1、锅炉冷凝水铁的来源及回收利用效益分析一、概述蒸汽冷凝水铁的来源：1)冷凝水的氧腐蚀冷凝水中氧气的来源冷凝水中 O2 的来源有二个，一是蒸汽中含有一定量的 O2，即锅炉给水除氧设备运行效果不理想，或运行管理不善会含有一定的 O2，含有 O2 的给水进入锅炉后，O 2 会随着水的蒸发进入水蒸汽中。冷凝水中 O2 的另一个来源是在其输送过程中溶入空气中的氧气。确切地说，工厂生产中的冷凝水回收系统大部分为开式系统，冷凝水箱有一呼吸孔直通大气；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，水箱外的气体进入水箱内，由于水箱内的气体中 O2 的浓度与水箱外空气中 O2 的浓度存在较大的浓度差，随
2、着冷凝水箱的呼吸，大气中氧气不断进入冷凝水箱。 氧腐蚀的机理冷凝水的输送管道一般是钢制管材，其腐蚀产物是铁的氧化物，其反应方程式如下：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：Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3 Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 Fe3O4 + 4H2O 冷凝水中铁的化学组成实际上并不像其化学式那么简单，常常是各种含水氧化铁的混合物，受污染的冷凝水的颜色是红褐色，且腐蚀越严重，颜色越深 。氧腐蚀的特征冷
3、凝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 1mm30mm 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。冷凝水氧腐蚀一旦形成，就很难阻止腐蚀过程的继续。氧腐蚀的影响因素氧腐蚀的影响因素很多，影响冷凝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：冷凝水中 O2 的浓度越大，氧腐蚀的速度越大。但当 PH7，金属的表面会形成一层致密的保护膜，阻碍氧腐蚀的继续。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，氧腐蚀的速度也快。 水流速
4、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。2)冷凝水的酸腐蚀在低压锅炉中，锅炉给水采用的是软化水，软化技术是通过树脂的作用，将水中的钙镁离子用钠离子取代。但水中的碳酸氢盐（HCO 3-）没有去除。当温度升高时，水中的 HCO3-分解成 CO2 ，CO 2 气体随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。严重的情况下，冷凝水发红甚至呈酱油色。冷凝水中的酸性物质 H2CO3，H 2CO3 分解为 H+和 HCO3-。CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 = H+
5、 + HCO3- CO2 的来源冷凝水中的 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 酸腐蚀的机理CO2 进入冷凝水后形成碳酸（H 2CO3） 。H 2CO3 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+在腐蚀中不断消耗式（2-7）的电离平衡被打破，反应向右
6、进行，不断电离出 H+供腐蚀反应使用，直至 H2CO3 消耗完毕。CO 2 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，不会形成保护膜。CO2 不仅对铁产生腐蚀，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 O2 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，CO 2 对铜管的腐蚀主要发生在蒸汽冷凝水（疏水）液面上方的铜管表面，实验表明：当热交
7、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 500600mg/L。冷凝水的酸性，通常采用化学药剂法对其进行处理。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，来阻止腐蚀的发生，保证冷凝水铁离子浓度达到回用标准。但这种方法只适用于蒸汽用途单一，管道不长的饭店和采暖系统。对于蒸汽用途复杂的工厂或食品，药品等现场，这种处理常常达不到预想的处理效果。另外，在有些食品和烟草生产中蒸汽是直接与物料接触的，不允许在蒸汽中加入药剂。所以说，用药剂改善回水系统的腐蚀是有局限性的。蒸汽作为一种热源载体，在石油、化
8、工、造纸等工业领域得到广泛的运用。蒸汽在用汽设备中放出潜热之后变成饱和冷凝水，其所具有的热量占到了蒸汽全部热量的 20%30% 。冷凝水是优质的热源给水，具有很高的热值和软水价值，如果对其充分地回收利用，则将大大降低软化水费用、燃料的消耗量和企业排污费用。因此，在能源日益紧缺的今天对冷凝水进行回收和利用，具有很大的节能潜力，冷凝水的最大化利用是节能节水的一种有效措施。目前，我公司的锅炉冷凝水是经过加清水降温后直接排放到污水处理厂，不仅造成了严重的能源浪费，而且还污染环境。究其原因，主要是锅炉冷凝水在运用的过程中因为水中存在的氧气和二氧化碳造成了氧腐蚀和酸性腐蚀而使锅炉冷凝水中的铁含量超标。含量
9、超标会导致锅炉结生铁垢，严重影响锅炉的安全运行。因此，解决锅炉冷凝水回收系统中铁含量超标的问题，冷凝水才能回收利用，达到最优化的经济效益。二、锅炉冷凝水回收的意义冷凝水是蒸汽锅炉的产物，当水在锅炉中被加热，转变为蒸汽。蒸汽在使用后降温在变相为水，径冷凝水管道回收。蒸汽的热能由显热和潜热两部分组成，通常用汽设备只利用蒸汽的潜热和少量的显热，释放潜热和少量的显热后的蒸汽还原成高温的凝结水是饱和的高温软化水，其热能价值占蒸汽热能价值的 25%左右，而且也是洁净的蒸馏水，适合重新作为锅炉给水。回收蒸汽凝结水作锅炉给水具有以下特殊的优点和经济性：、减少锅炉补给水量、节约用水和运行费用工业锅炉的补给水一般
10、采用钠离子交换软化处理，对于碱度较高的原水还需采用软化-降碱处理。回收蒸汽凝结水作锅炉给水，就可以减少补给水处理量，不但能节约大量用水，而且降低水处理运行费用。此外，将蒸汽凝结水回收作锅炉给水，还可缩小或简化补给水处理系统，节能投资，尤其对碱度较高的原水，当凝结水回收率较大时，有的可省去降碱处理的氢离交换系统，这可使投资减少约 50%左右；、提高给水品质，降低锅炉排污率在锅炉运行中，一方面为了保持蒸汽品质良好，防止受热面结垢，必须对锅炉进行适当的排污。另一方面，锅炉排污越多，造成热能、给水和药剂的损失就越多。因此，当锅水中允许的杂质含量确定后应控制的锅炉排污率大小取决于给水中的杂质含量。在正常
11、情况下，蒸汽凝结水相当于纯净水，杂质含量极低。对于工业锅炉来说，当凝结水回收作给水时，回收率越高，给水品质就越好，一般杂质含量可降低 510 倍，由此可大大降低锅炉排污率；、提高给水温度，降低燃料消耗一般蒸汽凝结水的温度都较高，在适当的保温措施下，回水的温度可达 7095 ，而补给水的水温只有 535，两者温差可达 60以上。因此，用凝结水作给水就可大量节约能源，减少燃料费用，尤其对于燃油、燃气锅炉来说，可获得的经济效益更为显著；、降低给水溶解氧含量，减少氧腐蚀利用凝结水作给水，不但提高了水温，而且凝结水中的溶解氧含量较低，可确保给水余氧含量达到合格标准。根据水中氧含量与温度、压力的关系，在常
12、压下，水温升高 60，含氧量可降低 66%80%，可显著减少锅炉的氧腐蚀。三、锅炉冷凝水的除铁水中铁的危害地下水中的铁一般是二价铁的存在，从地层水中抽出来的含铁水比较清，但是由于二价铁在水中的溶解度较大，与空气接触被空气中的氧气氧化生成难溶于水的三价铁的氢氧化物从水中析出。一般的，水中铁含量大于 0.3mg/L 时水会变浑浊，超过 1mg/L 时，水就会有铁腥味。在生活中使用含过量铁的水，洗涤的衣物上会生成锈色斑点，影响人们的生活质量。冷凝水中含铁量也是工业锅炉水质标准中给水的一个重要指标。很大一部分锅炉冷凝水因不符合锅炉给水要求，含铁量过高而被直接排放，不仅使能源白白浪费还造成了一定的环境污
13、染。造成这一现象的原因是，如果锅炉使用的补给水含铁量过高的话，会导致锅炉受热面炉管产生氧化铁垢，使锅炉的传热性能降低，炉管壁温过高而引起炉管鼓包爆管，威胁锅炉的安全运行。因此，锅炉给水要严格控制，锅炉冷凝水一定要经过除铁处理，使锅炉给水达到标准之后才能回用。国家工业锅炉水质标准 GB/T 1576-2008额定蒸汽压力/MpaP1.0 1.0P1.6 1.6P2.5 2.5P3.8项目补给水类型 软化水 除盐水 软化水 除盐水 软化水 除盐水 软化水 除盐水浊度/FTU 5.0 2.0 5.0 2.0 5.0 2.0 5.0 2.0硬度/（mmol/L）0.030 0.030 0.030 0.
14、030 0.030 0.030 5.010-35.010-3PH 值（25） 7.09.0 8.0-9.5 7.0-9.0 8.0-9.5 7.0-9.0 8.0-9.5 7.5-9.0 8.0-9.5溶解氧（mgL）0.10 0.10 0.10 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050油（mgL） 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0全铁（mgL）0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.10 0.10 0.10给水电导率（25）（/cm） 5.51021.11025.01021.01023.510280.0无过热器6.0-26.0 1
15、0.0 6.0-24.01 10.0 6.0-16.0 8.0 12.0 4.0全碱度(mmol/L) 有过热器 14.0 10.0 12.0 8.0 12.0 4.0无过热器4.0-18.0 6.0 4.0-16.0 6.0 4.0-12.0 5.0 10.0 3.0酚酞碱度/(mmol/L) 有过热器 10.0 6.0 8.0 5.0 10.0 3.0PH 值（25） 10.0-12.0 10.0-12.0 10.0-12.0 10.0-12.0 10.0-12.0 10.0-12.0 9.0-12.0 9.0-11.0锅水溶解固形物/(mg/L)无过热器4.01034.01033.510
16、33.51033.01033.01032.51032.5103有过热器 3.51033.51032.51032.51032.01032.0103磷酸根/（mg/L） 10.0-30.0 10.0-30.0 10.0-30.0 10.0-30.0 5.0-20.0 5.0-20.0亚硫酸根/(mg/L) 10.0-30.0 10.0-30.0 10.0-30.0 10.0-30.0 5.0-10.0 5.0-10.0相对碱度 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20国家锅炉给水标准为：铁离子0.3mg/L；浊度5 度。四、锅炉冷凝水回收的经济效益1、概述我公
17、司产生冷凝水 25 T/h（原料整理车间建成使用后的预估量） ，冷凝水温度（80-90），计算按每年（300 天）凝结水回收后产生的经济效益。（1） 、现状：用于工艺热源的蒸汽经汽-水热交换器交换后冷凝水没有回收利用，而是加清水降温后排入污水处理厂，即白白的损失了冷凝水的热量，也损失了宝贵的水资源，同时还增加了污水处理的费用。（2） 、改造措施：在凝结水回收箱后添加凝结水净化装置，将冷凝水回收，经除铁过滤处理后，回收的冷凝水供锅炉使用。2、回收效益计算（1）数据采用凝结水回收量：25t/h；回水平均温度：85；清水温度：20；锅炉燃料：原煤，热值 4500Kcal/kg，价格 749 元/t（
18、合同价） ；水费：清水价格 1.5 元/t，软水处理费用：1.5 元/t；计算天数 300 天。（2）冷凝水回收水的效益每天回收冷凝水：25t/h x 24h =600t/d；每年回收冷凝水：600t/d x 300d = 180000t/年；回收的水无需做软化水处理，供锅炉使用，减少了软化水的费用、加清水降温费用及污水处理的费用，同时还节约了清水，节约费用明细见下表：从上表看出，冷凝水回收水的年效益为 2536300 元。（3）冷凝水回收热量的效益按每小时回收 25t/h 冷凝水，温度 852065（水的比热为 1） ，即按65Kcal/kg 计算。每小时回收热量：25100065 1625
19、000 Kcal/h；每天回收热量：16250002439000000Kcal/d；每年回收热量：3900000030011700000000 Kcal/年；换算为原煤用量：1170000000045002600000 Kg2600t；所以冷凝水回收热量的年效益为：2600t 749 元/t1947400 元。（4）冷凝水回收的年总效益冷凝水回收水的效益节约项 价格 每年节约成本（元/ 年） 备注可直接节约处理软水消耗的 183600t/年的清水天成本1.5 元 /t 275400（1 ） 1.02 清水可处理得 1t软水；（2 ）河水 1.3 元/t ，加上处理成本及河水处理过程中的水损耗，
20、清水价格初按 1.5元/t 计。183600t 清水处理成软水的年成本 1.5 元 /t 275400含电耗、化学试剂、人工、化验、石英砂和过滤树脂损耗等费用（不含清水费）冷凝水排入污水前加清水降温的费用（85的180000t 冷凝水需加 20的清水 470000t 降温至38）1.5 元 /t 705000该冷凝水需加清水量根据热平衡进行计算：Q 吸=Q 放，即：C*m 冷*t冷=C*m 热*t 热，m 冷=180000*（85-38）/（38-20）=470000t。180000t/年冷凝水+470000t/年清水排到污水处理厂的处理成本0.97 元/t 合同价+1 元/t加碱成本1280
21、500 根据加碱成本核算，每吨污 水加碱调 pH 成本约 1 元以上费用合计 2536300年总效益回收水的年效益回收热量的年效益2536300 元 1947400 元4483700 元五、锅炉冷凝水除铁的技术方案介绍从目前了解的冷凝水除铁厂家当中，我们列出两家对其各方面指标进行综合比较（见下表）：厂家对比项目 江苏紫金瑞风环境工程有限公司 北京勤诚创业科技有限公司过滤方式 陶瓷滤料过滤 钛棒过滤工艺流程（方案）冷凝水通过回收时的余压进入水质平衡器内，平衡器将水中低价铁离子快速转化成高价铁离子，增加过滤效果。当平衡器内液位达到设定液位高度时过滤泵开始启动，将平衡器中的冷凝水经过滤泵流入除铁过滤
22、器进行正常过滤，过滤后的出水达到回用的铁含量标准。（详见图 1）凝结水因背压进入凝结水罐，在这里扩容降压均化水质。随着水罐内水位变化，液位计发出指令启动水泵组，将凝结水推向过滤机组，通过过滤机组将冷凝水处理达标，通过出水管道进入除氧器。（详见图 2）允许进水温度 100 120允许进水含铁量 10mg/L 5mg/L设计处理能力 25T/h 40T/h处理后水质 铁离子0.3mg/L ，浊度5 度 铁离子0.3mg/L，浊度3 度滤料使用年限（年） 23 15罐体材料 碳钢，内部高温防腐处理 SS304控制系统 SQ-25 PLC 控制 西门子 S7-200占地面积 6mx2.5m=15 5.5mx1.5m=8.25运行功率（kw） 7 15工期（天） 49 45设备总价（万元） 128.7 132土建及安装费用 已含 已含质保（年） 1 1投资回收期（月） 4 4图一图二六、总结依据以上分析，冷凝水的回收对我公司来说可以减少水资源的浪费，节省锅炉燃料，还可省去一部分软化水和污水处理的费用。从环境保护的方面来看，也可以减少对环境的污染，符合环保政策。建议采用钛棒过滤。
