解决锅炉给水pH值正常、炉水pH值一直偏低问题的5项措施

解决锅炉给水pH值正常、炉水pH值一直偏低问题的5项措施

摘要：本文通过某水泥厂锅炉炉水异常、pH值偏低一直提不起来的问题实例，分析了锅炉给水pH正常而炉水pH值偏低的4种原因，通过排除法逐步找到造成炉水pH值偏低一直提不起来问题的具体原因，并提出了解决措施，排除了锅炉腐蚀、水冷壁爆管等导致潜在锅炉系统设备安全生产隐患，保障了锅炉系统设备的安全、稳定运行。

关键词：炉水pH值；炉水发红；锅水pH值偏低； 磷酸盐隐藏；炉水指标异常；DOC/TOC；总有机碳；溶解性有机碳

一、概况

某水泥厂利用水泥生产过程中低于350摄氏度的废气分别进入2台余热锅炉，进行热交换生成水蒸气带动电机发电，水泥厂配套了一套18MW的余热发电机组。4年来，余热发电系统运行状况相对稳定，锅水pH值控制在10.5-11.5。直到2024年3月初开始，2台余热锅炉时常有炉水pH值偏低不良状况发生，从2024年4月至2024年7月期间，在锅炉给水的总硬度、溶解氧‌、全铁、电导、SiO₂、pH值均在正常范围内情况下，2台余热锅炉炉水pH值出现连续偏低，炉水外观颜色发红的异常现象，pH值长时间处在8.0-9.0，尤其是2024年6月， 3次录得AQC窑头余热锅炉炉水pH值在6.4左右，7次录得窑尾SP余热锅炉炉水pH值在6.2左右。

二、炉水ph值低的危害

炉水pH值低主要的危害是直接破坏金属表面保护膜，引发酸性腐蚀，导致炉管、炉筒等受热面减薄甚至穿孔‌，对锅炉安全构成即时性威胁。‌‌pH值过低还会引发一系列连锁问题：‌‌

1、影响磷酸盐防垢‌。磷酸根与钙离子生成易排污的水渣需要碱性环境，pH低时该反应被抑制，防垢效果变差。

‌2、增加蒸汽硅酸携带‌。低pH会促进硅酸盐水解，炉水硅酸根浓度升高，导致蒸汽中硅酸携带量增加，影响蒸汽品质。

‌3、腐蚀速率指数级上升‌。当pH值低于5时，腐蚀速率呈指数级增长，可能在较短时间内造成设备结构性损坏。‌‌

三、炉水pH值偏低应急处理措施

1、减少锅炉排污量提升锅水pH值

通常锅炉给水在炉内蒸发浓缩，炉水pH值应该上升，不应该出现下降这种异常状况。刚开始水泥厂为了提高炉水pH值，采取减小锅炉连排和定排的排污量的措施，但是炉水pH没有任何变化。

2、加大磷酸三钠投加量提升锅水pH值

为了控制炉水pH值指标在国标范围内，水泥厂随后采取加大锅炉给水磷酸三钠的药剂量的措施来进行遏制，虽然加大磷酸三钠药剂量后炉水pH值有明显回升，但是加大药剂量后，炉水的电导率、磷酸根过高。当锅水pH值低于8.3时，加入锅炉水中的磷酸三钠与锅内的酸性物质发生化学反应生成Na2HPO4和NaH2PO4，在高热负荷的水冷壁管上会发生如下反应:

Fe+NaH2PO4-NaFePO4+2H

2Fe+Na2HPO4+2H2O->2NaFePO4+NaOH+4H

反应生成磷酸亚铁钠NaFePO₄，这是一种外观呈黑褐色、导热性极差可以在锅炉水冷壁上沉积特殊的铁垢，磷酸亚铁钠垢还会发生垢下金属腐蚀即坑蚀，金属腐蚀坑随时间延长不断加深，会出现穿孔泄漏形成锅炉系统设备安全生产隐患。

炉水磷酸根过高，不仅会引发炉水起泡、蒸汽带水问题，还会造成磷酸盐隐藏现象。锅炉高热负荷时，磷酸盐溶解度不升反降，在炉管上结晶析出形成磷酸盐垢，磷酸盐垢导热系数小，传热效率低，易造成炉管过热强度下降，经常听到有用户反映因为磷酸盐垢导致锅炉过热器结垢爆管情况；锅炉负荷下降时，锅水磷酸盐溶解度随温度下降而上升，磷酸盐垢重新溶解进入锅水中，表现在锅水检测中，锅水磷酸根指标忽高忽低波动大。磷酸根好像测不准，笔者在现实中发现，水质检测人员套用前期数据，磷酸根指标记录形同虚设的情况也屡见不鲜。

3、对炉水实施磷酸三钠（Na₃PO₄）加氢氧化钠（NaOH）协调处理

由于加大磷酸三钠投加量提升锅水pH值，对锅炉生产运行存在多重安全隐患，水泥厂最后采取对炉水实施磷酸三钠加氢氧化钠（Na₃PO₄+NaOH）协调处理措施来提高锅水pH值。磷酸三钠+氢氧化钠协调处理方式是工业锅炉常用的锅内水质调控方案，核心是通过两种药剂的协同作用，同时实现防垢、防腐的双重目标。

磷酸三钠可与炉水中的钙、镁离子反应，生成松散的碱式磷酸钙水渣，避免形成坚硬的硫酸钙、硅酸钙水垢，还能维持炉水中的过剩磷酸根浓度，进一步降低钙离子析出风险。

氢氧化钠可快速调节炉水pH值，配合磷酸三钠的水解缓冲作用，让炉水pH稳定在安全区间。

二者协同能避免单一药剂的缺陷，既防止单独加磷酸三钠时pH提升不足导致的金属腐蚀，也避免单独加氢氧化钠时局部碱度过高引发的苛性脆化问题。

水泥厂对炉水实施磷酸三钠加氢氧化钠Na3PO4+NaOH协调处理后，尽管锅水pH能提升到正常区间，但是加大药剂还是对锅炉设备安全生产存在隐患，必须找出导致炉水异常pH值偏低的具体原因加以解决。

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四、炉水pH值偏低问题分析

由于锅炉给水pH值正常，给水进炉蒸发浓缩后pH值不升反降，需要加大剂量投加Na₃PO₄+NaOH协调处理才能将pH值控制正常范围，那么炉水中一定有中和的酸性物质，找出这些酸性物质的来源就能解决问题。根据上述情况对该水泥厂可能造成炉水pH值降低的原因进行逐个检查和分析。

1、检测蒸汽冷凝回水pH值、电导、硬度、铁离子、DOC指标，未发现凝汽器有腐蚀泄漏杂质进入系统。

2、检查产水设备及水汽系统所加药剂和再生药剂，药剂品质和供应来源未变，也没有发现有异常杂物。

3、取产水设备出口水样检测pH值、电导、硬度、铁离子、DOC指标，发现DOC 3400μg/L指标异常。

4、取产水设备入口原水水样检测‌总硬度‌、总碱度、浊度‌、二氧化硅、氯离子、全铁‌、油含量、电导率、DOC、pH值，发现DOC 5700μg/L指标异常。

通过排查可能造成炉水pH值降低的原因，可以确定是锅炉给水原水DOC指标超标，原水中的有机物形成了水溶性胶体，通过离子交换未能去除掉，通过补给水系统直接进入了锅炉后经高温分解生成低分子有机酸，引发炉水pH值偏低和设备酸性腐蚀。这就是造成2台余热锅炉给水pH正常而炉水pH值连续偏低，炉水外观颜色发红的异常现象的原因。

四、炉水pH值偏低问题解决过程

针对锅炉给水和原水DOC指标都超标导致锅水pH值偏低、锅水发红、锅炉腐蚀问题，水泥厂采取5项措施：

1、在给水生产设备前端增设预处理拦截装置，降低锅炉原水DOC指标，具体就是在多介质过滤器后增设活性炭过滤器，可吸附大部分大分子溶解性有机物，同时同步去除余氯，避免后续树脂被氧化降解出额外有机物。

2、检查混床内不同部位的树脂样品，测定阴阳树脂比例，更换细小树脂，补足树脂数量，提高树脂的密度差，改善混床树脂混合不均的问题。

3、给水生产设备树脂污染复苏‌。由于原水DOC指标长期超标，阴树脂已经被DOC污染，采用‌4%NaOH+10%NaCl混合液在40~45℃下浸泡12h‌的碱性氯化钠复苏法，可洗脱树脂孔隙内吸附的有机物，恢复周期制水量至原有水平以上。

4、对混床及其再生设备进行检修，防止设备出现再生和运行偏流问题。

5、临时加大锅炉连续排污阀开度，配合低限控制给水pH，加快炉内被有机物污染的水体置换，避免有机酸长期腐蚀锅炉受热面。

经过上述措施处理，给水生产设备出水优良，消除了炉水pH值降低的现象，炉水发红的外观也恢复正常，变得纯净通透。

五、结论

锅炉给水溶解性有机碳DOC没有直接的独立国标限值，现行标准通过总有机碳TOC指标间接管控。尤其是工业锅炉（＜3.8MPa）GB/T 1576-2018国标未对给水DOC/TOC设置强制ppb级限值，‌工业锅炉设备管理人或锅炉水处理技术人员在工作实践中容易忽视原水、给水溶解性有机碳DOC指标，为避免有机物大量污染树脂，分解后引发氢电导异常升高，防止出现酸性水引起锅炉系统设备金属腐蚀，甚至超温爆管，保障锅炉系统设备安全生产，必须加强对汽水pH值及DOC指标的监控。

解决锅炉给水pH值正常、炉水pH值一直偏低问题的5项措施（颜辉）