除铁过滤技术更迭换代——凝水泛黄、锅炉水发红、系统设备及管线腐蚀一步治理

  锅炉供热系统水中铁离子通常来源于氧腐蚀或弱酸性腐蚀。锅炉供热系统水包括蒸汽锅炉和热水锅炉的炉水、蒸汽凝结水、有换热器的一二次热水供暖系统水。以下就以蒸汽锅炉的炉水和凝结水为例介绍。

  炉水和蒸汽凝结水中氧气通常有两种来源。一种是锅炉给水系统除氧器效率不高，氧随锅炉给水进入炉水中，跟着炉水蒸发进入蒸汽中，又随蒸汽冷凝进入冷凝水中，最后 随凝结水回用到锅炉。另一种是高温蒸汽冷凝水回收系统大部分为开放式回收系统，空气中氧气通过开放的高温蒸汽冷凝水箱进入凝结水中，从而进入锅炉系统水中。

  锅炉系统设备及管线大都是碳钢材质，碳钢腐蚀产物是铁的氧化物，其反应化学方程式如下：

  炉水和蒸汽凝结水的氧腐蚀属于溃疡腐蚀，溃疡腐蚀发生后在金属的表明产生一个个鼓包，直径从1mm～30mm不等，鼓包的表面是黄褐色到砖红色，由各种铁金属氧腐蚀产物组成，去除这些腐蚀产物后，金属的表面是一个个腐蚀坑。炉水和蒸汽凝结水氧腐蚀一旦形成，就很难终止腐蚀过程的继续。

  第一种锅炉给水常用处理工艺——树脂软化罐生产软化水。树脂软化罐生产软化水即通过钠离子交换树脂的作用，将水中的钙镁离子用钠离子取代，将锅炉给水软化。但水中的碳酸氢盐（HCO3-）没有去除。当温度上升时，水中的碳酸氢盐HCO3-分解成CO2，锅炉中CO2气体随高温水蒸汽在冷凝回收管线中再次溶解在水中，导致凝结水的PH值下降，呈弱酸性，而酸性凝结水是导致冷凝回水铁离子超标的重要的因素之一。CO2弱酸性腐蚀能造成锅炉换热系统设备及高温蒸汽冷凝水管网壁均匀变薄，因此导致高温蒸汽冷凝水铁超标。

  第二种锅炉给水常用处理工艺——反渗透装置生产除盐水。反渗透装置生产除盐水即通过反渗透膜过滤除去水中阴阳离子，除盐水不含阴阳离子，非常纯净接近纯水故缓冲性很差，有试验表明，1升纯水中溶解入1毫克CO2, 纯水的PH值由7.0直降至5.5。

  二氧化碳进入炉水和蒸汽凝结水后形成碳酸（H2CO3）。H2CO3是一种弱酸，二氧化碳腐蚀的阳极反应和阴极反应方程式如下：

  二氧化碳造成的弱酸性腐蚀的产物是易溶的，不会沉积在金属表面，所以二氧化碳腐蚀是均匀腐蚀，其腐蚀的特点就是锅炉换热系统设备及高温蒸汽冷凝水管线金属壁均匀变薄。

  二氧化碳不仅对钢质换热系统设备及高温蒸汽冷凝水管网壁产生腐蚀，同时对金属铜也会产生腐蚀，当只有二氧化碳时，会对铜管产生脱锌腐蚀；当二氧化碳和氧同时存在时，对炉水和蒸汽凝结水所接触金属面会腐蚀加速。

  由于氧腐蚀或弱酸性腐蚀，炉水和高温蒸汽冷凝水中铁离子的化学组成通常是各种含水氧化铁的混合物，当蒸汽冷凝水中铁离子浓度小于700ug/L时，凝水看起来不显色；当受含有较多铁离子的蒸汽冷凝水进入锅炉受热浓缩氧化成三价铁后，炉水的颜色开始泛黄、发红。锅炉系统设备及管线腐蚀越严重，蒸汽冷凝水和炉水颜色越深，颜色看起来从正常纯净到泛黄、发红 、血红、红褐色、褐色、酱油色，出现由浅到深的变化。

  高温蒸汽凝结水铁离子进入锅炉中在锅炉受热面和炉管处沉积，形成的氧化铁水垢，氧化铁水垢不仅会引起垢下腐蚀发生即坑蚀作用，而且氧化铁水垢还会让炉管的传热效率大幅度降低，钢的平均导热系数为50 Kcal/mh·℃，氧化铁水垢平均导热系数为0.15Kcal/mh·℃，传热效率降幅有300倍之多，氧化铁水垢聚集在炉管内会引起炉管蠕变，最终引发爆管事故，对锅炉安全生产运行形成较大的隐患。

  常规的除铁过滤器大多采用锰砂或石英砂作为除铁的滤料，做成的储罐式的除铁过滤器，水通过锰砂或石英砂滤料过滤掉铁。必须重点提醒的是：锰砂或石英砂过滤技术，在温度高时，会释放出少量的硬度杂质，使处理后的水硬度超过锅炉给水标准，不能立即进入锅炉。使用锰砂或石英砂常规的除铁过滤器只适用于地下水和对水质要求低的处理项目中，不适用于高温凝结水的处理。如果用于高温水处理，需要先将水温降低到40-50摄氏度，超过40℃会再次析出硬度，然后在过滤后，再经过离子交换或阳离子树脂处理，去除硬度。此技术虽然条件限制多，但是成本低，目前各地的一些规模较小的企业还在使用，因为浪费了大量的热量，使用范围小。

  讨论题：某企业凝水泛黄，炉水发红，为处理问题该企业用锰砂除铁过滤器+石英砂过滤器组合（见上下图）给50T/h，70℃的高温蒸汽凝结水除铁和降浊度后，泵入除氧器进锅炉回用。请问这个凝水除铁工艺合理吗？同学你有什么好的建议或处理方法，我们大家一起讨论交流。

  阴阳树脂交换高温蒸汽凝结水除铁离子工艺就是：在中高压锅炉中，采用耐高温的阴阳树脂，高温凝结水在回用前，先过树脂床，将铁离子或水中残留的硬度去除。这种方法在铁离子浓度高时，含量长期高于0.05ppm就会造成树脂铁中毒，中毒后的树脂不能恢复功能。设备投资高，处理费用也高，特别不适合在低压锅炉处理中采用。其树脂对温度的要求也高，不能高于60度。树脂膜是很成熟的技术，但是因需要控温过滤，并且长时间处于高限值温度对膜的损害很大，并非经济持久的除铁方式。

  活性炭复合双层膜法主要工艺原理是：利用双层复合膜过滤冷凝水，同时除去冷凝水中的微量的铁，达到精细处理的目的。复合膜的主要成分为木质纤维素和活性炭，两种物质与水配制成特殊的比例的溶液后，由敷膜泵在过滤器中循环，最终在多孔管件滤元上形成复合膜。正常运行，冷凝水经过复合膜过滤层时，通过机械阻留、吸附、重叠、架桥等过程，将冷凝水中的杂质进行去除，随着膜吸附的杂质逐渐增多，滤料被压实、污染，膜两侧的压降逐渐增大，出水量下降。当压降达到一定值时，停止运行，进行曝膜，去除多孔滤元上的失效滤料，重新铺膜后继续运行。铺、曝膜周期根据待处理的冷凝水的水质确定，水质较差铺、曝膜周期就较短，一般的情况下，铺曝膜周期为 5-7 天。 整个处理过程一定要通过程序控制完成，当铁离子≥0.5ppm, 设备异常工作。在低压锅炉中，铁离子含量常常≥1ppm。采用该工艺，每小时回收 50 吨冷凝水的设备总投资在 170-250 万元之间，处理成本为 0.2-0.3元/吨冷凝水。与其它工艺相比该工艺的特点是：处理较为洁净的冷凝水时，成本较低，如出现冷凝水大量带油时较短时间内即须重新曝膜，增加处理成本，设备总投资较大。活性炭复合双层膜法使用厂家有：青岛石化、燕山石化等。

  冷凝水粉末树脂除铁工艺,采用粉末树脂覆盖多孔过滤元除去冷凝水中铁离子。粉末树脂覆盖除铁原理和运行过程与过滤介质吸附法覆盖原理相似，不同的是采用粉末树脂覆盖在多孔过滤元上，运行过程需要铺膜曝膜，曝膜周期为 15 天。采用该工艺，每小时回收 50 吨冷凝水的设备总投资在 400-500 万元之间，处理成本为 0.3 元/吨冷凝水左右。与其它工艺相比该工艺特点是技术先进、设备投资大，冷凝水处理成本高。目前该工艺在国外有较多应用案例，国内使用的厂家有兰州石化。

  高温烧结陶瓷滤料除铁法工艺原理为：待处理的冷凝水通过高温烧结陶瓷滤料层，除去冷凝水中的铁。冷凝水进入陶瓷滤料层，烧结陶瓷滤料具有许多细小的微孔，该微孔可以截留较小的三价铁微粒，随着杂质被截留的增多，烧结陶瓷滤料两侧的压差逐渐升高，达到一定值时，停止运行，用压缩空气和冷凝水对陶瓷滤料层进行反冲洗，冲洗完成后重新投入到正常的使用中。采用该工艺，每小时回收 50 吨冷凝水的设备总投资在 170-200 万元之间，处理成本为0.1 元/吨冷凝水。与其它工艺相比该工艺的特点是设备投资不大，冷凝水处理成本低，但可处理含油量较高的冷凝水，可以耐受换热器泄漏时高含油冷凝水的冲击。该工艺的用厂家有北京石化、武汉石化、湖南中烟、百事可乐等。

  如何选择蒸汽凝结水除铁过滤技术？北京化工大学 北京化新通达清洗技术有限公司 北京安运通源节能环保科技有限公司 颜辉 经理 欢迎各位同学随时交流！提供给水、炉水、凝水水样检测及书面检测报告服务；提供锅炉蒸汽冷凝水除铁离子技术方案，提供锅炉及供热系统高效防腐阻垢技术方案，提供蒸汽冷凝水不达标回用到锅炉解决方案，提供炉水发红解决方案、凝水发黄及锅炉爆管解决方案，提供冷凝水硬度超标解决方案。除铁过滤技术更迭换代——凝水泛黄、锅炉水发红、系统设备及管线腐蚀一步治理

  高梯度电磁除铁能够有效去除冷凝水中氧化铁，但运行成本昂贵，一台处理量为100t/h的高梯度电磁除铁器 日耗电达1500度，并且内部的不锈钢丝填料更换费用昂贵，只是在水质精度要求很高的场合使用。适用的有发电锅炉，高压锅炉，目前高梯度电磁除铁离子设备使用厂家有重庆烟厂等。

  磁增益复合除铁技术是一种创新的冷凝水除铁技术，磁增益复合除铁技术既具有电磁除铁设备对氧化铁的针对性吸附凝聚效能，又有对悬浮物和胶体的高效率吸附过滤功能，“氧化铁”微粒是一种具有铁磁性（Fe3O4）或顺磁性（Fe2O3）的物质，在磁场中会被磁化而具有磁性，利用冷凝水中所含氧化铁的物理特性，让冷凝水流经有组织的磁场，使水中氧化铁被磁化而使其具有较强的相互吸附凝聚性。磁增益复合除铁技术设备的电、水耗及材料耗费低，除铁、滤悬浮物效果稳定，适应能力强，操作管理简单方便。该技术在运行成本、除铁效果、综合净水能力等方面表现突出，使电耗较传统电磁除铁设备下降了85%左右。磁增益复合除铁技术使用厂家有大庆炼化公司动力厂。

  用高纯钛或钛合金不规则粉末加工而成的钛滤滤芯过滤器，过滤精度：0.2--100um，耐高温（300℃湿态），耐酸碱腐蚀；压差低、占地面积小、流量大；易清洗，可在线年以上。钛棒最小过滤精度为0.2um确定了除铁过滤效果不会太理想，通常用于蒸汽凝结水除铁粗滤或中间过滤。

  以上八种高温蒸汽冷凝水除铁离子工艺都是设备除铁离子，虽然设备除去高温蒸汽冷凝水中的铁离子，让高温冷凝水铁离子达标进锅炉安全使用，但是锅炉用汽系统和凝结水回收系统的设备及管网的氧腐蚀和弱碳酸腐蚀还在持续进行，蒸汽锅炉冷凝水设备除铁离子属于治标没治本。

  针对锅炉用汽系统和凝结水回收系统的设备及管网的氧腐蚀和弱碳酸腐蚀,一般都会采用化学药剂法对其做处理。化学药剂通过在锅炉蒸汽出口投加皮膜胺或炉前投加挥发性氨的方法在回水管线内成防腐膜或提高回水的PH值，一般会用BF-31T冷凝水系统保护技术，投加北京化工大学专.利产品BF-31T冷凝水系统保护剂，来阻止腐蚀的发生。

  BF－31T冷凝水系统保护剂，加入系统后，具有最佳气液相比；BF－31T冷凝水系统保护剂会在锅炉水的汽相侧金属和液相侧金属表明产生单分子层保护膜，该膜不仅仅具备吸附及憎水作用，还不影响锅炉受热面及炉管和换热器热传导效率。因为该膜的分子间隙比CO2、O2的截面小，防止了系统氧腐蚀和弱碳酸腐蚀的发生，从而既保证蒸汽凝结水铁离子浓度达到国标GB1576-2008《工业锅炉水质》要求，从源头杜绝了铁离子产生，又能让发黄的凝结水和红色的炉水在72小时内颜色回归正常，保护了锅炉用汽系统和凝结水回收系统的设备或管网，让整个锅炉系统设备和管线不再腐蚀、穿孔、泄露，除去锅炉系统安全运作隐患，延长设备常规使用的寿命，真正的完成了正本清源、标本兼治。

  BF-31T冷凝水系统保护剂工艺使用企业有北京华腾化工有限公司，廊坊经济技术开发区、国家电投集团、黄河水电新能源分公司、新疆聚酯有限公司、大连轮胎厂、北京丽华饭店、北大荒麦芽厂，北京宋庄供热公司等。

  除铁过滤技术更迭换代——凝水泛黄、锅炉水发红、系统设备及管线腐蚀一步治理(颜辉)