鍋爐用有機(jī)膦酸除垢劑實驗研究

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)膦酸除垢劑實驗研究

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)行實驗研究。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時間范圍內(nèi)觀察其對鍋爐垢體的除垢效果。實驗結(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　實驗方案

1.1實驗試劑

實驗試劑包括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實驗配方

采取上述實驗試劑中的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間段內(nèi)的除垢效果。實驗用垢為碳酸鈣垢，重量為15g，其形狀大小較為接近。采用靜態(tài)失重法進(jìn)行實驗，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，逐時取出垢樣吹干稱重，得出去除垢層的質(zhì)量ΔW。

表1　實驗用有機(jī)膦酸除垢劑

2　實驗結(jié)果及其分析

2.1溫度及時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驗用垢有明顯的除垢效果，8小時的去除垢層質(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，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。

從除垢時間上來說，時間越長，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，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）從除垢時間上來說，時間越長，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，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)阻垢性能對比實驗研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2007，1（2）：6～10.

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［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。