梁杰
摘 要：根据炉水中磷酸盐指标在不同情况下发生变化的现象，根据笔者多年的运行汽水化验工作经验，发现锅炉水内磷酸盐在不同的情况下会有不同的显示值，如锅炉低负荷条件下、刚刚启炉时磷酸盐显示值偏高等，通过理论分析，层层挖掘其原因，揭开锅炉水中磷酸盐变化的奥秘。
关键词：磷酸盐 磷酸盐暂时消失现象 膜状沸腾 汽水分层 自由水面
中图分类号：TK227.8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0099-02
据笔者多年的运行汽水化验工作经验，发现锅炉水内磷酸盐在不同的情况下会有不同的显示值：如锅炉低负荷条件下、刚刚启炉时磷酸盐显示值偏高，锅炉高负荷条件下，磷酸盐显示值偏低，锅炉水有硬度存在时，锅炉水中磷酸盐显示值会为零……这些现象说明了什么？锅炉水中磷酸盐的变化有什么奥秘吗？这得从锅炉水中磷酸盐的防垢原理讲起。
1 磷酸盐防垢处理
锅炉内的水是由给水引入的，给水是由炉外补给水、凝结水、疏水、热网疏水等组成的，这些水进入锅炉中不可避免地会有钙、镁等硬度离子存在，这些离子在锅炉中若不及时除去就会在水冷壁管中结成钙镁水垢，从而影响汽水循环工况，危及热力设备的安全运行和其寿命，甚至造成爆管停炉，后果是相当严重的。那么如何才能除去锅炉水中的硬度离子呢？科学家们通过长期的科学实验总出一种方法：向炉水中加入磷酸三钠盐（Na3PO4·12H2O）溶液的办法，使锅炉水中经常维持一定含量的磷酸根离子（PO43-）。由于锅炉水处在沸腾条件下，而且它的碱性较强（锅炉水的pH一般在9～11的范围内），因此，炉水中的钙离子与磷酸根会发生下列反应：
10Ca2++6PO43-+2OH- Ca10（OH）2（PO4）
（碱式磷灰石）
生成的碱式磷灰石是一种松软的水渣，这种水渣沉积在下联箱水流缓慢的地方，且不会粘附在锅内转变成水垢，通过定期排污排除炉外，这样就可以将炉水中的硬度离子除掉了。磷酸盐处理不仅可以防垢，也是汽包炉防腐的重要措施，可以为炉水提供适当的碱性，维持适当的炉水pH值，并对炉水酸、碱污染具有较强的缓冲性，因而具有较强的适应能力。不设凝结水精处理系统的机组，磷酸盐加药处理增加了抵御凝汽器偶然泄漏和启动时的给水污染能力。同时，磷酸盐共沉积作用可减少饱和蒸汽对氯化物和硫酸盐等离子的携带，减缓汽轮机的酸性腐蚀。
2 锅炉水中磷酸盐含量控制标准
但向锅炉内加多少磷酸盐适合呢？加多或加少对锅炉水会有什么危害吗？目前200MW机组，锅炉水中磷酸根（PO43-）控制的标准是（2～8）mg/L，若采用低磷处理，磷酸根（PO43-）控制的标准是（0.5～3）mg/L，（凝汽器严密性较差或泄漏频繁的机组不应采用低磷处理）磷酸盐处理中PH、磷酸根参数控制值与《火力发电机组蒸汽动力设备水汽质量标准》（GB/T 12145-1999）一致，但规程将磷酸盐—pH值协调处理作为高参数炉推荐的设计标准。这种控制指标的根据是什么呢？
2.1 钙垢的防止
炉水中不可避免地会有SO42-和SiO32-等离子。首先我们应了解，碱式磷酸钙是一种非常难溶的化合物，它的溶度积很小，若锅炉水中保持有一定量的过剩PO43-时，就可以使锅炉水中的钙离子（Ca2+）的含量非常小，以至在锅炉水中它的浓度与SO43-浓度或SiO32-浓度的乘积不会达到CaSO4或CaSiO3的溶度积，这样锅内就不会有钙垢形成。那么炉水中磷酸根（PO43-）的含量是不是过剩得越多越好呢？
2.2 向锅炉内加入过量磷酸根（PO43-）的危害
（1）药品（磷酸三钠）消耗量增大。
若向锅炉水中加入过量的磷酸盐，既炉水中有了超过一定数量的过剩磷酸根（PO43-），这样随排污水排出的药量会增多，使药品的消耗量就会增加，增加了经济支出成本。
（2）增加锅炉水的含盐量，影响了蒸汽品质。
因磷酸三钠是一种盐类，其加入过多，自然就随炉水的机械携带和溶解携带进入蒸汽中，也必然会影响蒸汽品质。
（3）生成磷酸盐垢。
大家知道，随给水进入锅内的Mg2+量常常是较少的，在沸腾着的碱性锅炉水中，它会和随给水带入的SiO32-发生下述反应：
3Mg2++2 SiO32-+2OH-+H2O MgO·2SiO2·2H2O
此反应生成的蛇纹石呈水渣形态，易随锅炉水的排污排除。但是当锅炉水中PO43-过多时，有可能生成Mg3（PO4）2。由于Mg3（PO4）2在高温水中的溶解度非常小，能粘附在炉管内形成二次水垢。这是一种导热性能很差的松软水垢。
NaHCO3→CO2↑+NaOH
Na2CO3+H2O→CO2↑+2NaOH
碳酸盐与硬度及磷酸盐相互作用
2Ca（HCO3）2+2Na3PO4→6NaOH+6CO2↑+Ca3（PO3）2↓
（4）容易在高压和超高压锅炉中发生磷酸盐的“隐藏”现象。
所谓磷酸盐的“隐藏”现象，就是当锅炉负荷增高时，锅炉水中某些易溶盐类如磷酸三钠（Na3PO4）便从炉水中析出，沉积在金属管壁上，因此它们在锅炉水中的浓度降低。当锅炉负荷降低时，这些盐类又重新被溶解下来，它们在锅炉水中的浓度有升高了，这种现象就是磷酸盐暂时消失现象。产生这种现象的原因有两个：①与磷酸三纳的特性有关。磷酸三钠（Na3PO4）在水中的溶解度随水温升高而增加，當温度升高达2000℃以上时，溶解度明显下降，所以当锅炉管壁某区域发生局部过热时，磷酸三钠（Na3PO4）容易沸腾并蒸干而析出，就引起了暂时消失现象。②与炉管的热负荷有关。当炉管的热负荷增加时，就容易使炉管内的炉水发生不正常的沸腾工况，如膜状沸腾、汽水分层、自由水面等，这些不正常的工况都会使靠近管壁处的水很快被蒸干，或当这些管壁附近处的水温偏高时，水溶液中的易溶盐类如磷酸三钠就会在管壁上析出。当锅炉出力减小或停炉时，炉堂内热负荷降低，炉管内的炉水水温及沸腾状态恢复正常或管壁开始受到冷却时，可使原来析出并附着在管壁上的磷酸盐又重新溶解于炉水中。
3 揭开锅炉水中磷酸盐变化的奥秘
通过上述分析，你是否已基本清楚了炉水中磷酸盐变化的奥秘。
（1）炉水中磷酸根离子（PO43-）减少：①是因为磷酸盐发生了暂时消失现象，锅炉负荷增高时，磷酸根部分吸附在管壁上使其在炉水中的浓度减少；②或加入炉内的磷酸盐药量减少；③或部分生成了磷酸盐垢而沉积在水冷壁上。第三种现象不会造成瞬间减少；④炉水中由于凝汽器泄漏或热网疏水泄漏等原因致使炉水中出现了过量的硬度离子，将磷酸根离子大部分或完全吃掉，致使磷酸根（PO43-）含量减少或为零。
（2）炉水中炉水中磷酸根离子（PO43-）增加：①当锅炉负荷突然减少，管壁上析出的磷酸根离子（PO43-）又重新返回到炉水中，致使炉水中磷酸根离子（PO43-）浓度增加；②启炉时，原吸附在管壁上的磷酸根离子（PO43-）又重新溶在炉水中，致使炉水中的磷酸根离子（PO43-）浓度增加；③向炉内加入了过量的磷酸三钠，致使炉水中的磷酸根离子（PO43-）增加。
4 如何指导实践
（1）如何判断磷酸盐暂时消失现象；
（2）如何防止磷酸盐暂时消失现象；
（3）如何通过磷酸根离子（PO43-）含量判定设备运行出现异常；
（4）如何控制磷酸根离子（PO43-）加药量；
（5）炉水中磷酸根离子（PO43-）和炉水中的pH值不能匹配时如何调整，这些问题有待下次阐述。
参考文献
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