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工业锅炉有机膦水化学技术研究

曾彬  
【摘要】:锅炉是高耗能特种设备之一,它的安全是国家公共安全的重要组成部分,它的节能降耗是建设资源节约型和环境友好型社会的重要内容。传统的炉内水处理技术以磷酸盐作为阻垢缓蚀剂,但由于其加药量大,药剂中P含量较高,对环境的破坏较大。本论文以有机膦-羟基亚乙基磷酸盐(HEDP)作为锅炉炉水的加药药剂,由于其用量少就能发挥高效的阻垢缓蚀性能,因而可以减小锅炉受热面沉积物结生速率,降低锅炉排污率,提高锅炉运行能效和安全系数,对促进社会安全发展、节约发展、清洁发展具有重要意义。 本文在模拟工业锅炉水质的情况下,对炉水中HEDP的测定方法进行了优化、研究了HEDP的高温解离特性、以及对HEDP的阻垢性能和缓蚀性能进行了研究,得出了以下的一些结论。 HEDP在锅炉炉水中做为阻垢缓蚀剂来使用,首先需要解决的是HEDP的测定问题。但HG/T3537-1999标准方法对HEDP的分析检测繁琐(测定时间一般需要2-3小时),而使用硝酸钍络合滴定来检测HEDP的方法,虽然测定步骤简单,但硝酸钍是一种具有放射性的物质,不仅会给环境带来很大的负担,而且对人体也是有害的。通过改进的分光光度法对HEDP的测定进行研究,测定时间大大的降低(测定可以在20-30分钟之内完成)。此外,探讨了工业锅炉炉水中可能存在的各种离子对测定的影响,从而确定了最佳测定条件(波长470nm,pH小于2,反应时间5分钟,显色时间15分钟)。当炉水中NaCl的含量低于500mg/L;Ca2+浓度小于300mg/L;磷酸盐含量低于20mg/L;SO42-含量在50mg/L内时均不会干扰对HEDP的检测。通过对模拟炉水中的HEDP进行本测定方法的精密度试验,其相对标准偏差在1%以下,该方法具有简单、快速、灵敏、抗干扰等优点。 HEDP在炉水中的稳定性直接影响其阻垢缓蚀性能的发挥,因而研究了有氧、无氧条件以及不同pH条件下HEDP在模拟工业锅炉炉水中的热分解特性,在有氧的条件下,随着温度的升高HEDP的分解率也随之增加,温度140℃HEDP分解加剧,当温度达到160℃后,HEDP几乎完全分解,分解产物主要为磷酸盐化合物。在无氧条件下,HEDP随温度升高也是分解加剧,200℃以上时HEDP会发生较大程度的分解,但相比于有氧条件下HEDP的分解规律,其能耐受的温度较高,由此说明要使HEDP能最好的发其功效,控制炉水中氧含量有非常重要的作用。实验在150℃条件下研究了pH值得变化对HEDP的热分解特性的影响,实验表明,pH值的变化对HEDP的热分解影响不大,在高碱性条件下HEDP能稳定存在。 通过电导法和静态阻垢实验对HEDP的阻垢性能进行了实验,研究表明电导法和静态阻垢法对HEDP的阻垢性能进行评价具有一致性,随着HEDP浓度的增加,阻垢率逐渐增加,但HEDP的阻垢效率是有一定临界值的,增大到一定程度后阻垢率变化就不会很大。溶液中加有5-7mg/L的HEDP能达到较高的阻垢率;此外,其阻垢性能还与溶液的浓缩倍率以及pH值有较大的关系;温度对HEDP的阻垢性能影响较大,随着温度的升高HEDP的阻垢性能也随之降低。在低钙离子浓度和HCO3-浓度条件下,HEDP对碳酸钙垢有较好的抑制效果,高钙离子浓度和HCO3-浓度会抑制HEDP的阻垢性能。 使用电化学交流阻抗法、Tafel极化曲线法以及高压釜挂片实验研究了HEDP在常温条件下对20号碳钢的缓蚀性能。实验表明一定浓度的HEDP(25mg/L)能有效的抑制碳钢的腐蚀,电化学实验和高温挂片实验具有一致的结果;HEDP高压釜挂片实验显示了在工业锅炉运行的温度范围内,20号碳钢在模拟炉水中的氧化速率较溶解速率小,试片表现为失重;虽然加入HEDP无法降低炉水中的Cl-浓度,但加入HEDP后能有效的抑制氯离子直接对金属的腐蚀,从而可以容许炉水中相对较高浓度的氯离子的存在。 通过对模拟炉水中影响HEDP阻垢缓蚀性能的HEDP浓度、炉水中的侵蚀性阴离子、温度等各种因素的试验和分析,全面评价了HEDP的阻垢性能以及对20号碳钢的缓蚀性能,得到了比较合适的条件参数,可以为实际生产提供参考。


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