2 + 2H2O + 4e 4OH- 以上反應的產(chǎn)物Fe2+在水中會與相關物質進一步進行反應，其過程：Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3 Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 Fe3O4 + 4H2O 冷凝水中鐵的化學組成實際上并不像其化學式那么簡單，常常是各種含水氧化鐵的混合物，受污染的冷凝水的顏色是紅褐色，且腐蝕越嚴重，顏色越深 。氧腐蝕的特征冷凝水的氧腐蝕屬于潰瘍腐蝕，腐蝕

3、發(fā)生后在金屬的表面形成一個個鼓包，直徑從1mm30mm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。冷凝水氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續(xù)。氧腐蝕的影響因素氧腐蝕的影響因素很多，影響冷凝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：冷凝水中O2的濃度越大，氧腐蝕的速度越大。但當PH7，金屬的表面會形成一層致密的保護膜，阻礙氧腐蝕的繼續(xù)。溫度：溫度越高，氧腐蝕的速度越快。當溫度升高時氧的擴散速度快，氧腐蝕的速度也快。 水流速度：水流速度越大，水中各物質的擴散速度加大，氧氣

4、擴散到金屬表面的速度增加，從而加快氧腐蝕。2)冷凝水的酸腐蝕在低壓鍋爐中，鍋爐給水采用的是軟化水，軟化技術是通過樹脂的作用，將水中的鈣鎂離子用鈉離子取代。但水中的碳酸氫鹽（HCO3-）沒有去除。當溫度升高時，水中的HCO3-分解成CO2 ，CO2氣體隨水蒸汽在冷凝回收管線中再次溶解在水中，導致冷凝水的PH值下降，呈酸性，而酸性冷凝水是導致冷凝回水鐵離子超標的主要因素。嚴重的情況下，冷凝水發(fā)紅甚至呈醬油色。冷凝水中的酸性物質H2CO3，H2CO3分解為H+和HCO3-。CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 = H+ + HCO3- CO2的來源冷凝水中的CO2主要來源于蒸汽，蒸汽中的C

5、O2氣體的主要來源是蒸汽鍋爐補給水中游離CO2和碳酸鹽類在爐內(nèi)受熱分解。碳酸鹽爐內(nèi)分解的反應方程式為：2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O 酸腐蝕的機理CO2進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。當純水中CO2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，反應向右進行，不斷電離出H+供腐蝕反應使用，直至H2CO3消耗完畢。CO2腐蝕的陽極反應和陰極反應方程式如下：陽極反應：Fe Fe

6、2+ + 2e 陰極反應：2H+ + 2e H2 CO2腐蝕的腐蝕產(chǎn)物是易溶的，不會沉積在金屬表面，所以CO2腐蝕是均勻腐蝕，不會形成保護膜。CO2不僅對鐵產(chǎn)生腐蝕，同時對金屬銅也會產(chǎn)生腐蝕，當只有CO2時，會對銅管產(chǎn)生脫鋅腐蝕；當CO2和O2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，CO2對銅管的腐蝕主要發(fā)生在蒸汽冷凝水（疏水）液面上方的銅管表面， 實驗表明：當熱交換器中進汽中的CO2濃度為8mg/L時，疏水上方的銅管水膜中CO2的含量為500600mg/L。冷凝水的酸性，通常采用化學藥劑法對其進行處理?；瘜W藥劑通過在

7、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，來阻止腐蝕的發(fā)生，保證冷凝水鐵離子濃度達到回用標準。但這種方法只適用于蒸汽用途單一，管道不長的飯店和采暖系統(tǒng)。對于蒸汽用途復雜的工廠或食品，藥品等現(xiàn)場，這種處理常常達不到預想的處理效果。另外，在有些食品和煙草生產(chǎn)中蒸汽是直接與物料接觸的，不允許在蒸汽中加入藥劑。所以說，用藥劑改善回水系統(tǒng)的腐蝕是有局限性的。蒸汽作為一種熱源載體，在石油、化工、造紙等工業(yè)領域得到廣泛的運用。蒸汽在用汽設備中放出潛熱之后變成飽和冷凝水，其所具有的熱量占到了蒸汽全部熱量的20%30%。冷凝水是優(yōu)質的熱源給水，具有很高的熱值和軟水價值

8、，如果對其充分地回收利用，則將大大降低軟化水費用、燃料的消耗量和企業(yè)排污費用。因此，在能源日益緊缺的今天對冷凝水進行回收和利用，具有很大的節(jié)能潛力，冷凝水的最大化利用是節(jié)能節(jié)水的一種有效措施。目前，我公司的鍋爐冷凝水是經(jīng)過加清水降溫后直接排放到污水處理廠，不僅造成了嚴重的能源浪費，而且還污染環(huán)境。究其原因，主要是鍋爐冷凝水在運用的過程中因為水中存在的氧氣和二氧化碳造成了氧腐蝕和酸性腐蝕而使鍋爐冷凝水中的鐵含量超標。含量超標會導致鍋爐結生鐵垢，嚴重影響鍋爐的安全運行。因此，解決鍋爐冷凝水回收系統(tǒng)中鐵含量超標的問題，冷凝水才能回收利用，達到最優(yōu)化的經(jīng)濟效益。二、鍋爐冷凝水回收的意義冷凝水是蒸汽鍋爐

9、的產(chǎn)物，當水在鍋爐中被加熱，轉變?yōu)檎羝?。蒸汽在使用后降溫在變相為水，徑冷凝水管道回收。蒸汽的熱能由顯熱和潛熱兩部分組成，通常用汽設備只利用蒸汽的潛熱和少量的顯熱，釋放潛熱和少量的顯熱后的蒸汽還原成高溫的凝結水是飽和的高溫軟化水，其熱能價值占蒸汽熱能價值的25%左右，而且也是潔凈的蒸餾水，適合重新作為鍋爐給水?；厥照羝Y水作鍋爐給水具有以下特殊的優(yōu)點和經(jīng)濟性：、減少鍋爐補給水量、節(jié)約用水和運行費用工業(yè)鍋爐的補給水一般采用鈉離子交換軟化處理，對于堿度較高的原水還需采用軟化-降堿處理。回收蒸汽凝結水作鍋爐給水，就可以減少補給水處理量，不但能節(jié)約大量用水，而且降低水處理運行費用。此外，將蒸汽凝結水回

10、收作鍋爐給水，還可縮小或簡化補給水處理系統(tǒng)，節(jié)能投資，尤其對堿度較高的原水，當凝結水回收率較大時，有的可省去降堿處理的氫離交換系統(tǒng)，這可使投資減少約50%左右；、提高給水品質，降低鍋爐排污率在鍋爐運行中，一方面為了保持蒸汽品質良好，防止受熱面結垢，必須對鍋爐進行適當?shù)呐盼?。另一方面，鍋爐排污越多，造成熱能、給水和藥劑的損失就越多。因此，當鍋水中允許的雜質含量確定后應控制的鍋爐排污率大小取決于給水中的雜質含量。在正常情況下，蒸汽凝結水相當于純凈水，雜質含量極低。對于工業(yè)鍋爐來說，當凝結水回收作給水時，回收率越高，給水品質就越好，一般雜質含量可降低510倍，由此可大大降低鍋爐排污率；、提高給水溫度

11、，降低燃料消耗一般蒸汽凝結水的溫度都較高，在適當?shù)谋卮胧┫?，回水的溫度可達7095，而補給水的水溫只有535，兩者溫差可達60以上。因此，用凝結水作給水就可大量節(jié)約能源，減少燃料費用，尤其對于燃油、燃氣鍋爐來說，可獲得的經(jīng)濟效益更為顯著；、降低給水溶解氧含量，減少氧腐蝕利用凝結水作給水，不但提高了水溫，而且凝結水中的溶解氧含量較低，可確保給水余氧含量達到合格標準。根據(jù)水中氧含量與溫度、壓力的關系，在常壓下，水溫升高60，含氧量可降低66%80%，可顯著減少鍋爐的氧腐蝕。三、鍋爐冷凝水的除鐵水中鐵的危害地下水中的鐵一般是二價鐵的存在，從地層水中抽出來的含鐵水比較清，但是由于二價鐵在水中的溶解度

12、較大，與空氣接觸被空氣中的氧氣氧化生成難溶于水的三價鐵的氫氧化物從水中析出。一般的，水中鐵含量大于0.3mg/L時水會變渾濁，超過1mg/L時，水就會有鐵腥味。在生活中使用含過量鐵的水，洗滌的衣物上會生成銹色斑點，影響人們的生活質量。冷凝水中含鐵量也是工業(yè)鍋爐水質標準中給水的一個重要指標。很大一部分鍋爐冷凝水因不符合鍋爐給水要求，含鐵量過高而被直接排放，不僅使能源白白浪費還造成了一定的環(huán)境污染。造成這一現(xiàn)象的原因是，如果鍋爐使用的補給水含鐵量過高的話，會導致鍋爐受熱面爐管產(chǎn)生氧化鐵垢，使鍋爐的傳熱性能降低，爐管壁溫過高而引起爐管鼓包爆管，威脅鍋爐的安全運行。因此，鍋爐給水要嚴格控制，鍋爐冷凝水

13、一定要經(jīng)過除鐵處理，使鍋爐給水達到標準之后才能回用。國家工業(yè)鍋爐水質標準 GB/T 1576-2008項目額定蒸汽壓力/MpaP1.01.0P1.61.6P2.52.5P3.8補給水類型軟化水除鹽水軟化水除鹽水軟化水除鹽水軟化水除鹽水給水濁度/FTU5.02.05.02.05.02.05.02.0硬度/（mmol/L）0.0300.0300.0300.0300.0300.0305.010-35.010-3PH值（25）7.09.08.0-9.57.0-9.08.0-9.57.0-9.08.0-9.57.5-9.08.0-9.5溶解氧（mgL）0.100.100.100.0500.0500.05

14、00.0500.050油（mgL）2.02.02.02.02.02.02.02.0全鐵（mgL）0.300.300.300.300.300.100.100.10電導率（25）（/cm） 5.51021.11025.01021.01023.510280.0鍋水全堿度(mmol/L)無過熱器6.0-26.010.06.0-24.0110.06.0-16.08.012.04.0有過熱器 14.010.012.08.012.04.0酚酞堿度/(mmol/L)無過熱器4.0-18.06.04.0-16.06.04.0-12.05.010.03.0有過熱器 10.06.08.05.010.03.0PH值（

15、25）10.0-12.010.0-12.010.0-12.010.0-12.010.0-12.010.0-12.09.0-12.09.0-11.0溶解固形物/(mg/L)無過熱器4.01034.01033.51033.51033.01033.01032.51032.5103有過熱器 3.51033.51032.51032.51032.01032.0103磷酸根/（mg/L） 10.0-30.010.0-30.010.0-30.010.0-30.05.0-20.05.0-20.0亞硫酸根/(mg/L) 10.0-30.010.0-30.010.0-30.010.0-30.05.0-10.05.0

16、-10.0相對堿度0.200.200.200.200.200.200.200.20國家鍋爐給水標準為：鐵離子0.3mg/L；濁度5度。四、鍋爐冷凝水回收的經(jīng)濟效益1、概述我公司產(chǎn)生冷凝水25 T/h（原料整理車間建成使用后的預估量），冷凝水溫度（80-90），計算按每年（300天）凝結水回收后產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。（1）、現(xiàn)狀：用于工藝熱源的蒸汽經(jīng)汽-水熱交換器交換后冷凝水沒有回收利用，而是加清水降溫后排入污水處理廠，即白白的損失了冷凝水的熱量，也損失了寶貴的水資源，同時還增加了污水處理的費用。（2）、改造措施：在凝結水回收箱后添加凝結水凈化裝置，將冷凝水回收，經(jīng)除鐵過濾處理后，回收的冷凝水供鍋爐使

17、用。2、回收效益計算（1）數(shù)據(jù)采用凝結水回收量：25t/h；回水平均溫度：85；清水溫度：20；鍋爐燃料：原煤，熱值4500Kcal/kg，價格749元/t（合同價）；水費：清水價格1.5元/t，軟水處理費用：1.5元/t；計算天數(shù)300天。（2）冷凝水回收水的效益每天回收冷凝水：25t/h x 24h =600t/d；每年回收冷凝水：600t/d x 300d = 180000t/年；回收的水無需做軟化水處理，供鍋爐使用，減少了軟化水的費用、加清水降溫費用及污水處理的費用，同時還節(jié)約了清水，節(jié)約費用明細見下表：冷凝水回收水的效益節(jié)約項價格每年節(jié)約成本（元/年）備注可直接節(jié)約處理軟水消耗的18

18、3600t/年的清水天成本1.5元/t275400（1）1.02清水可處理得1t軟水；（2）河水1.3元/t，加上處理成本及河水處理過程中的水損耗，清水價格初按1.5元/t計。183600t清水處理成軟水的年成本1.5元/t275400含電耗、化學試劑、人工、化驗、石英砂和過濾樹脂損耗等費用（不含清水費）冷凝水排入污水前加清水降溫的費用（85的180000t冷凝水需加20的清水470000t降溫至38）1.5元/t705000該冷凝水需加清水量根據(jù)熱平衡進行計算：Q吸=Q放，即：C*m冷*t冷=C*m熱*t熱，m冷=180000*（85-38）/（38-20）=470000t。180000t/

19、年冷凝水+470000t/年清水排到污水處理廠的處理成本0.97元/t合同價+1元/t加堿成本1280500根據(jù)加堿成本核算，每噸污水加堿調(diào)pH成本約1元以上費用合計2536300從上表看出，冷凝水回收水的年效益為2536300元。（3）冷凝水回收熱量的效益按每小時回收25t/h冷凝水，溫度852065（水的比熱為1），即按65Kcal/kg計算。每小時回收熱量：251000651625000 Kcal/h；每天回收熱量：16250002439000000Kcal/d；每年回收熱量：3900000030011700000000 Kcal/年；換算為原煤用量：1170000000045002600000 Kg2600t；所以冷凝水回收熱量的年效益為：2600t 749元/t1947400元。（4）冷凝水回收的年總效益年總效益回收水的年效益回收熱量的年效益2536300元1947400元4483700元五、鍋爐冷凝水除鐵的技術