（环境科学专业论文）低压锅炉清洗过程中缓蚀问题的研究.pdf

安徽理工大学硕士学位论文 4 酸洗废液排放前经过酸碱中和预处理，达到国家废水排放标准，排放到集 团公司的污水处理设备中排放。 图【9 】表【8 】参【9 0 】 关键词：低压锅炉，化学清洗，水垢，缓蚀 摘要 a b s tr a c t i nt h ep r o c e s so fi n d u s t r i a l i z a t i o n , l o w p r e s s u 【r eb o i l e r sa r ee x t e n s i v e l yu s e di n h e a t i n ga n di n c r e a s i n gp r e s s u r ei ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o na n dp e o p l e sl i v e s t h ew a t e r o ft h el o w - p r e s s u r eb o i l e ru s e di sh a r dw a t e r , f o re x a m p l e ，g r o u n d w a t e ra n df i v e rw a t e r , w a t e rt r e a t m e n to f t e nu s e si o ne x c h a n g et e c h n i q u e t h em o r et i m e st h eb o i l e ru s e s ，t h e m o r es c a l ed e p o s i ti tp r o d u c e s a l t h o u g hw eu s et h es o f t e nw a t e r , t h es c a l e se f f e c th e a t c o n d u c t i v i t y , w a s t ef u e la n d t h r e a tt h eb o i l e r ss a f ef u n c t i o n s o ，w em u s tc l e a nt h e l o w - p r e s s u r eb o i l e rr e g u l a r l y a tp r e s e n t , t h ec l e a n i n gm e t h o di sa c i dc l e a n i n g + c o r r o s i o ni n h i b i t o r t h ea c i du s e di nc h e m i c a lc l e a n i n ga l w a y se r o d et h eb o i l e ri t s e l f , t h ec o r r o s i o ni n h i b i t o rw i l ll i g h t e nt h ea f f e c t i o no fa c i d sc o r r o s i o n t h ec l e a n i n g e f f i c i e n c ya n dt h ec o r r o s i o n - p r e v e n t i n ge f f i c i e n c ya r ea f f e c t e db ym a n yf a c t o r s ，s u c h a st h ec o n s i s t e n c eo fa c i dc l e a n i n gl i q u i d , t h ec l e a n i n gt i m e ，t h ec l e a n i n gt e m p e r a t u r e a n dt h ec o n s i s t e n c eo fc o r r o s i o ni n h i b i t o re g t h ec l e a n i n gw a s t el i q u i dh a sm a n ya c i d s u b s t a n c ea n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e ，i tc a n tb ed i s c h a r g ed i r e c t l y i tm u s tb ed i s p o s e ds o t h a td i s c h a r g e dt ot h en a t u r a lw a t e r i nt h i ss t u d y , w ee x p l o r et h ep r o b l e mo fc o r r o s i o np r e v e n t i n go nt h ep r o g r e s so f l o w - p r e s s u r eb o i l e r sc h e m i c a lc l e a n i n gb a s e do ns i m u l a t i o ne x p e r i m e n t w i t ht h et e s t p i e c e so fc o r r o s i o n - p r e v e n t i n g ，t u n e dt h ec o n s i s t e n c eo f a c i dc l e a n i n gl i q u i d ，t h e d o s a g eo fc o r r o s i o ni n h i b i t o r , t i m eo fh e a t i n ga n dt e m p e r a t u r eo fh e a t i n g ，s i m u l a t e dt h e p r o g r e s so fb o i l e rc l e a n i n g ，w ef o u n d t h eb e s tc o r r o s i o n - p r e v e n t i n gc o n d i t i o n , f o r l o w - p r e s s u r eb o i l e r sc h e m i c a lc l e a n i n gd os i m u l a t i o no p e r a t i o n ，a ss o o n a sc l e a n i n g t h ew a t e rs c a l e ，s a v i l 玛m a t e r i a la n dr e d u c i n gt h eb o i l e r sf u e l s i nt h i ss t u d y ，t h eb e s t c o r r o s i o nc o n d i t i o n sw er e c e i v e dw e r e - h e a t i n gt i m eo f 3 5h o u r s ，w a s h i n gt e m p e r a t u r e i s5 0 ，i n h i b i t o rc o n c e n t r a t i o n0 2 5 9 lo m l ，a c i dl o t i o nc o n c e n t r a t i o no f3 o nt h e b a s i so ft h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sw ei m p l e m e n ta l o w - p r e s s u r eb o i l e rc h e m i c a l c l e a n i n gp r o j e c t w i 血t h e h e l po f t h eb l u es h i e l dc l e a n i n gc o m p a n y ，w ed ot h el o w - p r e s s u r e h e a t i n gb o i l e rc h e m i c a lc l e a n i n gf o rt h ep r u d e n t i a lg r o u p ，s h a n d o n gp r o v i n c e ，t h e p r o c e s so fc h e m i c a lc l e a n i n gi sa sf o l l o w ：a c i dp i c k l i n gt a n k 一c h e m i c a lc l e a n i n g p u m p 。+ t h ef r o n ta n dl e f tw a t e rw a l l + s t e a md r u m + t h ef i g h ta n db e h i n dw a t e r m 安徽理工大学硕士学位论文 一一一 w a l l - - - t e m p o r a r ys y s t e m + a c i dp i c k l i n gt a n k 1 nt h ec l e a n i n gp r o c e s s w ea d da c i d e l e a n i n gs o l u t i o no f3 a n dc o r r o s i o ni n h i b i t o r s0 2 5 9 lo m l ，d e t e r m i n et h e a c i d c h e m i c a lc l e a n i n gt i m e 一3 5h o u r s ，t h ec h e m i c a lc l e a n i n go ft h eh e a t i n gt e m p e r a t u r ei s 5 0 c l e a n i n gw a s t l ：w a t e ru s e sa c i d - b a s em e t h o df o rp r o c e s s i n g ，c l e a n i n ge f f e c ta n d c l e a n i n gw a s t ed i s p o s a ll i q u i da r ea l lm e e tt h es t a t es t a n d a r d s ： 1 f o rs u p e r v i s i o na n d i n s p e c t i o nc o r r o s i o ns p e c i m e n s ，t h ec o r r o s i o n i n h i b i t i o n e f f i c i e n c yi s6 8 0 4 9 ( m 2 h ) ，m u c hs m a l l e rt h a nt h es t a n d a r dv a l u e ； 2 t oi n s p e c tt h em o n i t o rp i p es h o wt h a tt h ec h e m i c a lc l e a n i n ge f f e c ti sp e r f e c t a n dt h ep a s s i v i t ye f f e c tw a sv e r yg o o d ； 3 c h e c k i n gt h eb o i l e rd r u ma n d t h ew a t e rw a l li n s i d e ，w eg a t h e ru pt h es e d i m e n t a r o u n d4 k g ； 4 d i s c h a r g i n g w i t ha c i d - b a s ep r e - t r e a t m e n t ，t h ec l e a n i n gw a s t el i q u i di su pt o t h en a t i o n a lw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d sa n da l ed i s c h a r g e di n t ot h es e w a g e t r e a t m e n tf a c i l i t i e si nt h eg r o u pt o g e t h e rw i t ho t h e rw a s t ew a t e rt r e a t m e n tb e f o r e d i s c h a r g e f i g u r e 【9 】t a b l e 【8 】 r e f e r e n c e 【9 0 】 k e yw o r d s ：l o w - p r e s s u r eb o i l e r , c h e m i c a lc l e a n i n g ，w a t e rs c a l e ，c o r r o s i o n - p r e v e n t i v 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 低压锅炉是生活饮用水和工业生产常用的生产工具，常见的用于小型的化工 企业、橡塑企业、热水供应点以及社区浴池等，然而这些锅炉的进水一般是江河 水或者是地下水，硬度大成分复杂，使锅炉表面经常沉积导热系数较差的水垢， 导致传热性能下降，同时导致管壁温度过高产生爆炸事故，因此要对锅炉进行定 期清洗【1 】。 含有钙( c a ) 镁( m g ) 盐类等矿物质的水叫做“硬水 。河水、湖水、井水 和泉水都是硬水；自来水是河水、湖水或者井水经过沉降，除去泥沙，消毒 杀菌后得到的，也是硬水。刚下的雨雪，水里不含矿物质，是“软水 。水 烧开后，一部分水蒸发了，难溶解的硫酸钙( c a s 0 4 ，石膏就是含结晶水的硫 酸钙) 沉淀下来，原来溶解的碳酸氢钙( c a ( h c 0 3 ) 2 ) 和碳酸氢镁( m g ( h c 0 3 ) 2 ) ， 在沸腾的水里分解，放出二氧化碳( c 0 2 ) ，变成难溶解的碳酸钙( c a c 0 3 ) 和氢 氧化镁( m g ( o h ) 2 ) 也沉淀下来，这就是水垢的来历。 锅炉里长了水垢，不容易传热，浪费燃料。这些对于工厂来说，工厂供 暖供汽用的大锅炉，有的每小时要送出好几吨蒸汽，相当于烧干几吨水。据 试验，一吨河水里大约有1 6 公斤矿物质；而一吨井水里的矿物质高达3 0 公斤左右。一天输送几十吨蒸汽，硬水在锅炉内壁沉积出的水垢数量，是惊 人的数量。水垢，能够使锅炉的导热性能变差，将耗费大量的燃料以达到没有水 垢时同样的温度和压力，造成能源和资源的浪费，同时，容易造成锅炉的排水系 统的堵塞和排污系统不顺畅，产生大量的污染物质川，治理这些污染物质的费用 增大。另外锅炉里结了水垢，如同锅炉壁的钢板和水之间筑起一座隔热的石 墙，锅炉钢板挨不着水，炉膛的火一个劲地把钢板烧得通红。这时候，如果 水垢出现裂缝，水立即渗漏到高温的钢板上，急剧蒸发，造成锅炉内压力猛 增，容易引起爆炸事故；锅炉给水还会带入腐蚀金属的氧化物，使金属受热 面上发生化学反应，造成垢下腐蚀。由于水垢和腐蚀，造成了锅炉导热性下 降、排烟温度增高，使燃料消耗量增加、锅炉效率下降、金属过热；金属过 热也会使强度下降，造成局部变形、鼓泡，使锅炉受到严重破坏，甚至引起 爆炸事故【1 3 】。因此锅炉清洗是非常重要的。国家提倡环保节能，旨在建立节约 型社会，从而加快经济的发展，低压锅炉的这些耗费是能够减少到最低的，低压 安徽理工大学硕士学位论文 锅炉的使用过程中水垢清洗很重要。 一般锅炉清洗除垢的方法分为两类：一、手工及机械除垢；二、化学除垢。 常用的化学除垢的方法有碱煮法和酸洗法两种【2 】。在我国常用的锅炉清洗的方法 为酸洗法，此方法具有清洗能力强、速度快、价格便宜、货源广、废液易于处理 等优点，但是酸洗过程中酸的浓度值掌握不好，容易腐蚀锅炉的表面，导致锅炉 的表面钝化层破坏，减小锅炉的使用寿命。盐酸酸洗的效果好，盐酸本身的危险 性小，在当量浓度下，与氧化铁之间的反应速率快。但盐酸在超过4 0 。c 时易挥发， 会导致酸液浓度下降，影响酸洗效果，故应注意控制温度。另外，盐酸对金属氢 脆敏感性较硫酸小，而且缓蚀剂一般在盐酸溶液中也有缓蚀作用。因此，在酸洗 的过程中必须添加适量的缓蚀剂，调节适应的温度和清洗剂的用量等，更好的清 洗锅炉水垢的同时延长锅炉的使用寿命。 1 2 研究目的 水垢分为积结在受热面上的坚硬或松软水垢和沉积在锅炉下部的泥垢，形成 水垢的主要原因是锅炉给水中含有一定数量的钙、镁盐等类，在锅炉内部受压力、 温度等条件的影响下发生物理和化学变化，生成各种类型的水垢【8 】。 低压锅炉水垢的清洗过程中，由于使用的酸的浓度，锅炉内的温度以及缓蚀 剂的浓度等的不同，对低压锅炉造成的腐蚀也不相同，寻找最佳模式改进锅炉的 清洗方法迫在眉睫。 1 2 1 节约资源 在现代化工业发展的过程中，从瓦特发明蒸汽机开始，人们就学会了利用锅 炉这种工业产品参与生产和生活【1 2 】。锅炉既是一种工业产品，又是服务于工业生 产的良好工具，人们可以生产出锅炉，也能利用锅炉进行生产，包括生产锅炉本 身。低压锅炉给我们的生产和生活带来的方便，产生的蒸汽可以发电，可以带动 取暖设施，让冬天充满温暖，给人们的生产提供动力【3 l 】，但是，锅炉能够消耗大 量的化石能源和矿产资源，耗费大量的水资源，并且在锅炉化学清洗中产生的酸 性废水任意排放的话能够导致水资源失去原有的平衡，破坏水生态环境，污染河 流湖泊等地上水源，影响地下水的水质，影响动植物的生长和发育，导致水资源 的缺乏。 我国原本就是一个水资源贫乏的国家。中国水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 t 4 ，居 世界第六位，总量虽然不少，但由于人i l i 众多，入均水资源量为2 3 4 0 m 3 ，公顷 绪论 均水资源2 8 5 0 0 m 3 ，相当于世界公顷占有量的4 5 。总排名在世界第1 2 1 位，仅为 世界人均占有量的四分之一，是世界1 3 个贫水国之一。中国现有6 6 8 座城市中， 有4 0 0 多座城市存在不同程度的缺水，其中严重缺水的城市为1 3 6 个，日缺水总 量达1 6 0 0 万m 3 ，年缺水量6 0 亿m 3 ，由于缺水每年影响工业产值2 0 0 0 多亿元人 民币圈。全国内地3 0 个省市人均水资源拥有量低于联合国可持续发展委员会确认 的严重缺水线( 1 l o o m 3 人) ，7 个省市低于生存起源线( 5 0 0 m 3 人) 【蚓。而且，我国 水资源的分布极不平衡，地域相差悬殊。全国8 0 的水资源分布在长江及其以南 地区，在长江以北占全国耕地面积5 9 2 、占全国人口4 4 4 的地区，仅占有全 国1 4 7 的水资源。南方地区水资源尽管比较丰富，但是由于水体污染，水质型 缺水也相当严峻【7 】。随着人口的增长，工农业生产的不断发展，造成了水资源 供需矛盾的日益加剧。从本世纪初以来，到7 0 年代中期，全世界农业用水 量增长了7 倍，工业用水量增长了2 l 倍【1 9 】。中国用水量增长也很快，至7 0 年代末期全国总用水量为4 7 0 0 亿立方米，为建国初期的4 7 倍。其中城市生 活用水量增长8 倍，而工业用水量( 包括火电) 增长2 2 倍。北京市7 0 年代 末期城市用水和工业用水量，均为建国初期的4 0 多倍，河北、河南、山东、 安徽等省的城市用水量，到7 0 年代末期都比建国初期增长几十倍，有的甚 至超过1 0 0 倍。因而水资源的供需矛盾就异常突出。 由于水资源供需矛盾日益尖锐，产生了许多不利的影响。首先是对工农 业生产影响很大，例如1 9 8 1 年，大连市由于缺水而造成损失工业产值6 亿 元。在中国1 5 亿亩耕地中，尚有8 3 亿亩没有灌溉设施的干旱地，另有1 4 亿亩的缺水草场 4 5 1 。全国每年有3 亿亩农田受旱。西北农牧区尚有4 0 0 0 万 人口和3 0 0 0 万头牲畜饮水困难。其次对群众生活和工作造成不便，有些城 市对楼房供水不足或经常断水，有的缺水城市不得不采取定时、限量供水， 造成人民生活困难。其三，超量开采地下水，引起地下水位持续下降，水资 源枯竭，在2 7 座主要城市中有2 4 座城市出现了地下水降落漏斗。同时近年 来随着现代工业的迅猛发展，城市人口逐渐增加，人民生活水平逐渐提高，各种 用水量亦随之增长，但大自然赋予人类的这部分资源是有限的，而这有限的资源 还在不断地受到人类肆意的污染，这就使得水资源供需矛盾愈来愈突出，这已成 为世界各国共同面临的问题。 1 2 2 清洗水垢 在资源如此匮乏的当今社会，节约能源，减少污染是要做的头等大事。在低 安徽理工大学硕士学位论文 压锅炉运行和检查的过程中，水垢的形成和危害屡见不鲜。国内外研究锅炉清洗 的学者很多，也有很多企业单位的工程师进行研究，物理清除、碱清洗以及酸洗 的应用达到优秀的水平，这些清除和清洗的过程对锅炉本身的伤害是空前的【1 4 】。 损坏锅炉铸铁表面的钝化层，加快锅炉的损耗，清洗结束重新使用后加快结垢速 度，水垢层的厚度也会加大，只有循环的清洗与破坏，影响锅炉的使用寿命，造 成了严重的资源浪费和生产力损耗。水垢的导热性非常差，其导热系数比金属小 几十倍甚至上百倍，当水垢厚度达到0 8 毫米，就要多消耗4 的能源，达到2 8 2 毫米，多消耗2 2 的能源，达到1 2 7 毫米，那就要多消耗7 0 的能源1 1 9 】，以上数 据可见，水垢是节能型社会里极其不和谐的声音。结垢后会使水壶受热面传热情 况恶化，需要更多的热能来烧开一壶水。我们现在最常用的饮水机也是如此，热 使用效率降低，就需要消耗更多的电能，给我们的家庭生活带来不必要的经济损 失，对于整个社会这一无谓的能量消耗几年下来浪费的能源将不可估量。 作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国。能源 生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量 的1 1 0 ，仅次于美国，居世界第二位 5 3 1 。中国又是一个以煤炭为主要能源的 国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出 7 2 1 。近年来能源安全问题也日益 成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约 经济社会可持续发展的瓶颈。上个世纪9 0 年代以来，中国经济的持续高速 发展带动了能源消费量的急剧上升。自1 9 9 3 年起，中国由能源净出口国变 成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。 煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的 大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。 根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2 0 5 0 年左右，石 油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如 果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油 资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至 因为抢占剩余的石油资源而引发战争。 在这个节能环保的社会阶段，资源浪费和生产力的损耗都是有代价的，因此 研究清洗过程中的缓蚀问题有紧迫性。本研究利用缓蚀剂的应用，在清洗过程中 减缓腐蚀速度，参与铸铁表面新的钝化层的形成，延长锅炉的使用寿命，提高锅 炉出力，在缓蚀剂应用方面缓蚀剂的浓度及清洗时间控制上进行，具有很强的操 作性，在实验室条件下能够完成并且验证。 绪论 1 2 3 减轻腐蚀 腐蚀是指由化学方法或者化学作用使物体消耗或者破坏，是金属与环境间的 物理一化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属，环境及其构成系功 能受到损伤的现象。在低压锅炉化学清洗的过程中，酸洗液直接接触锅炉本 体的金属表面，造成锅炉本体的大量均匀腐蚀或者不均匀腐蚀，腐蚀发生在 金属表面的全部或大部，多数情况下，金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜， 使腐蚀变慢。有些金属，如钢铁在盐酸中，不产生膜而迅速溶解，这就是均 匀腐蚀；腐蚀只发生在金属表面的局部，其危害性比均匀腐蚀严重得多，它 约占化工机械腐蚀破坏总数的7 0 ，而且可能是突发性和灾难性的，会引 起爆炸、火灾等事故，这就是不均匀腐蚀也叫局部腐蚀【5 2 】。腐蚀的危害是非 常巨大的。据资料报道，全世界每年生产的钢铁约有1 0 因腐蚀而变为铁锈，大 约3 0 的钢铁设备因此而损坏【5 1 】。这不仅浪费了材料，还往往会带来停产、人身 安全和环境污染等事故。根据世界上几个主要工业发达国家的一些统计数字 4 5 】 表明：这些国家由于金属的腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的2 - 4 ， 可见数字是惊人的，损失是巨大的。锅炉水质不良或停炉保养不当常会引起金属 的腐蚀。锅炉发生腐蚀后，不仅使金属的有效厚度减薄，而且会使金属内部的金 相组织遭到破坏，机械性能变差，造成锅炉的承压能力降低，使用寿命缩短，以 至提前报废。有的腐蚀会在人们毫无察觉的情况下对设备造成损坏，严重时还会 发生爆管事故，有的甚至会引发锅炉爆炸等灾难性事故【6 l 】。因此，防止腐蚀也是 保证锅炉安全运行的重要措施。 目前，大量清洗公司的出现使得各种竞争加剧，只有技术精湛才会得到认可。 在低压锅炉的化学清洗过程中，防止腐蚀的产生，要做好缓蚀工作，良好的煮炉 效果应能使金属表面形成完整的钝化保护膜。而在运行条件下，当锅水保持合适 的p h 值( 一般为1 0 1 2 ) 和一定量的磷酸根及碳酸根时，也有助于金属表面形成 致密的保护膜，减缓腐蚀。但是如果锅炉水质控制不好，尤其是p h 值过低或过 高，常会破坏保护膜。低压锅炉的酸洗是必不可少的处理工序，目的是除去锅炉 本体钢铁表面的氧化物，但这个过程必然也会使金属本身受到腐蚀。为了减少金 属的腐蚀，在酸洗时必须加入缓蚀剂。这种缓蚀剂通常有：邻位和对位的甲苯硫 脲、丙硫醚、二戊基胺、甲醛、对位硫甲酚等。其作用机理是：缓蚀剂普遍地吸 附于钢铁的表面，使得钢铁酸洗时引起腐蚀的电极反应受到阻化m 】。有的缓蚀剂 可以提高氢的超电压，使氢离子还原的阴极反应受阻；有的缓蚀剂可使铁氧化为 安徽理工大学硕士学位论文 二价铁离子的反应受阻，使阳极极化。但一般认为，缓蚀剂可以同时减慢阴极和 阳极的反应，使钢铁的腐蚀速率明显降低【7 8 】。 1 3 国内外研究动态、水平、存在问题 1 3 1 锅炉的分类 锅炉是利用燃料或其它能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设 备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，锅炉包 括锅和炉两大部分 4 3 】。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生 活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电 机将机械能转换为电能【2 7 】。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活， 工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉。 锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、 给水温度等。锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发 量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的蒸汽量。最 大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的 蒸汽量。锅炉是具有高温、高压的热能设备，是特种设备之一，在机关、事 业企业及各行各业广泛使用，是危险而又特殊的设备。一旦发生事故，涉及 公共安全，将会给国家和人民生命财产造成巨大损失。 锅炉可按照不同的方法进行分类，锅炉按烟气在锅炉流动的状况分：水管 锅炉、锅壳锅炉( 火管锅炉) 、水火管组合式锅炉；按锅筒放置的方式分：立式 锅炉、卧式锅炉；按用途分：生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉、车船用锅炉；按 介质分：蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉；按安装方式分： 快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉；按燃料分：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、 余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉；按水循环分：自然循环、强制循环、混合 循环；按压力分：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉；按 锅筒数量分：单锅筒锅炉、双锅筒锅炉；按燃烧方式分：内燃式锅炉、外燃式锅 炉；按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅 炉等；按制造级别分类：a 级、b 级、c 级、d 级( 按制造锅炉的压力分) ；按 出1 3 蒸汽压力分为：低压锅炉( p q 5 m p a ) 、中压锅炉( 2 2 5 p 4 o m p a ) 、高 压锅炉( 4 o p = i o m p a ) 、超高压锅炉( 1 0 p = 1 3 7 m p a ) 、亚临界锅炉 ( 1 3 7 1 0 5 ， 同时通空气搅拌，废液中的铁转化为f e ( o h ) 3 沉淀而被除去，降低c o d 值。根据除 铁之后废液的c o d 值，调节其与灰水的比例，在混合灰水打往灰场的过程中，酸 性成分以钙盐的形式沉淀下来，从而大大降低c o d 值，同时钙盐会在灰场内继续 沉积，废水完全可以达到排放要求。 对锅炉进行有效的化学清洗，保证锅炉的正常安全运行，保障工业生产的顺 利进行，延长使用寿命，节省能源，实现节能减排的伟大目标。 1 4 研究内容及研究路线 现代的锅炉清洗过程中，人们已经意识到缓蚀剂的作用，但是清洗的过程， 缓蚀剂的作用能够受到不同环境条件的影响，这个方面的研究重视度低；很多研 究者在研究清洗过程中缓蚀作用的发挥条件后，并没有把研究结果应用到实际中， 造成了理论与实践的脱节。 本研究拟通过应用缓蚀试片进行的多组实验，确定在锅炉清洗过程中需要投 加的清洗酸的浓度及缓蚀剂的浓度，选择合适的清洗时间和锅炉内温度，解决不 同的环境条件对清洗过程中缓蚀效率的影响的理论问题；并利用在实验室确定的 最佳条件，通过工程试验确定此条件的合理性，理论联系实际，让实验数据发挥 实践作用。 绪论 1 4 1 课题的研究步骤 1 ) 室内实验阶段： 室内条件下，利用缓蚀试片，设计实验对清洗用酸的浓度，清洗的时间，锅 炉内的温度以及缓蚀剂的浓度对缓蚀试片的腐蚀效率进行测定，确定最佳的清洗 条件。 实验所需条件：缓蚀试片( 为消除加工应力，在高温炉内进行5 0 0 c 热处理 2 h ，冷却后取出，酸洗去除氧化膜后备用) 、烧杯、恒温水浴槽、干燥器、温度计、 量筒、天平等。 实验步骤： 1 准备6 个缓蚀试片，称重备用。将盐酸配成质量分数为7 ( 采用n a o h 标准 溶液标定) 的溶液，分别取4 0 0 m l 注入6 个烧杯中，分别加入0 9 、5 9 、1 0 9 、1 5 9 、 2 0 9 的缓蚀剂，搅匀，放在恒温水浴槽中，恒温至5 0 0 ，将缓蚀试片悬挂在烧杯 上，保持3 h 后取出，放入无水乙醇中浸泡几分钟，干燥后称重。记录数据，分析 数据，找出最佳缓蚀剂用量。 2 准备6 个缓蚀试片，称重备用。将盐酸配成质量分数分别为1 、2 、3 、 4 、5 、6 ( 采用n a o h 标准溶液标定) 的溶液，分别取4 0 0 m l 注入6 个烧杯 中，加入1 0 9 的缓蚀剂，搅匀，放在恒温水浴槽中，恒温至5 0 ，将缓蚀试片悬 挂在烧杯上，保持3 h 后取出，放入无水乙醇中浸泡几分钟，干燥后称重。记录数 据，分析数据，找出最佳酸洗剂浓度。 i _ 3 准备6 个缓蚀试片，称重备用。将盐酸配成质量分数为7 ( 采用n a o h 标准 溶液标定) 的溶液，分别取4 0 0 m l 注入6 个烧杯中，加入上步找出的最佳用量的 缓蚀剂，搅匀，放在恒温水浴槽中，分别恒温至4 0 、5 0 、6 0 、6 5 0 、7 0 、 7 5 ，将缓蚀试片悬挂在烧杯上，保持3 h 后取出，放入无水乙醇中浸泡几分钟， 干燥后称重。记录数据，分析数据，找出最佳缓蚀效率的清洗温度。 4 准备6 个缓蚀试片，称重备用。将盐酸配成质量分数为7 ( 采用n a o h 标准 溶液标定) 的溶液，分别取4 0 0 m l 注入6 个烧杯中，加入最佳用量的缓蚀剂，搅 匀，放在恒温水浴槽中，恒温至最佳缓蚀效率的清洗温度，将缓蚀试片悬挂在烧 杯上，保持2 h 、2 5 h 、3 h 、3 5 h 、4 h 、4 5 h 后取出，放入无水乙醇中浸泡几分钟， 干燥后称重。记录数据，分析数据，找出最佳缓蚀效率的清洗时间。 缓蚀试片的大小为：5 0 m m x 2 5 m m x 2 m m ，采用低碳钢制成，与大部分低压锅 炉本体钢成分类似，以便产生相同的缓蚀效率。分析上述数据，最后找出最佳的 安徽理工大学硕士学位论文 清洗条件。 腐蚀速度：单位时间单位面积内缓蚀试片减轻的重量，单位：g m 2 h 。 腐蚀量：单位面积内缓蚀试片减轻的重量，单位：g m 2 。 缓蚀效率：缓蚀试片放入烧杯前的重量减去实验结束后的缓蚀试片的重量， 除以原重量，即为缓蚀效率。 2 ) 工程试验阶段： 参与锅炉清洗过程，利用确定的最佳清洗条件对试验低压锅炉进行清洗试验， 对恒丰集团的低压采暖炉进行年检后利用上述实验中确定的最佳清洗条件彻底清 洗，及时评价，并与前几年的化学清洗效果进行比较。 低压锅炉清洗之前，要检查锅炉的水垢厚度及回流管道的腐蚀情况等，记录 水垢的厚度，对损坏的回流管道进行必要的修补及整理，记录位置。 利用现有的设备和条件，在锅炉内加入一定的水量，升温到最佳化学清洗温 度，加入合适浓度的酸液和缓蚀剂，将缓蚀试片悬挂于锅炉顶部能被溶液浸泡的 位置，保持温度的恒定及锅炉内的压力，加热回流至最佳的清洗时间，清洗结束 后检查锅炉的清洗状况，记录水垢的清洗情况，测定清洗废液的p h 值和其中的 f e 3 榷度以及缓蚀试片的质量变化，分析所有数据，研究结果的合理性。 1 4 2 技术路线 本课题的技术路线如下图所示。 绪论 图4 课题研究技术路线 f i g4s u b j e c tt e c h n o l o g i c a la p p r o a c h 低压锅炉清洗过程中缓蚀问题的研究 2 低压锅炉清洗过程中缓蚀问题研究 低压锅炉表面的脏污物主要是水垢、油脂和铁的氧化物等，在清洗的过程中， 为彻底去除这些脏污物，要进行清洗、钝化等过程。低压锅炉的清洗方法是酸洗 法，采用酸性溶液清洗掉锅炉本体表面的氧化铁等杂质和锅炉运行后受热面上的 水垢等，保证锅炉运行热量正常传递，从而达到安全和节约能源的目的。在酸洗 的过程中酸洗液洗掉水垢和杂质的同时，也会对锅炉炉体产生化学反应，腐蚀掉 部分金属。为了防止在清洗的过程中对金属产生腐蚀影响锅炉本体，酸性清洗液 中应该加入适量的缓蚀剂，以达到在不妨碍酸洗液对锅炉水垢的清洗效果的前提 下最大限度的保护锅炉受热表面的钢材。为了减少对金属的腐蚀，在酸溶液中添 加某些能够减轻酸液对金属腐蚀的缓蚀剂。它应具备如下作用： 1 加入极少量就能极大地降低酸对金属的腐蚀速度。对于金属焊接部分，有 残余应力的地方以及不同金属接触处，都有良好的抑制腐蚀能力。 2 缓蚀剂的分子吸附在金属表面，形成一个很薄的保护膜，当它与金属表面 或溶液中的其它离子反应时，其反应生成物覆盖在金属表面上，因而抑制腐蚀过 程。 3 缓蚀剂应对金属的机械性能和金属组织无任何不利影响。 4 它还应具有无毒、小剂量、方便和使用安全的特点。这样清洗后所排出的 废弃溶液经过简单再处理后，即可达到国家规定的污水综合排放标准。 低压锅炉的清洗过程中受到清洗时间、酸洗液的浓度、清洗温度、缓蚀剂的 浓度等因素的影响，在这些因素的影响下，通过查阅文献，本文就这些影响因素 进行单因子实验，分析所得数据得出最佳理论缓蚀条件。 2 1 低压锅炉清洗过程中缓蚀剂用量的影响 为了了解低压锅炉清洗过程影响因素的效果，本实验采用单因素实验的方 法，分别从清洗过程中缓蚀剂的用量、清洗温度、清洗时间和酸洗液的浓度四个 方面来进行实验。 缓蚀剂的添加量应与酸液浓度有一定的比例，在用盐酸清洗金属时，加入 盐酸酸洗缓蚀剂，即可抑制盐酸对钢材的腐蚀。盐酸酸洗缓蚀剂应用的前提 是清洗介质为盐酸、硫酸、氨基磺酸，清洗对象的基材为黑色金属。盐酸酸 洗缓蚀剂适用于各种型号的高中低压锅炉的酸洗，以及大型设备，管道的酸 洗。所用缓蚀剂的品种不同添加量也不同，通过对低压锅炉清洗过程中缓释剂用 安徽理工大学硕士学位论文 量进行的实验分析，得出表l 数据： 表1锅炉清洗中缓蚀剂用量的影响 t a b l e1s w a g eo f c o r r o s i o n - p r e v e n ti nb o i l e rc h e m i c a lc l e a n i n g 清洗时间( h ) ：3清洗温度( c ) ：5 0 酸洗液浓度( ) ： 3 缓蚀试片的大小为：5 0 m m x 2 5 m m x 2 m m ；缓蚀试片是厂家生产用来测试锅 炉清洗过程中对锅炉的腐蚀程度的一个标准，测定其腐蚀速度、腐蚀量和缓蚀效 率，通过缓蚀效率的高低综合评价缓蚀剂用量的影响程度。 腐蚀量= m l m 2 腐蚀速度v = 研1 一吃 缓蚀效率p = l 其中，为腐蚀量，1 ，为腐蚀速度，p 为腐蚀效率，m 1 为酸洗前缓蚀试片质 量，m 2 为酸洗后缓蚀试片质量，h 为清洗时间。 通过对实验数据进行分析，制作成为缓蚀剂浓度对缓蚀效率的影响分析图( 图 5 ) 。 低压锅炉清洗过程中缓蚀问题的研究 图5 锅炉清洗过程中缓蚀剂浓度的影响 f i g5s w a g eo fc o r r o s i o n - p r e v e n te f f e c 殖i o nt e n df i g u r e 由图5 中可以看出，随着缓蚀剂用量的增加，腐蚀效率出现先下降后上升的 现象，在缓蚀剂的浓度为0 2 5 9 l o m l 的时候，腐蚀效率最低，然后开始逐渐上升。 在缓蚀剂的使用过程中，随着浓度的升高，腐蚀效率也就降低，达到最低点后， 进一步增加缓蚀剂的用量时，腐蚀速度基本没有变化，腐蚀效率上升或者降低都 不明显；更多的增加缓蚀剂的用量时，腐蚀速度反而上升，腐蚀效率也上升。这 表明，在低压锅炉的清洗过程中，缓蚀剂的浓度值在0 2 5 9 l o m l 时，缓蚀效果明 显。 本实验采用的清洗温度为5 0 c ，酸洗液浓度为3 ，清洗时间为3 小时，最 后得出，在此条件下，低压锅炉清洗过程中应加的缓蚀剂浓度为0 2 5 9 l o m l ，此 时，腐蚀量最小，腐蚀速度最低，腐蚀效率最低，对低压锅炉造成的损失最小 2 2 低压锅炉清洗过程中酸洗剂浓度的影响 根据低压锅炉清洗过程中缓蚀剂浓度的影响的研究，可以得出室内试验过程 中，缓蚀剂浓度为o 2 5 9 l o m l 时，缓蚀效果最好。本实验拟采用缓蚀剂浓度为 0 2 5 9 l o m l ，清洗温度为5 0 ，清洗时间为3 小时，对缓蚀试片进行酸洗液浓度 变化的影响研究，设置酸洗液浓度为l 、2 、3 、4 、5 、6 等，在恒温水 浴锅中进行实验，并观察实验现象，所得实验结果见表2 。 安徽理工大学硕士学位论文 表2 低压锅炉清洗过程中酸洗液浓度的影响 t a b l e 2a c i d - c o n n e c t i o ne f f e c t i o ni nl o w - p r e s s u r eb o i l e rc l e a n i n g 清洗时间( h ) ：3 清洗温度( c ) ：5 0 缓蚀剂浓度( o 2 5 9 l o m l ) ： 实验证明，在锅炉清洗的过程中，酸洗液的浓度越大，酸洗效果越明显，对 缓蚀试片的腐蚀性也越大，同样，对低压锅炉本体的腐蚀性就越大，不但影响锅 炉的使用寿命，而且耗费大量的酸洗液，形成的清洗酸性废液污染环境，造成能 源的浪费和环境的破坏，因此，要选择一个合适的酸洗液浓度值，既保证低压锅 炉清洗过程中的效率和效果，又能够不浪费能源污染环境。清洗的目的是尽可能 彻底清除水垢，同时又要使腐蚀速率降低到最低。考虑到盐酸在市面上较容易购 买、价格便宜，故采用盐酸作为清洗介质。盐酸浓度的提高或清洗时间的延长都 有助于水垢的清除，但是由此产生的腐蚀速率也相应提高。 根据实验数据，和实验过程中产生的现象，综合分析做成图形，作为酸洗液 浓度对低压锅炉清洗过程中腐蚀效率的影响图( 如图6 ) ，对照图形进一步分析。 低压锅炉清洗过程中缓蚀问题的研究 图6 酸洗液浓度对腐蚀效翠的影响 f i g6a c i d - c o n n e c t i o nf o rc o r r o s i o ne f f e c t i o nf i g u r e 由图6 可以看出，在低压锅炉清洗过程中，酸洗液的浓度值增加，缓蚀试片 的质量减少快，腐蚀量增加，腐蚀效率加大。在这个实验的过程中，反应程度越 剧烈，腐蚀效果越明显，对缓蚀试片的腐蚀越大，对锅炉本体的腐蚀也就越大， 所以，并不是酸洗液的浓度越高就越好；同时，为了国家节约能源和节能减排的 宗旨，尽量减少材料和成本，最大程度彻底清洗锅炉内的水垢和污染物质，选择 好酸洗液的浓度是本实验完成的关键。在实验的过程中，每个烧杯里的反应程度 不同，酸洗液的浓度越高，反应越剧烈，据观察，随着酸洗液浓度的升高，反应 越来越剧烈，在酸洗液浓度为3 时，反应越快，并且缓蚀试片表面的反应速度 最大，表面腐蚀速度也最快，再增加酸洗液的浓度时，缓蚀试片的表面反应速度 没有显着增长。这说明，在缓蚀剂浓度为0 2 5 9 l o m l ，清洗温度为5 0 ，清洗时 间为3 小时的条件下，酸洗液的浓度为3 时，低压锅炉的水垢清洗工作最完善， 并且对低压锅炉造成的损坏和腐蚀最小，此时，低压锅炉的清洗最彻底最节约原 料。 2 3 低压锅炉清洗过程中清洗时间的影响 单因素实验是用随机化的方法给处理指派实验序号和实验对象的实验设 计，在本实验中，选取的试验因素为清洗温度、缓蚀剂浓度、清洗时间以及 酸洗液浓度等，能够较明显的检查出实验效果。在以上的试验中，验证了缓 蚀剂浓度和酸洗液浓度的适宜实验条件，利用此实验条件，进行以下的清洗 时间和清洗温度等因素的实验和分析。 安徽理工大学硕士学位论文 表3 低