蒸汽凝结水除铁装置

凝结水为什么要除铁
     锅炉蒸汽冷凝水接近蒸馏水，冷凝水的含盐量远低于软化水，重复循环使用可以使锅水的浓缩过程延长，回收合格的蒸汽冷凝水可以改善锅炉的运行工况，减少锅炉排污以及排污热的损失，提高锅炉补水的温度，减少软化水的生产；与此同时锅炉蒸汽冷凝水蕴含有大量的热能，蒸汽冷凝水回收再利用价值为20-30元/吨，年节能效益非常可观，回收蒸汽冷凝水作为锅炉补水是锅炉节水节能的最佳措施，得到了很多企业的重视。高温蒸汽冷凝水回收利用有很多好处，但是大部分企业对于冷凝水回收过程因隐性腐蚀造成的铁超标大多视而不见，往往水质出现了明显的问题才想起来处理。
     但由于在输送、使用、回收等过程中，受到管网与设备泄漏而引起的污染、腐蚀等，造成蒸汽凝结水品质下降，而含有过多的铁。锅炉除氧不彻底、设备或管道泄漏，或开放式回收系统均可导致氧进入凝结水，而给水中的碳酸氢盐分解出的CO2溶解于凝结水中，使凝结水呈现酸性，氧和酸性条件会令凝结水对管道或设备产生腐蚀，产生二价铁离子及铁锈存于水中，使凝结水水质恶化。

一、高温蒸汽凝结水铁离子来源于氧腐蚀：
     1、高温蒸汽凝结水铁离子或蒸汽冷凝水中氧气的来源
高温蒸汽凝结水铁离子或蒸汽冷凝水中氧气通常有两种来源。一种是锅炉给水系统无除氧器或除氧器效率不高。
     另一种是高温蒸汽凝结水回收系统大部分为开式回收系统，高温蒸汽凝结水箱有呼吸孔直通大气；当水箱液位上升时，水箱内的气体排入大气，当水箱液位下降时，水箱外的的气体进入水箱内，由于水箱内的气体中氧的浓度与水箱外空气中氧的浓度存在较大的浓度压力差，随着冷凝水箱的呼吸，大气中氧气源源不断进入高温蒸汽凝结水箱。
     2、高温蒸汽凝结水氧腐蚀的机理
     锅炉换热系统设备及管网、高温蒸汽凝结水的输送管道大都是钢制管材，其腐蚀产物是铁的氧化物，其反应化学方程式如下：
阳极反应：Fe → Fe2++2e
阴极反应：O2+2H2O+4e →4OH-
     以上反应的产物Fe2+在水中会与相关物质进一步进行反应，其过程如下：
Fe2++2OH- → Fe (OH)2
4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe (OH)3
Fe (OH)2 + 2Fe (OH)3 → Fe3O4 + 4H2O
     高温蒸汽凝结水中铁的化学组成实际上并不像其化学式那么简单，通常是各种含水氧化铁的混合物，受污染的高温蒸汽凝结水的颜色通常是红褐色，受腐蚀严重度的影响，高温蒸汽凝结水腐蚀越严重，颜色越深，颜色从看起来纯净到发黄、发红、血红、红褐色、酱油色。
     3、锅炉高温蒸汽凝结水换热系统设备及管网氧腐蚀的特征
     高温蒸汽凝结水的氧腐蚀属于溃疡腐蚀，腐蚀发生后在金属的表面形成一个个鼓包，直径从1mm～30mm不等，鼓包的表面是黄褐色到砖红色，由上述的各种氧腐蚀产物组成，去除这些腐蚀产物后，金属的表面是一个个腐蚀坑。高温蒸汽凝结水氧腐蚀一旦形成，就很难阻止腐蚀过程的继续。
     4、高温蒸汽凝结水氧腐蚀的影响因素
     氧腐蚀的影响因素很多，影响高温蒸汽凝结水氧腐蚀的因素主要有：PH值、溶解氧浓度、水流速、温度等：
     PH值：PH值越小，腐蚀速度越快。
     氧浓度：高温蒸汽凝结水中O2的浓度越大，氧腐蚀的速度越大。
     温度：温度越高，氧腐蚀的速度越快。当温度升高时氧的扩散速度快，氧腐蚀的速度同步也加快。
     水流速度：水流速度越大，水中各物质的扩散速度加大，氧气扩散到金属表面的速度增加，从而加快氧腐蚀。

二、高温蒸汽凝结水的弱酸性腐蚀
     在低压工业锅炉中，软化技术是通常是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。当温度升高时，水中的HCO3-分解成CO2，CO2气体随高温水蒸汽在冷凝回收管线中再次溶解在水中，导致冷凝水的PH值下降，呈弱酸性，而酸性冷凝水是导致冷凝回水铁离子超标的主要因素。CO2弱酸性腐蚀能造成锅炉换热系统设备及高温蒸汽凝结水管网壁均匀变薄，从而导致高温蒸汽凝结水铁超标。
     高温蒸汽凝结水中的酸性物质H2CO3，H2CO3分解为H+和HCO3--。
CO2+ H2O = H2CO3
H2CO3 = H+ + HCO3-
     1、高温蒸汽凝结水铁离子或蒸汽冷凝水中CO2的来源
     高温蒸汽凝结水中的CO2主要来源于蒸汽，蒸汽中的CO2气体的主要来源是蒸汽锅炉补给水中游离CO2和碳酸盐类在炉内受热分解。碳酸盐炉内分解的反应方程式为：
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2+ H2O
     2、高温蒸汽凝结水弱酸性腐蚀的机理
      CO2进入冷凝水后形成碳酸（H2CO3）。H2CO3是一种弱酸，在水中电离的H+不多。但冷凝水是比较纯净的水，含盐量小，缓冲性差，即使像H2CO3这样的弱酸也会使PH值有较大的下降。当纯水中CO2为1mg/L时，纯水的PH值由7.0降至5.5。同时随着H+在腐蚀中不断消耗，电离平衡被打破，反应向右进行，不断电离出H+供腐蚀反应使用，直至H2CO3消耗完毕。CO2腐蚀的阳极反应和阴极反应方程式如下：

阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e
阴极反应：2H+ + 2e → H2
     CO2腐蚀的腐蚀产物是易溶的，不会沉积在金属表面，所以CO2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凝结水管网壁均匀变薄。
     CO2不仅对钢质换热系统设备及高温蒸汽凝结水管网壁产生腐蚀，同时对金属铜也会产生腐蚀，当只有CO2时，会对铜管产生脱锌腐蚀；当CO2和氧同时存在时，对铜管中的金属铜也会产生腐蚀，其腐蚀产物是易溶的Cu2+。由于铜的热阻小，换热器的换热管束一般采用铜管，CO2对铜管的腐蚀主要发生在高温蒸汽凝结水（疏水）液面上方的铜管表面，有实验表明：当热交换器中进汽中的CO2浓度为8mg/L时，疏水上方的铜管水膜中CO2的含量为500～600mg/L。
     3、高温蒸汽凝结水铁离子的危害
     高温蒸汽凝结水的铁离子同二价金属钙镁离子一样在锅炉中堆积成垢，形成的氧化铁水垢，不仅会引起垢下腐蚀发生，而且氧化铁水垢让炉管的传热效率大幅降低，传热效率降幅有400-500倍之多，氧化铁水垢聚集在炉管内会引起爆管危险，对锅炉安全运行形成较大的隐患。
     我公司开发的除铁装置 ( 凝结水除铁过滤器 ) ，是一种创新的凝结水除铁技术装备，它应用最新的（HNMn50）滤元，既具有对铁离子有针对性的去除效能，又有对悬浮物和胶体的高效率吸附过滤功能，该除铁技术设备的电、水耗及材料耗费低，除铁、滤悬浮物效果稳定，适应性强，操作管理简单方便。已陆续在各大型凝结水除铁项目中得到工业应用，几年来实践结果表明：该设备在运行成本、除铁效果、综合净水能力等方面表现突出，电耗较传统电磁除铁设备下降了80%，在凝结水净化除铁方向上极具推广价值。

特点
        除铁效率高。
        采用专利的设备结构设计和特殊的处理介质，过滤精度高（可达到1µm）；在凝结水除铁应用中，滤后水中铁含量可轻松降到0.05ppm以下。
        不改变水质硬度。
        采用独家研制的滤料，由于烧结温度高，过滤性能稳定，无硬度析出物；
        出水水质稳定。
        因处理机理的优势和滤料的高容污量，系统抗冲击性强，可做到在原水悬浮物浓度变化很大的情况下，也只用单级过滤即可保持过滤精度的稳定，且系统在每次反洗后正常工作十分钟内出水铁含量就可降到0.05ppm，并且在过滤周期内始终保持稳定。
        采用PLC控制全自动运行方式。 
为保证处理效果，减少操作失误问题，采用PLC控制全自动运行方式。用户可和已有的中控系统联结，实时监控
        反洗效率高。
        因系统的反冲洗水不能使用自来水，而锅炉的软化水设备的制水量有限。本系统采用独创的逐点脉冲气水复合反冲洗方法及结构，大幅降低反洗水量，同时增大滤料的比表面积，延长反洗周期，只用少量软化水（当条件不允许时，也可以采用待过滤的冷凝回收水）反洗即可保证系统正常工作。
        截污容量大，过滤周期长。
        本系统使用其滤料的比表面积大，吸附能力强，纳污量是普通过滤器的十倍以上，使过滤周期大大延长。凝结水系统中的铁含量平均在5ppm以内时，过滤周期约7-15天，铁含量平均在2--3ppm时，过滤周期在14--21天反洗一次。
        运行能耗低。 
        a.采用常压或低压过滤，不增加任何新的动力装置，从而大大降低了运行费用。 b.反洗耗电：仅为1-2度电/次； c.反洗耗水：仅为传统方式的5%以下。