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        鍋爐用有機(jī)膦酸除垢劑實(shí)驗(yàn)研究

        2015-11-01 02:28:12張育彬陳觀生
        發(fā)電技術(shù) 2015年4期
        關(guān)鍵詞:效果實(shí)驗(yàn)質(zhì)量

        張育彬,陳觀生

        (1.中山市潤興節(jié)能科技有限公司,廣東中山528445;2.廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院,廣東廣州510006)

        鍋爐用有機(jī)膦酸除垢劑實(shí)驗(yàn)研究

        張育彬1,陳觀生2

        (1.中山市潤興節(jié)能科技有限公司,廣東中山528445;2.廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院,廣東廣州510006)

        對有機(jī)膦酸除垢劑的除垢性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。除垢劑由HEDP、HPMA、ATMP及PAA等有機(jī)膦酸中的2~3種復(fù)配而成,在50~90℃溫度及8 h時(shí)間范圍內(nèi)觀察其對鍋爐垢體的除垢效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,除垢效果最好的除垢劑組合是HEDP+HPMA+ATMP,其質(zhì)量配比為3g∶10g∶6g(水的質(zhì)量為150g),適宜的工作溫度為70℃。

        鍋爐;有機(jī)膦酸;除垢劑

        0 引言

        電廠鍋爐經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行,不可避免地會出現(xiàn)水垢。鍋爐形成水垢的主要原因是給水中帶有硬度成份,經(jīng)過高溫、高壓的不斷蒸發(fā)濃縮以后,在爐內(nèi)發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng),最終在受熱面上形成堅(jiān)硬、致密的水垢層[1,2]。水垢是鍋爐的“百害之首”,是引起鍋爐事故的主要原因,其危害性主要表現(xiàn)在:1)增加燃料消耗;2)燒損鍋爐管道;3)降低使用壽命;4)增加檢修費(fèi)用[3,4]。因此,鍋爐結(jié)垢后,需及時(shí)進(jìn)行處理,清除爐內(nèi)水垢。

        目前鍋爐除垢大多采用化學(xué)酸洗,然后再中和、鈍化,清水沖洗的方式,常用的試劑有鹽酸、氫氟酸、檸檬酸等[5,6]。這些酸洗除垢劑雖然除垢效果較好,但是容易腐蝕金屬,對設(shè)備造成損壞。所以本文采用一些新型的、對金屬腐蝕性小的有機(jī)膦酸除垢劑,如HEDP、HPMA、ATMP及PAA等,研究這些有機(jī)膦酸除垢劑的復(fù)配組合及其配比,在不同溫度下的除垢效果。

        1 實(shí)驗(yàn)方案

        1.1實(shí)驗(yàn)試劑

        實(shí)驗(yàn)試劑包括HEDP、HPMA、PAA及ATMP。HEDP又稱羥基乙叉二膦酸,是一種有機(jī)膦酸類阻垢緩蝕劑,能與鐵、銅、鋅等多種金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,能溶解金屬表面的氧化物。HPMA又稱聚馬來酸,是一種低分子量聚電解質(zhì),無毒,易溶于水,具有良好的緩蝕及抑制水垢生成的作用。PAA又稱聚丙烯酸,作為一種常用的分散劑,用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)阻垢分散劑使用,它對碳酸鈣垢、硫酸鹽垢、磷酸鈣垢等具有優(yōu)良的阻垢分散作用。ATMP又稱氨基三亞甲基膦酸,具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸變作用,可阻止水中成垢鹽類形成水垢,特別是碳酸鈣垢的形成。

        1.2實(shí)驗(yàn)配方

        采取上述實(shí)驗(yàn)試劑中的2~3種復(fù)配配方來獲得所需的有機(jī)膦酸除垢劑,具體配方見表1。所采用的除垢方式是浸泡式,除垢溫度分別為50~90℃,除垢時(shí)間最長為8h,測量其除垢前與除垢后的質(zhì)量之差ΔW,研究這三種配方在不同溫度時(shí)間段內(nèi)的除垢效果。實(shí)驗(yàn)用垢為碳酸鈣垢,重量為15g,其形狀大小較為接近。采用靜態(tài)失重法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),即將垢樣分別置于不同除垢劑中,用恒溫水浴維持其溫度恒定,逐時(shí)取出垢樣吹干稱重,得出去除垢層的質(zhì)量ΔW。

        表1 實(shí)驗(yàn)用有機(jī)膦酸除垢劑

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

        2.1溫度及時(shí)間對除垢效果的影響

        圖1~圖3是1#、3#及5#除垢劑在分別在50℃、60℃、70℃、80℃及90℃的煮爐溫度下去除垢層的質(zhì)量ΔW隨時(shí)間的變化關(guān)系。

        從圖1~圖3可以看出,1#、3#及5#這三種除垢劑均對實(shí)驗(yàn)用垢有明顯的除垢效果,8小時(shí)的去除垢層質(zhì)量最多可達(dá)到4.1g(5#除垢劑、90℃),最少的也可達(dá)到1.5g(1#除垢劑、50℃)。

        圖1 1#除垢劑除垢效果

        三種除垢劑的煮爐溫度對除垢效果有明顯的影響。煮爐溫度越高,去垢質(zhì)量越大,尤其是在50℃~70℃的溫度區(qū)間;當(dāng)煮爐溫度超過70℃時(shí),溫度繼續(xù)升高對去垢質(zhì)量增加的影響趨于減弱,即在80℃及90℃的煮爐溫度下去垢質(zhì)量比70℃時(shí)增加的并不太多,因此從節(jié)能的角度出發(fā),煮爐溫度選取70℃比較合理。

        從除垢時(shí)間上來說,時(shí)間越長,去垢質(zhì)量越大;但在前4h,去垢質(zhì)量增加較為明顯和穩(wěn)定,而在后4h,去垢質(zhì)量的增加則較為緩慢;尤其是當(dāng)煮爐超過6h后,曲線大多趨于平緩,去垢質(zhì)量的增加較少。因此,煮爐時(shí)間定于4~6h比較合理。

        圖2 3#除垢劑除垢效果

        圖3 5#除垢劑除垢效果

        2.2成分及配比對除垢效果的影響

        從圖1~圖3還可以得出除垢劑成分對除垢效果的影響。1#除垢劑的成分組合是HEDP+HPMA,3#除垢劑是HEDP+HPMA+PAA,5#則是HEDP+HPMA+ATMP,3#除垢劑是在1#除垢劑的基礎(chǔ)上增加PAA,5#除垢劑是在1#除垢劑的基礎(chǔ)上增加ATMP。由于圖2中3#除垢劑去垢質(zhì)量比圖1中1#除垢劑去垢質(zhì)量增加不多,普遍只有零點(diǎn)幾克,因此可以判定PAA成分對除垢效果的影響比較有限;而圖3中5#除垢劑去垢質(zhì)量比圖1中1#除垢劑去垢質(zhì)量增加較大,普遍達(dá)到2g以上,因此可以判定ATMP成分對除垢效果的影響較大,該配方應(yīng)成為此類除垢劑的首選。

        圖4 1#vs 2#除垢劑除垢效果

        圖5 3#vs 4#除垢劑除垢效果

        圖6 5#vs 6#除垢劑除垢效果

        圖4~圖6分別是在70℃煮爐溫度下相同除垢劑成分的不同配比對除垢效果影響的情況。從圖4可知,在HEDP+HPMA的除垢劑組合中,增加HEDP的配比有助于加強(qiáng)除垢效果,去垢質(zhì)量最多可增加0.3g左右;從圖5可知,在HEDP+HPMA+PAA的除垢劑組合中,增加PAA的配比對除垢效果的增強(qiáng)非常有限,去垢質(zhì)量的增加量小于0.1g,這與前面PAA成分對除垢效果的影響比較有限的結(jié)論也是吻合的;從圖6可知,在HEDP+HPMA+ATMP的除垢劑組合中,增加ATMP的配比有助于加強(qiáng)除垢效果,去垢質(zhì)量最多可增加近1g。

        3 結(jié)語

        (1)采用HEDP、HPMA、PAA及ATMP中的兩到三種復(fù)配組合得到的有機(jī)膦酸除垢劑對鍋爐碳酸鈣垢有明顯的除垢作用,其中尤以HEDP+HPMA+PAA的除垢劑組合效果最好;

        (2)在50~90℃的煮爐溫度區(qū)間,溫度越高去垢效果越好;但是當(dāng)溫度超過70℃時(shí),溫度繼續(xù)升高對去垢質(zhì)量增加的影響趨于減弱,因此建議煮爐溫度選取70℃比較合理;

        (3)從除垢時(shí)間上來說,時(shí)間越長,去垢質(zhì)量越多;但是當(dāng)超過6h后,去垢質(zhì)量增加趨于平緩,因此煮爐時(shí)間定為4~6h較為適宜。

        [1]唐海麗.工業(yè)鍋爐結(jié)垢原因與解決對策分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012,(09):91,92.

        [2]姜波,王冬梅,張洪博,等.電廠鍋爐復(fù)合有機(jī)化學(xué)清洗探析[J].清洗世界,2014,30(2):4~7,36.

        [3]徐華山,任玉芬,賀玉曉.常用有機(jī)膦酸鹽靜態(tài)阻垢性能對比實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2007,1(2):6~10.

        [4]袁長征,吳仕宏.鍋爐除垢鈍化混合清洗液的研究及應(yīng)用[J].清洗世界,2004,20(4):7~13.

        [5]王曉玲,韓旭,呂慶春.HEDP/HPMA/PAA三元阻垢劑在熱法海水淡化中的阻垢性能[J].現(xiàn)代化工,2010,30(02):160~164.

        [6]李珊,周賢玉.兩種除垢液對紫銅和碳鋼的腐蝕作用研究[J].腐蝕與防護(hù),2004,25(5):189,190,195.

        Experiment Research of Organic Phosphate Detergent for Boiler

        ZHANG Yu-bin1,CHEN Guan-sheng2
        (1.Runxing Energy Saving Co.,Ltd,Zhongshan 528445,China;2.School of Material&Energy,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)

        The cleaning performance of organic phosphate detergent was researched through experiment in the paper. The organic phosphate detergent was composed of 2~3 kinds of organic phosphonic acid such as HEDP,HPMA,ATMP and PAA,and the descaling effect on boiler scale was observed within 8 hours at 50℃to 90℃temperature.Experimental results showed that the descaling effect of combination HEDP+HPMA+ATMP is the best formula which quality ratio is 3g∶10g∶6g(150g water),the proper working temperature is 70℃.

        Organic Phosphate;Detergent;Boile

        10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.009

        TM621.8

        B

        2095-3429(2015)04-0033-03

        2015-07-17

        修回日期:2015-08-20

        張育彬(1978-),男,廣東潮州人,大專,工程師,主要從事電廠鍋爐除垢技術(shù)研究。

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