除鐵過濾技術更迭換代——凝水泛黃、鍋爐水發紅、系統設備及管線腐蝕一步治理一、鍋爐供熱系統水中鐵離子來源鍋爐供熱系統水中鐵

除鐵過濾技術更迭換代——凝水泛黃、鍋爐水發紅、系統設備及管線腐蝕一步治理

一、鍋爐供熱系統水中鐵離子來源

鍋爐供熱系統水中鐵離子通常來源于氧腐蝕或弱酸性腐蝕。鍋爐供熱系統水包括蒸汽鍋爐和熱水鍋爐的爐水、蒸汽凝結水、有換熱器的一二次熱水供暖系統水。以下就以蒸汽鍋爐的爐水和凝結水為例介紹。

（一）爐水和蒸汽凝結水鐵離子來源于氧腐蝕

1、爐水和蒸汽凝結水中氧氣的來源

爐水和蒸汽凝結水中氧氣通常有兩種來源。一種是鍋爐給水系統除氧器效率不高，氧隨鍋爐給水進入爐水中，跟著爐水蒸發進入蒸汽中，又隨蒸汽冷凝進入冷凝水中，最后 隨凝結水回用到鍋爐。另一種是高溫蒸汽冷凝水回收系統大部分為開放式回收系統，空氣中氧氣通過開放的高溫蒸汽冷凝水箱進入凝結水中，從而進入鍋爐系統水中。

2、爐水和蒸汽凝結水氧腐蝕的機理

鍋爐系統設備及管線大都是碳鋼材質，碳鋼腐蝕產物是鐵的氧化物，其反應化學方程式如下：

陽極反應：Fe → Fe2+ + 2e

陰極反應：O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

以上反應的產物Fe2+在水中會與相關物質進一步進行反應，其過程如下：

Fe2+ + 2OH- → Fe (OH)2

4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe (OH)3

Fe (OH)2 + 2Fe (OH)3 → Fe3O4 + 4H2O

3、爐水和蒸汽凝結水換熱系統設備及管線氧腐蝕的特征

爐水和蒸汽凝結水的氧腐蝕屬于潰瘍腐蝕，潰瘍腐蝕發生后在金屬的表面形成一個個鼓包，直徑從1mm～30mm不等，鼓包的表面是黃褐色到磚紅色，由各種鐵金屬氧腐蝕產物組成，去除這些腐蝕產物后，金屬的表面是一個個腐蝕坑。爐水和蒸汽凝結水氧腐蝕一旦形成，就很難終止腐蝕過程的繼續。

（二）、爐水和蒸汽凝結水鐵離子來源于的弱酸性腐蝕

1、爐水和蒸汽凝結水中二氧化碳的來源

現階段，我國鍋爐給水通常采用2種水處理工藝：

第一種鍋爐給水常用處理工藝——樹脂軟化罐生產軟化水。樹脂軟化罐生產軟化水即通過鈉離子交換樹脂的作用，將水中的鈣鎂離子用鈉離子取代，將鍋爐給水軟化。但水中的碳酸氫鹽（HCO3-）沒有去除。當溫度升高時，水中的碳酸氫鹽HCO3-分解成CO2，鍋爐中CO2氣體隨高溫水蒸汽在冷凝回收管線中再次溶解在水中，導致凝結水的PH值下降，呈弱酸性，而酸性凝結水是導致冷凝回水鐵離子超標的主要因素之一。CO2弱酸性腐蝕能造成鍋爐換熱系統設備及高溫蒸汽冷凝水管網壁均勻變薄，從而導致高溫蒸汽冷凝水鐵超標。

碳酸鹽爐內分解的反應方程式為：

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

第二種鍋爐給水常用處理工藝——反滲透裝置生產除鹽水。反滲透裝置生產除鹽水即通過反滲透膜過濾除去水中陰陽離子，除鹽水不含陰陽離子，非常純凈接近純水故緩沖性很差，有試驗表明，1升純水中溶解入1毫克CO2, 純水的PH值由7.0直降至5.5。

2、爐水和蒸汽凝結水弱酸性腐蝕的機理

二氧化碳進入爐水和蒸汽凝結水后形成碳酸（H2CO3）。H2CO3是一種弱酸，二氧化碳腐蝕的陽極反應和陰極反應方程式如下：

陽極反應：Fe → Fe2+ + 2e

陰極反應：2H+ + 2e → H2

二氧化碳造成的弱酸性腐蝕的產物是易溶的，不會沉積在金屬表面，所以二氧化碳腐蝕是均勻腐蝕，其腐蝕的特點就是鍋爐換熱系統設備及高溫蒸汽冷凝水管線金屬壁均勻變薄。

二氧化碳不僅對鋼質換熱系統設備及高溫蒸汽冷凝水管網壁產生腐蝕，同時對金屬銅也會產生腐蝕，當只有二氧化碳時，會對銅管產生脫鋅腐蝕；當二氧化碳和氧同時存在時，對爐水和蒸汽凝結水所接觸金屬面會腐蝕加速。

由于氧腐蝕或弱酸性腐蝕，爐水和高溫蒸汽冷凝水中鐵離子的化學組成通常是各種含水氧化鐵的混合物，當蒸汽冷凝水中鐵離子濃度小于700ug/L時，凝水看起來不顯色；當受含有較多鐵離子的蒸汽冷凝水進入鍋爐受熱濃縮氧化成三價鐵后，爐水的顏色開始泛黃、發紅。鍋爐系統設備及管線腐蝕越嚴重，蒸汽冷凝水和爐水顏色越深，顏色看起來從正常純凈到泛黃、發紅 、血紅、紅褐色、褐色、醬油色，出現由淺到深的變化。

二、爐水和蒸汽凝結水鐵離子的危害

高溫蒸汽凝結水鐵離子進入鍋爐中在鍋爐受熱面和爐管處沉積，形成的氧化鐵水垢，氧化鐵水垢不僅會引起垢下腐蝕發生即坑蝕作用，而且氧化鐵水垢還會讓爐管的傳熱效率大幅降低，鋼的平均導熱系數為50 Kcal/mh·℃，氧化鐵水垢平均導熱系數為0.15Kcal/mh·℃，傳熱效率降幅有300倍之多，氧化鐵水垢聚集在爐管內會引起爐管蠕變，最終引發爆管事故，對鍋爐安全生產運行形成較大的隱患。

三、九種常見的蒸汽凝結水除鐵過濾技術

經過筆者統計發現，當前我國蒸汽凝結水除鐵過濾技術主要有以下九種：

第一種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——常規的除鐵過濾器

常規的除鐵過濾器大多采用錳砂或石英砂作為除鐵的濾料，做成的儲罐式的除鐵過濾器，水通過錳砂或石英砂濾料過濾掉鐵。必須重點提醒的是：錳砂或石英砂過濾技術，在溫度高時，會釋放出少量的硬度雜質，使處理后的水硬度超過鍋爐給水標準，不能直接進入鍋爐。使用錳砂或石英砂常規的除鐵過濾器只適用于地下水和對水質要求低的處理項目中，不適用于高溫凝結水的處理。如果用于高溫水處理，需要先將水溫降低到40-50攝氏度，超過40℃會再次析出硬度，然后在過濾后，再經過離子交換或陽離子樹脂處理，去除硬度。此技術雖然條件限制多，但是成本低，目前各地的一些規模較小的企業還在使用，因為浪費了大量的熱量，使用范圍小。

討論題：某企業凝水泛黃，爐水發紅，為解決問題該企業用錳砂除鐵過濾器+石英砂過濾器組合（見上下圖）給50T/h，70℃的高溫蒸汽凝結水除鐵和降濁度后，泵入除氧器進鍋爐回用。請問這個凝水除鐵工藝合理嗎？同學你有什么好的建議或解決辦法，我們一起討論交流。

第二種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——高溫陰陽樹脂交換

陰陽樹脂交換高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝就是：在中高壓鍋爐中，采用耐高溫的陰陽樹脂，高溫凝結水在回用前，先過樹脂床，將鐵離子或水中殘留的硬度去除。這種方法在鐵離子濃度高時，含量長期高于0.05ppm就會造成樹脂鐵中毒，中毒后的樹脂不能恢復功能。設備投資高，處理費用也高，特別不適合在低壓鍋爐處理中采用。其樹脂對溫度的要求也高，不能高于60度。樹脂膜是比較成熟的技術，但是因為需要控溫過濾，并且長時間處于高限值溫度對膜的損害很大，并非經濟持久的除鐵方式。

第三種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——活性炭復合雙層膜法

活性炭復合雙層膜法主要工藝原理是：利用雙層復合膜過濾冷凝水，同時除去冷凝水中的微量的鐵，達到精細處理的目的。復合膜的主要成分為木質纖維素和活性炭，兩種物質與水配制成一定比例的溶液后，由敷膜泵在過濾器中循環，最終在多孔管件濾元上形成復合膜。正常運行，冷凝水經過復合膜過濾層時，通過機械阻留、吸附、重疊、架橋等過程，將冷凝水中的雜質進行去除，隨著膜吸附的雜質逐漸增多，濾料被壓實、污染，膜兩側的壓降逐漸增大，出水量下降。當壓降達到一定值時，停止運行，進行曝膜，去除多孔濾元上的失效濾料，重新鋪膜后繼續運行。鋪、曝膜周期根據待處理的冷凝水的水質確定，水質較差鋪、曝膜周期就較短，正常情況下，鋪曝膜周期為 5-7 天。 整個處理過程需要通過程序控制完成，當鐵離子≥0.5ppm, 設備不能正常工作。在低壓鍋爐中，鐵離子含量常常≥1ppm。采用該工藝，每小時回收 50 噸冷凝水的設備總投資在 170-250 萬元之間，處理成本為 0.2-0.3元/噸冷凝水。與其它工藝相比該工藝的特點是：處理較為潔凈的冷凝水時，成本較低，如出現冷凝水大量帶油時較短時間內即須重新曝膜，增加處理成本，設備總投資較大。活性炭復合雙層膜法使用廠家有：青島石化、燕山石化等。

第四種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——粉末樹脂除鐵法：

冷凝水粉末樹脂除鐵工藝,采用粉末樹脂覆蓋多孔過濾元除去冷凝水中鐵離子。粉末樹脂覆蓋除鐵原理和運行過程與過濾介質吸附法覆蓋原理相似，不同的是采用粉末樹脂覆蓋在多孔過濾元上，運行過程需要鋪膜曝膜，曝膜周期為 15 天。采用該工藝，每小時回收 50 噸冷凝水的設備總投資在 400-500 萬元之間，處理成本為 0.3 元/噸冷凝水左右。與其它工藝相比該工藝特點是技術先進、設備投資大，冷凝水處理成本高。目前該工藝在國外有較多應用案例，國內使用的廠家有蘭州石化。

第五種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——高溫燒結陶瓷濾料除鐵法

高溫燒結陶瓷濾料除鐵法工藝原理為：待處理的冷凝水通過高溫燒結陶瓷濾料層，除去冷凝水中的鐵。冷凝水進入陶瓷濾料層，燒結陶瓷濾料具有許多細小的微孔，該微孔可以截留較小的三價鐵微粒，隨著雜質被截留的增多，燒結陶瓷濾料兩側的壓差逐漸升高，達到一定值時，停止運行，用壓縮空氣和冷凝水對陶瓷濾料層進行反沖洗，沖洗完成后重新投入使用。采用該工藝，每小時回收 50 噸冷凝水的設備總投資在 170-200 萬元之間，處理成本為0.1 元/噸冷凝水。與其它工藝相比該工藝的特點是設備投資不大，冷凝水處理成本低，但可處理含油量較高的冷凝水，可以耐受換熱器泄漏時高含油冷凝水的沖擊。該工藝的用廠家有北京石化、武漢石化、湖南中煙、百事可樂等。

如何選擇蒸汽凝結水除鐵過濾技術？北京化工大學 北京化新通達清洗技術有限公司 北京安運通源節能環保科技有限公司 顏輝 經理 歡迎各位同學隨時交流！提供給水、爐水、凝水水樣檢測及書面檢測報告服務；提供鍋爐蒸汽冷凝水除鐵離子技術方案，提供鍋爐及供熱系統高效防腐阻垢技術方案，提供蒸汽冷凝水不達標回用到鍋爐解決方案，提供爐水發紅解決方案、凝水發黃及鍋爐爆管解決方案，提供冷凝水硬度超標解決方案。除鐵過濾技術更迭換代——凝水泛黃、鍋爐水發紅、系統設備及管線腐蝕一步治理

第六種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——高梯度電磁除鐵

高梯度電磁除鐵能夠有效去除冷凝水中氧化鐵，但運行成本昂貴，一臺處理量為100t/h的高梯度電磁除鐵器 日耗電達1500度，并且內部的不銹鋼絲填料更換費用昂貴，只是在水質精度要求很高的場合使用。適用的有發電鍋爐，高壓鍋爐，目前高梯度電磁除鐵離子設備使用廠家有重慶煙廠等。

第七種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——磁增益復合除鐵

磁增益復合除鐵技術是一種創新的冷凝水除鐵技術，磁增益復合除鐵技術既具有電磁除鐵設備對氧化鐵的針對性吸附凝聚效能，又有對懸浮物和膠體的高效率吸附過濾功能，“氧化鐵”微粒是一種具有鐵磁性（Fe3O4）或順磁性（Fe2O3）的物質，在磁場中會被磁化而具有磁性，利用冷凝水中所含氧化鐵的物理特性，讓冷凝水流經有組織的磁場，使水中氧化鐵被磁化而使其具有較強的相互吸附凝聚性。磁增益復合除鐵技術設備的電、水耗及材料耗費低，除鐵、濾懸浮物效果穩定，適應性強，操作管理簡單方便。該技術在運行成本、除鐵效果、綜合凈水能力等方面表現突出，使電耗較傳統電磁除鐵設備下降了85%左右。磁增益復合除鐵技術使用廠家有大慶煉化公司動力廠。

第八種蒸汽凝結水除鐵過濾技術——鈦棒濾芯除鐵

用高純鈦或鈦合金不規則粉末加工而成的鈦濾濾芯過濾器，過濾精度：0.2--100um，耐高溫（300℃濕態），耐酸堿腐蝕；壓差低、占地面積小、流量大；易清洗，可在線再生，正常使用壽命3年以上。鈦棒最小過濾精度為0.2um確定了除鐵過濾效果不會太理想，一般用于蒸汽凝結水除鐵粗濾或中間過濾。

以上八種高溫蒸汽冷凝水除鐵離子工藝都是設備除鐵離子，雖然設備除去高溫蒸汽冷凝水中的鐵離子，讓高溫冷凝水鐵離子達標進鍋爐安全使用，但是鍋爐用汽系統和凝結水回收系統的設備及管網的氧腐蝕和弱碳酸腐蝕還在持續進行，蒸汽鍋爐冷凝水設備除鐵離子屬于治標沒治本。

第九種凝結水除鐵過濾升級換代技術——BF-31T冷凝水系統保護劑

針對鍋爐用汽系統和凝結水回收系統的設備及管網的氧腐蝕和弱碳酸腐蝕,一般采用化學藥劑法對其進行處理。化學藥劑通過在鍋爐蒸汽出口投加皮膜胺或爐前投加揮發性氨的方法在回水管線內成防腐膜或提高回水的PH值，通常采用BF-31T冷凝水系統保護技術，投加北京化工大學專.利產品BF-31T冷凝水系統保護劑，來阻止腐蝕的發生。

BF－31T冷凝水系統保護劑，加入系統后，具有最佳氣液相比；BF－31T冷凝水系統保護劑會在鍋爐水的汽相側金屬和液相側金屬表面形成單分子層保護膜，該膜不僅具有吸附及憎水作用，還不影響鍋爐受熱面及爐管和換熱器熱傳導效率。因為該膜的分子間隙比CO2、O2的截面小，防止了系統氧腐蝕和弱碳酸腐蝕的發生，從而既保證蒸汽凝結水鐵離子濃度達到國標GB1576-2008《工業鍋爐水質》要求，從源頭杜絕了鐵離子產生，又能讓發黃的凝結水和紅色的爐水在72小時內顏色回歸正常，保護了鍋爐用汽系統和凝結水回收系統的設備或管網，讓整個鍋爐系統設備和管線不再腐蝕、穿孔、泄露，除去鍋爐系統安全運行隱患，延長設備使用壽命，真正實現了正本清源、標本兼治。

BF-31T冷凝水系統保護劑工藝使用企業有北京華騰化工有限公司，廊坊經濟技術開發區、國家電投集團、黃河水電新能源分公司、新疆聚酯有限公司、大連輪胎廠、北京麗華飯店、北大荒麥芽廠，北京宋莊供熱公司等。

除鐵過濾技術更迭換代——凝水泛黃、鍋爐水發紅、系統設備及管線腐蝕一步治理(顏輝)