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(gè)，一是蒸汽中含有一定量的O2，即鍋爐給水除氧設(shè)備運(yùn)行效果不理想，或運(yùn)行管理不善會(huì)含有一定的O2，含有O2的給水進(jìn)入鍋爐后，O2會(huì)隨著水的蒸發(fā)進(jìn)入水蒸汽中。冷凝水中O2的另一個(gè)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(dāng)水箱液位上升時(shí)，水箱內(nèi)的氣體排入大氣，當(dāng)水箱液位下降時(shí)，水箱外的氣體進(jìn)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(jìn)入冷凝水箱。 氧腐蝕的機(jī)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(yīng)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(huì)與相關(guān)物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，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(xué)組成實(shí)際上并不像其化學(xué)式那么簡(jiǎn)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(yán)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(gè)個(gè)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(gè)個(gè)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(dāng)PH7，金屬的表面會(huì)形成一層致密的保護(hù)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(dāng)溫度升高時(shí)氧的擴(kuò)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(zhì)的擴(kuò)散速度加大，氧氣

4、擴(kuò)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(shù)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(dāng)溫度升高時(shí)，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(dǎo)致冷凝水的PH值下降，呈酸性，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。嚴(yán)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(zhì)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(bǔ)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(yīng)方程式為：2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O 酸腐蝕的機(jī)理CO2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(huì)使PH值有較大的下降。當(dāng)純水中CO2為1mg/L時(shí)，純水的PH值由7.0降至5.5。同時(shí)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。CO2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 Fe

6、2+ + 2e 陰極反應(yīng)：2H+ + 2e H2 CO2腐蝕的腐蝕產(chǎn)物是易溶的，不會(huì)沉積在金屬表面，所以CO2腐蝕是均勻腐蝕，不會(huì)形成保護(hù)膜。CO2不僅對(duì)鐵產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)對(duì)金屬銅也會(huì)產(chǎn)生腐蝕，當(dāng)只有CO2時(shí)，會(huì)對(duì)銅管產(chǎn)生脫鋅腐蝕；當(dāng)CO2和O2同時(shí)存在時(shí)，對(duì)銅管中的金屬銅也會(huì)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(duì)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(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)熱交換器中進(jìn)汽中的CO2濃度為8mg/L時(shí)，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(xué)藥劑法對(duì)其進(jìn)行處理?；瘜W(xué)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(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)于蒸汽用途復(fù)雜的工廠或食品，藥品等現(xiàn)場(chǎng)，這種處理常常達(dá)不到預(yù)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(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。蒸汽在用汽設(shè)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(zhì)的熱源給水，具有很高的熱值和軟水價(jià)值

8、，如果對(duì)其充分地回收利用，則將大大降低軟化水費(fèi)用、燃料的消耗量和企業(yè)排污費(fèi)用。因此，在能源日益緊缺的今天對(duì)冷凝水進(jìn)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(yán)重的能源浪費(fèi)，而且還污染環(huán)境。究其原因，主要是鍋爐冷凝水在運(yùn)用的過程中因?yàn)樗写嬖诘难鯕夂投趸荚斐闪搜醺g和酸性腐蝕而使鍋爐冷凝水中的鐵含量超標(biāo)。含量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)生鐵垢，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。因此，解決鍋爐冷凝水回收系統(tǒng)中鐵含量超標(biāo)的問題，冷凝水才能回收利用，達(dá)到最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)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(dāng)水在鍋爐中被加熱，轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)水是飽和的高溫軟化水，其熱能價(jià)值占蒸汽熱能價(jià)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(jié)水作鍋爐給水具有以下特殊的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性：、減少鍋爐補(bǔ)給水量、節(jié)約用水和運(yùn)行費(fèi)用工業(yè)鍋爐的補(bǔ)給水一般采用鈉離子交換軟化處理，對(duì)于堿度較高的原水還需采用軟化-降堿處理?；厥照羝Y(jié)水作鍋爐給水，就可以減少補(bǔ)給水處理量，不但能節(jié)約大量用水，而且降低水處理運(yùn)行費(fèi)用。此外，將蒸汽凝結(jié)水回

10、收作鍋爐給水，還可縮小或簡(jiǎn)化補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，節(jié)能投資，尤其對(duì)堿度較高的原水，當(dāng)凝結(jié)水回收率較大時(shí)，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(zhì)，降低鍋爐排污率在鍋爐運(yùn)行中，一方面為了保持蒸汽品質(zhì)良好，防止受熱面結(jié)垢，必須對(duì)鍋爐進(jìn)行適當(dāng)?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(dāng)鍋水中允許的雜質(zhì)含量確定后應(yīng)控制的鍋爐排污率大小取決于給水中的雜質(zhì)含量。在正常情況下，蒸汽凝結(jié)水相當(dāng)于純凈水，雜質(zhì)含量極低。對(duì)于工業(yè)鍋爐來說，當(dāng)凝結(jié)水回收作給水時(shí)，回收率越高，給水品質(zhì)就越好，一般雜質(zhì)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(jié)水的溫度都較高，在適當(dāng)?shù)谋卮胧┫?，回水的溫度可達(dá)7095，而補(bǔ)給水的水溫只有535，兩者溫差可達(dá)60以上。因此，用凝結(jié)水作給水就可大量節(jié)約能源，減少燃料費(fèi)用，尤其對(duì)于燃油、燃?xì)忮仩t來說，可獲得的經(jīng)濟(jì)效益更為顯著；、降低給水溶解氧含量，減少氧腐蝕利用凝結(jié)水作給水，不但提高了水溫，而且凝結(jié)水中的溶解氧含量較低，可確保給水余氧含量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水中氧含量與溫度、壓力的關(guān)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(jià)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(jià)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(jià)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(shí)水會(huì)變渾濁，超過1mg/L時(shí)，水就會(huì)有鐵腥味。在生活中使用含過量鐵的水，洗滌的衣物上會(huì)生成銹色斑點(diǎn)，影響人們的生活質(zhì)量。冷凝水中含鐵量也是工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中給水的一個(gè)重要指標(biāo)。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(fèi)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(bǔ)給水含鐵量過高的話，會(huì)導(dǎo)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(yùn)行。因此，鍋爐給水要嚴(yán)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)之后才能回用。國家工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1576-2008項(xiàng)目額定蒸汽壓力/MpaP1.01.0<P1.61.6<P2.52.5<P3.8補(bǔ)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）0.0300.0300.0300.0300.0300.0305.0×10-35.0×10-3PH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.

14、100.100.100.0500.0500.0500.0500.050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(dǎo)率（25）（µ/cm） 5.5×1021.1×1025.0×1021.0×1023.5×10280.0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

15、.04.0-16.06.04.0-12.05.010.03.0有過熱器 10.06.08.05.010.03.0PH值（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4.0×1034.0×1033.5×1033.5×1033.0×1033.0×1032.5×1032.5×103有過熱器 3.5×1033.5×1032.5×1032.5×1032.

16、0×1032.0×103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) 10.0-30.010.0-30.010.0-30.010.0-30.05.0-10.05.0-10.0相對(duì)堿度<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20<0.20國家鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)為：鐵離子0.3mg/L；濁度5度。四、鍋爐冷凝水回收的經(jīng)濟(jì)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(yù)估量），冷凝水溫度（8

17、0-90），計(jì)算按每年（300天）凝結(jié)水回收后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)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(shí)還增加了污水處理的費(fèi)用。（2）、改造措施：在凝結(jié)水回收箱后添加凝結(jié)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用。2、回收效益計(jì)算（1）數(shù)據(jù)采用凝結(jié)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(jià)格749元/t（合同價(jià)）；水費(fèi)：清水價(jià)格1.5元/t，軟水處理費(fèi)用：1.5元/t；計(jì)算天數(shù)300天。（2）

18、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(fèi)用、加清水降溫費(fèi)用及污水處理的費(fèi)用，同時(shí)還節(jié)約了清水，節(jié)約費(fèi)用明細(xì)見下表：冷凝水回收水的效益節(jié)約項(xiàng)價(jià)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183600t/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(jià)格初按1.5元/t計(jì)。183600t清水處理成軟水的年成本1.5元/t275400含電耗、化學(xué)

19、試劑、人工、化驗(yàn)、石英砂和過濾樹脂損耗等費(fèi)用（不含清水費(fèi)）冷凝水排入污水前加清水降溫的費(fèi)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(jìn)行計(jì)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/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(jià)+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(fèi)用合計(jì)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

20、熱量的效益按每小時(shí)回收25t/h冷凝水，溫度852065（水的比熱為1），即按65Kcal/kg計(jì)算。每小時(shí)回收熱量：25×1000×651625000 Kcal/h；每天回收熱量：1625000×2439000000Kcal/d；每年回收熱量：39000000×30011700000000 Kcal/年；換算為原煤用量：11700000000÷45002600000 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