八種高溫凝結水除鐵技術方案

鍋爐蒸汽冷凝水接近蒸餾水，冷凝水的含鹽量遠低於軟化水，重復循環使用可以使鍋水的濃縮過程延長，回收合格的蒸汽冷凝水可以改善鍋爐的運行工況，減少鍋爐排污以及排污熱的損失，提高鍋爐補水的溫度，減少軟化水的生產；與此同時鍋爐蒸汽冷凝水蘊含有大量的熱能，蒸汽冷凝水回收再利用價值為20-30元/噸，年節能效益非常可觀，回收蒸汽冷凝水作為鍋爐補水是鍋爐節水節能的最佳措施，得到瞭很多企業的重視。

高溫蒸汽冷凝水回收利用有很多好處，但是大部分企業對於冷凝水回收過程因隱性腐蝕造成的鐵超標大多視而不見，往往水質出現瞭明顯的問題才想起來處理；更有甚者，蒸汽冷凝水出現紅水，鍋爐水出現紅水等問題也不管，就是腐蝕、穿孔、泄漏也沒關系，隻要不是爆管等影響鍋爐運行、安全生產營運的事故，企業相關領導就一個態度：小車不到隻管推。

筆者親歷北方某煤礦企業鍋爐房4臺15噸蒸汽鍋爐三用一備，，凝水發紅，爐水也發紅不處理，平均每年冬季都有1-2次鍋爐爆管事故發生，鍋爐爆管後企業隻采取停爐、割管、焊管等常規維修措施，也不做鍋爐水質處理來徹底解決問題。

高溫蒸汽凝結水鐵離子的來源

高溫蒸汽凝結水鐵離子通常來源於氧腐蝕或弱酸性腐蝕。

一、高溫蒸汽凝結水鐵離子來源於氧腐蝕：

1、高溫蒸汽凝結水鐵離子或蒸汽冷凝水中氧氣的來源

高溫蒸汽凝結水鐵離子或蒸汽冷凝水中氧氣通常有兩種來源。一種是鍋爐給水系統無除氧器或除氧器效率不高。

另一種是高溫蒸汽凝結水回收系統大部分為開式回收系統，高溫蒸汽凝結水箱有呼吸孔直通大氣；當水箱液位上升時，水箱內的氣體排入大氣，當水箱液位下降時，水箱外的的氣體進入水箱內，由於水箱內的氣體中氧的濃度與水箱外空氣中氧的濃度存在較大的濃度壓力差，隨著冷凝水箱的呼吸，大氣中氧氣源源不斷進入高溫蒸汽凝結水箱。

2、高溫蒸汽凝結水氧腐蝕的機理

鍋爐換熱系統設備及管網、高溫蒸汽凝結水的輸送管道大都是鋼制管材，其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

高溫蒸汽凝結水中鐵的化學組成實際上並不像其化學式那麼簡單，通常是各種含水氧化鐵的混合物，受污染的高溫蒸汽凝結水的顏色通常是紅褐色，受腐蝕嚴重度的影響，高溫蒸汽凝結水腐蝕越嚴重，顏色越深，顏色從看起來純凈到發黃、發紅、血紅、紅褐色、醬油色。

3、鍋爐高溫蒸汽凝結水換熱系統設備及管網氧腐蝕的特征

高溫蒸汽凝結水的氧腐蝕屬於潰瘍腐蝕，腐蝕發生後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，由上述的各種氧腐蝕產物組成，去除這些腐蝕產物後，金屬的表面是一個個腐蝕坑。高溫蒸汽凝結水氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續。

4、高溫蒸汽凝結水氧腐蝕的影響因素

氧腐蝕的影響因素很多，影響高溫蒸汽凝結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：高溫蒸汽凝結水中O2的濃度越大，氧腐蝕的速度越大。

溫度：溫度越高，氧腐蝕的速度越快。當溫度升高時氧的擴散速度快，氧腐蝕的速度同步也加快。

水流速度：水流速度越大，水中各物質的擴散速度加大，氧氣擴散到金屬表面的速度增加，從而加快氧腐蝕。

二、高溫蒸汽凝結水的弱酸性腐蝕

在低壓工業鍋爐中，軟化技術是通常是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HCO3-分解成CO2，CO2氣體隨高溫水蒸汽在冷凝回收管線中再次溶解在水中，導致冷凝水的PH值下降，呈弱酸性，而酸性冷凝水是導致冷凝回水鐵離子超標的主要因素。CO2弱酸性腐蝕能造成鍋爐換熱系統設備及高溫蒸汽凝結水管網壁均勻變薄，從而導致高溫蒸汽凝結水鐵超標。

高溫蒸汽凝結水中的酸性物質H2CO3，H2CO3分解為H+和HCO3-。

CO2 + H2O = H2CO3

H2CO3 = H+ + HCO3-

1、高溫蒸汽凝結水鐵離子或蒸汽冷凝水中二氧化碳的來源

高溫蒸汽凝結水中的二氧化碳主要來源於蒸汽，蒸汽中的二氧化碳氣體的主要來源是蒸汽鍋爐補給水中遊離二氧化碳和碳酸鹽類在爐內受熱分解。碳酸鹽爐內分解的反應方程式為：

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

2、高溫蒸汽凝結水弱酸性腐蝕的機理

二氧化碳進入冷凝水後形成碳酸（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這樣的弱酸也會使PH值有較大的下降。當純水中二氧化碳為1mg/L時，純水的PH值由7.0降至5.5。同時隨著H+在腐蝕中不斷消耗式（2-7）的電離平衡被打破，反應向右進行，不斷電離出H+供腐蝕反應使用，直至H2CO3消耗完畢。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

二氧化碳腐蝕的腐蝕產物是易溶的，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凝結水管網壁均勻變薄。

二氧化碳不僅對鋼質換熱系統設備及高溫蒸汽凝結水管網壁產生腐蝕，同時對金屬銅也會產生腐蝕，當隻有二氧化碳時，會對銅管產生脫鋅腐蝕；當二氧化碳和氧同時存在時，對銅管中的金屬銅也會產生腐蝕，其腐蝕產物是易溶的Cu2+。由於銅的熱阻小，換熱器的換熱管束一般采用銅管，二氧化碳對銅管的腐蝕主要發生在高溫蒸汽凝結水（疏水）液面上方的銅管表面，有實驗表明：當熱交換器中進汽中的二氧化碳濃度為8mg/L時，疏水上方的銅管水膜中二氧化碳的含量為500～600mg/L。

3、高溫蒸汽凝結水鐵離子的危害

高溫蒸汽凝結水的鐵離子同二價金屬鈣鎂離子一樣在鍋爐中堆積成垢，形成的氧化鐵水垢，不僅會引起垢下腐蝕發生，而且氧化鐵水垢讓爐管的傳熱效率大幅降低，傳熱效率降幅有400-500倍之多，氧化鐵水垢聚集在爐管內會引起爆管危險，對鍋爐安全運行形成較大的隱患。

▲氧化鐵水垢傳熱效率是鋼的五百分之一，不僅增加能耗而且會引起爆管危險

當前，國內蒸汽冷凝水除鐵離子一般有兩種方式，即一種是物理設備除鐵離子，另一種是化學藥劑除鐵離子。

設備除鐵離子就是在冷凝水回收的末端進設備除去鐵離子，設備除鐵離子適用於任何工況，能解決進水安全達標進鍋爐，適用於各種用汽場合，但是不能控制用汽設備及回收管網的腐蝕, 用汽設備及回收管網的腐蝕還是在持續進行，冷凝水中因腐蝕鐵離子來源一直存在，且設備除鐵離子濾料需要定期更換，屬治標補治本。

化學藥劑除鐵主要針對間接換熱的用汽的場合，藥劑會對整個回收系統以及換熱器進行整體的覆膜保護，杜絕氧和CO2對系統設備和管網地腐蝕，從而徹底解決高溫蒸汽冷凝水中的鐵離子來源，使系統設備和管網不會受到腐蝕穿孔泄漏等影響。化學藥劑除鐵隻適合蒸汽間接換熱場合，需要蒸汽直接參與生產工藝的地方和對蒸汽品質要求高的地方化學藥劑除鐵不適用，例如：需要蒸汽參與蒸煮的食品和藥品行業。化學藥劑除鐵長期綜合效益好，實現除防並舉，徹底實現標本兼治。

化學藥劑除鐵和設備過濾除鐵兩種方式，具體采用那種方法要根據企業生產工藝和技術實施的目的要求結合選擇。

經過筆者統計發現，我國當前高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝主要有以下八種：

第一種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——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，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，使處理後的水硬度超過鍋爐給水標準，不能直接進入鍋爐，隻適用於地下水和對水質要求低的處理項目中，不適用於高溫冷凝水的處理。如果用於高溫水處理，需要先將水溫降低到40-50攝氏度，超過此40攝氏度溫度會再次析出硬度，然後在過濾後，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，因為浪費瞭大量的熱量，使用范圍小。

第二種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——高溫陰陽樹脂交換

陰陽樹脂交換高溫蒸汽冷凝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，高溫冷凝水在回用前，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，含量長期高於0.05ppm就會造成樹脂鐵中毒，中毒後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，不能高於60度。樹脂膜是比較成熟的技術，但是因為需要控溫過濾，並且長時間處於高限值溫度對膜的損害很大，並非經濟持久的除鐵方式。

第三種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——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凝結水，同時除去凝結水中的微量的鐵，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後，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，凝結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，將凝結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，重新鋪膜後繼續運行。鋪、曝膜周期根據待處理的凝結水的水質確定，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 噸凝結水的設備總投資在 170-250 萬元之間，處理成本為 0.2-0.3元/噸凝結水。與其它工藝相比該工藝的特點是：處理較為潔凈的凝結水時，成本較低，如出現凝結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傢有：青島石化、燕山石化等。

第四種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——粉末樹脂除鐵法：

凝結水粉末樹脂除鐵工藝,采用粉末樹脂覆蓋多孔過濾元除去凝結水中鐵離子。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 噸凝結水的設備總投資在 400-500 萬元之間，處理成本為 0.3 元/噸凝結水左右。與其它工藝相比該工藝特點是技術先進、設備投資大，凝結水處理成本高。目前該工藝在國外有較多應用案例，國內使用的廠傢有蘭州石化。

第五種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——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：待處理的凝結水通過高溫燒結陶瓷濾料層，除去凝結水中的鐵。凝結水進入陶瓷濾料層，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，用壓縮空氣和凝結水對陶瓷濾料層進行反沖洗，沖洗完成後重新投入使用。采用該工藝，每小時回收 50 噸凝結水的設備總投資在 170-200 萬元之間，處理成本為0.1 元/噸凝結水。與其它工藝相比該工藝的特點是設備投資不大，凝結水處理成本低，但可處理含油量較高的凝結水，可以耐受換熱器泄漏時高含油凝結水的沖擊。該工藝的用廠傢有北京石化、武漢石化、湖南中煙、百事可樂等。

第六種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——高梯度電磁除鐵

高梯度電磁除鐵能夠有效去除凝結水中氧化鐵，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，並且內部的不銹鋼絲填料更換費用昂貴，隻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傢有重慶煙廠等。

第七種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——磁增益復合除鐵

磁增益復合除鐵技術是一種創新的凝結水除鐵技術，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，利用凝結水中所含氧化鐵的物理特性，讓凝結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瞭85%左右。磁增益復合除鐵技術使用廠傢有大慶煉化公司動力廠。

以上七種高溫蒸汽凝結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凝結水中的鐵離子，讓高溫凝結水鐵離子達標進鍋爐安全使用，但是鍋爐用汽系統和冷凝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，蒸汽鍋爐凝結水設備除鐵離子屬於治標沒治本。

第八種高溫蒸汽凝結水除鐵離子工藝——BF-31T凝結水系統保護劑

針對鍋爐用汽系統和冷凝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凝結水系統保護技術，投加北京化工大學專利產品BF-31T凝結水系統保護劑，來阻止腐蝕的發生，BF-31T凝結水系統保護劑發明專利號:ZL2004100031415，BF-31T凝結水系統保護劑為市場應用成熟產品，BF-31T凝結水系統保護劑主要成分：成膜胺、中和胺等。BF-31T凝結水系統保護劑中的中和胺為堿性，既可以中和蒸汽凝結水中碳酸又為在線監測水中藥劑濃度提供依據。BF-31T凝結水系統保護劑2007年獲國傢發明二等獎。

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 l86 OO47 5386歡迎咨詢交流）關於鍋爐蒸汽凝結水除鐵離子技術、鍋爐及供熱系統高效防腐阻垢技術、鍋爐水處理及水質自動監測控制系統等等,歡迎交流！蒸汽冷凝水除鐵離子回用鍋爐——節能與節水並行，效率和效益同增。鍋爐蒸汽凝結水鐵離子超標——八種高溫凝結水除鐵技術方案。

BF－31T凝結水系統保護劑，加入系統後，具有最佳氣液相比；會在金屬表面形成單分子層，具有吸附及憎水作用的保護膜，該膜的分子間隙比CO2 , O2 的截面小，防止瞭系統氧腐蝕和弱碳酸腐蝕的發生，從而既保證蒸汽冷凝水鐵離子濃度達到國標GB1576-2001《工業鍋爐水質》要求，又保護瞭鍋爐用汽系統和冷凝水回收系統的設備或管網不再腐蝕、穿孔、泄露，真正實現瞭標本兼治。

BF-31T凝結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 、黃河水電新能源分公司、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。(顏輝)