专利名称：除去锅炉积垢的方法
技术领域：
本发明涉及一种除去锅炉积垢的方法，更进一步地说，涉及在锅炉运行的同时除去积垢的方法。
在锅炉操作过程中，在水管内或传热壁中会逐渐沉积硬的不溶于水的结晶固体，这种固体称为积垢。举例来说，硬物如碳酸钙，CaCO3和硫酸钙CaSO4将不会增加在水中的溶解度，并且在某些情况下，当水温增加时会变得不溶，因此这些成分会由于加热和水的浓缩而沉积在传热壁上，从而作为积垢沉积在加热壁上。还会发生不太容易溶解于水的盐，如碳酸氢钙，Ca(HCO3)2由于加热而转变成不溶于水的盐，即碳酸钙，CaCO3，从而导致积垢。
除了硬物如钙盐和镁盐以外，碱性积垢物质还可以是二氧化硅，SiO2。包含在绝大多数表面水中的二氧化硅将与硬物和其它金属离子如锌、铝和铁结合在一起，形成积垢。举例来说，当二氧化硅和硬物结合在一起时，它们会产生在高温水中具有较低溶解度的物质，该物质会由于加热和浓缩而沉积在传热壁上，从而形成积垢。此外，将铁以氢氧化物和氧化物的形式带入系统中，从而产生漂浮颗粒或凝胶，这些颗粒或凝胶会沉积在传热壁上并且由于重复不断的干燥和润湿或其它工艺而被烘干及固化，从而导致积垢。
一旦沉积在传热壁上，积垢就会造成各种问题。首先由于积垢的导热性低到只是水管材料(球磨钢)的百分之几，沉积在传热壁上的积垢将会降低燃烧火焰向水管中水，即锅炉水的热传递，从而大大降低热效率，使得燃料消耗量增加。此外，一旦火焰向锅炉水的传热降低，传热壁的温度会升高并且传热壁的金属强度将下降。由于水管内部通常处于高压，传热壁的金属强度不能承受水管中的内部压力，这将导致水管膨胀、破裂、断裂或其它事故。
为了防止积垢，人们采取这样一些方法，例如通过水软化器或其它装置来软化进水，通过排放控制而使形成积垢的成分的浓度保持在其溶解度范围内，或者使硬物与沉积剂形成渣料。这些方法在下面作详细解释。首先通过水软化器或其它装置来软化锅炉进水的方法是一种使锅炉进水中形成积垢的硬物如钙离子和镁离子置换成钠离子从而通过水软器中的阳离子交换树脂除去、由此防止积垢沉积的方法。
此外，通过排放控制而将形成积垢的成分的浓度保持在其溶解度范围内的方法是一种对锅炉水定期排放到系统外部进行认真控制的方法，从而使锅炉水中形成积垢的成分的浓度保持在它们的溶解度范围内，由此防止积垢沉积。但是，过份排放将会导致锅炉炉体更易腐蚀并且热损失太大的问题。
另外，使硬料成分与沉析剂形成渣料的方法是一种在由硬料形成积垢之前采用一种试剂在远离容易形成积垢的水管内表面的地方将硬料转变成渣料的方法，该渣料具有比积垢更低的水溶性，而后将产生的渣料排放并在每一次排放时从该系统中除去，从而抑制积垢发生。该方法通常采用磷酸盐基试剂作为试剂，但是在最近几年人们对磷制定了越来越严格的排放规定，因此该方法难以实施。
如上所说，人们已经采用了多种方法来防止积垢沉积，但是这些方法很难完全防止积垢沉积，因此人们需要除去沉积的积垢。积垢太硬，以致于不能用机械方法除去，因此通常通过酸洗来除去。对于仅有硬物组成的积垢，可以采用加入盐酸并加热的方法来溶解并除去积垢。对于由硬物和二氧化硅组合而成的另一种积垢，由于这种积垢不能仅仅通过盐酸来除去，因此需要通过采用盐酸和氟化物来溶解并除去积垢。另外对于由铁化合物产生的铁基积垢来说，需要采用柠檬酸来溶解并除去积垢。
但是当进行酸洗时，锅炉必须停工并且会产生一些问题，例如锅炉材料铁由于酸的作用而腐蚀。另外，当采用盐酸，特别是氟基试剂时，由于它们存在较高的危险性必须很小心地处理这些试剂。
尽管人们采用主要由膦酸组成的试剂来在锅炉操作的同时除去积垢，但是这些试剂是酸性的并且如果将它们大量加入到锅炉水中，它们将会对锅炉炉体造成腐蚀。因此，人们需要一种采用中性或碱性试剂来有效除去积垢、但不会造成上述腐蚀问题的方法，所说的试剂能够保证正常的锅炉水的水质。
考虑到这些和其它一些问题，本发明的目的在于提供一种通过向锅炉水中加入试剂而在操作锅炉的同时除去积垢的方法。
为了达到这个目的，根据本发明，它提供了一种除去锅炉积垢的方法，其特征在于将锅炉水中的螯合剂和分散剂的总浓度在锅炉水为中性或碱性的条件下调整到特定的浓度。
在本发明的一种实施方案中，该螯合剂是选自下列成分的任何一种化合物或两种或多种化合物的组合a)乙二胺四乙酸(EDTA)和/或其盐；b)聚亚烷基多胺和/或其盐；c)双吡啶和/或其盐；d)甘氨酸和/或其盐；e)乙酰丙酮；f)次氮基三乙酸(NTA)和/或其盐；g)氨基三(甲基磷酸)和/或其盐；以及h)1-羟基亚乙基-1，1-二磷酸和/或其盐。
在本发明的一种实施方案中，该分散剂是选自下列成分的任何一种化合物或两种或多种化合物的组合a)聚马来酸和/或其盐；b)2-膦酰基丁烷-1，2-4-三羧酸(PBTC)和/或其盐；c)双(聚-2-羧乙基)次膦酸和/或其盐；d)膦基羧酸共聚物和/或其盐；e)丙烯酰胺丙烯酸酯共聚物和/或其盐；以及f)聚丙烯酸和/或其盐。
在本发明的一种实施方案中，锅炉水中的螯合剂和分散剂的总浓度为500-5000ppm。
此外，在本发明的实施方案，螯合剂与分散剂重量比为3∶97-97∶3。
图1表示在本发明的第一种实施方案中的积垢除去效果；以及图2表示在本发明的第二种实施方案中的积垢除去效果。
下面描述本发明的实施方案。在本发明中在锅炉运行的同时，将含有螯合剂和分散剂的除垢剂加入到锅炉水中。更进一步地说，通过在锅炉供水管线上设置一个试剂供应器，将除垢剂放置在一个化学容器中，操作该试剂供应器的泵，从而将该除垢剂喷入锅炉进水中。在该加入的时候，可以同时加入其它一些试剂，如氧清除剂。
本发明是经过艰苦的研究获得下列发现而实现的。这些发现如下所说。首先在操作锅炉的同时除去积垢的方法中，太高的积垢除去速度会导致所除去的大块积垢堆积在水管等狭窄部位，这会使水管发生堵塞。反过来说，太低的积垢除去速度会使热效率下降以及使水管发生膨胀、断裂、破裂等现象。因此，积垢除去的速度应处于一个合适的水平，从而可以避开上述问题。另外，螯合剂确实具有溶解积垢的功能，但是它很容易使溶解的积垢再次沉积，这样就会导致水管堵塞。此外，分散剂具有分散和除去积垢的功能，但是在积垢速度上较低。由这些发现，本发明人已经发明了一种除去积垢的方法，它是通过向锅炉水中加入特定的螯合剂和特定的分散剂的组合物。
对于本发明来说，螯合剂是指具有两个或多个可以与金属离子形成配位键的结合位置并且是可溶于水的化合物。螯合剂的例子可以是乙二胺四乙酸(EDTA)、如聚亚烷基多胺，如乙二胺、丙二胺、二乙三胺和三乙四胺、双吡啶、甘氨酸、乙酰丙酮、次氮基三乙酸(NTA)、氨基三(甲基磷酸)、1-羟亚乙基-1，1-二磷酸等等以及这些化合物的盐(除了乙酰丙酮)。其中，乙二胺四乙酸(EDTA)和次氮基三乙酸(NTA)以及它们的盐是优选的。
接下来，分散剂的例子是聚马来酸、2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)、双(聚-2-羧乙基)次膦酸、膦基羧酸共聚物、丙烯酰胺丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸钠等等以及它们的盐。
其中，对于除去由硬物与碳酸盐或氢氧化物组成的积垢和由硬物与二氧化硅组成的积垢(下文称为硬物/二氧化硅基积垢)来说，聚马来酸、2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)、双(聚-2-羧乙基)次膦酸、1-羟亚乙基-1，1-二磷酸、丙烯酰胺丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸钠等等以及它们的盐是特别优选的。另外，对于除去由铁化合物组成的铁基积垢来说，双(聚-2-羧乙基)次膦酸和膦酰基羧酸共聚物以及它们的盐是优选的，并且双(聚-2-羧乙基)次膦酸或其盐是特别优选的。
该除垢剂中螯合剂与分散剂的比率为3∶97-97∶3，优选地为15∶85-85∶15，更优选地为25∶75-75∶25。
该除垢剂通过能溶于水，它是作为水溶液而制得的并且存放以备用。水溶液中螯合剂与分散剂的浓度通常分别为1-40％重量，但对此没有特别的限定。该除垢剂可以通过将螯合剂与分散剂混合而制得，通常可以将特定数量的螯合剂与分散剂加入并分散到水、另一种含水溶剂或其类似物中而获得该除垢剂。可以将螯合剂与分散剂在一起混合以后溶解在水中。
还可以向该除垢剂中加入腐蚀拟制剂如二甲基-对位取代的苄基氯化锍，其加入量不能影响本发明的目的。
还可以向该除垢剂中加入其它一些组分，其加入量不能影响本发明的发明目的。这些其它的组分的例子是pH调节剂，如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾。由于上述螯合剂与分散剂呈酸性，加入这些pH调节剂可以中和该酸性并且使该除垢剂呈中性。
将该除垢剂加入到锅炉水中，从而使其在锅炉水中的浓度保持在500-5000ppm，优选地为2000-3000ppm。该加入过程的一个例子是在排放速度为10％时，连续加入该除垢剂。从而使除垢剂相对于锅炉水的总量为200-300ppm。另一个例子是将该除垢剂集中加入，从而使除垢剂相对于锅炉水的总量为2000-3000ppm，锅炉水定期完全排放。
下面将详细描述本发明的具体例子。但是本发明并不限于这些实施例。在描述这些例子时，术语“份”是指重量份。
首先制备四种下面所说的除垢剂。作为第一种试剂，将15份乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、7.5份聚马来酸、6份氢氧化钠和71.5份水混合并溶解在一起，由此制得一种除垢剂(下文称为试剂A)。另外，将15份乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、6份双(聚-2-羧乙基)次膦酸、4.1份氢氧化钠和74.9份水混合并溶解在一起，由此制得一种除垢剂(下文称为试剂B)。另外，将15份乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、9份1-羟亚乙基-1，1-二磷酸盐、3份氢氧化钾和73份水混合并溶解在一起，由此制得一种除垢剂(下文称为试剂C)。另外，将15份乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、9份丙烯酰胺丙烯酸酯共聚物、1份聚丙烯酸酯和75份水混合并溶解在一起，由此制得一种除垢剂(下文称为试剂D)。
接下来，描述本发明的第一个实施例。向贮水量约为0.15升的锅炉(试验锅炉)中加入含有0.4ppm硬物的软化水并且在大气压下操作，该锅炉中已经形成了由硬物和碳酸盐组成的积垢和由硬物和二氧化硅组成的积垢。在该操作过程中，将试剂A加入并且每隔2小时将锅炉水完全倒出，同时锅炉水中的浓度保持在2000-3000ppm下。在这种情况下，锅炉水中的pH值约为11.5。8小时操作以后测定的除去结果示于图1中。此外，用试剂B或C代替试剂A来进行同样的操作，并且为了进行对比，不加任何试剂进行同样的操作。这些情况的结果一起示于图1中。由图1可以明显看出，采用本发明的试剂可以获得特别好的除垢效果。尤其是，采用聚马来酸作为分散剂的试剂A其性能特别好。与其相比，不加试剂的情况其除垢结果为零。
接下来，描述本发明的第二个实施例。向贮水量约为0.15升的锅炉(试验锅炉)中加入含有0.4ppm硬物的软化水并且在大气压下操作，该锅炉中已经形成了由铁化合物组成的积垢。在该操作过程中，将试剂B加入并且每隔2小时将锅炉水完全倒出，同时锅炉水中的浓度保持在2000-3000ppm下。在这种情况下，锅炉水中的pH值约为11.5。8小时操作以后测定的除去结果示于图2中。此外，用试剂A或C代替试剂B来进行同样的操作，并且为了进行对比，不加任何试剂进行同样的操作。这些情况的结果一起示于图2中。由图2可以明显看出，采用试剂B可以获得特别好的除垢效果，该试剂是本发明的试剂并且采用双(聚-2-羧乙基)次膦酸作为分散剂。在该实施例中，不加试剂的情况其除垢结果为零。
如上所说，通过在锅炉操作过程中保持定浓度的由螯合剂与分散剂组成的除垢剂，本发明的除垢剂可以获得极好的除垢效果。
上面所说的螯合剂带有一些与金属离子配位的结合位置。这些结合位置是羧酸根中的氧原子、氮原子、磷酸根中的氧原子等。配位体的结合能量基本上是电性的，属于配位体共有。因此在采用单一螯合剂与采用两种或多种螯合剂的两种情况下均会获得相同的作用。
另外，通常人们已经知道当采用分散剂来防止积垢时，分散剂可以防止积垢核相互结合在一起。螯合剂与分散剂的结合能达到杰出的除垢效果的原因可以认为是被螯合剂除去的积垢由于分散剂而在锅炉水中保持细颗粒。因此在采用单一螯合剂与采用两种或多种螯合剂的两种情况下均会获得相同的作用。
如上所说，根据本发明，它提供了一种可以在正常操作下通过向锅炉水中加入试剂而除去锅炉积垢的方法，它无需停止锅炉。另外本发明的除垢方法无毒，它可以包含在酸洗中，因此具有较的高的安全性，此外它还可以在锅炉水呈中性、碱性的条件下进行，因此不会使锅炉发生任何腐蚀。另外，本发明的除垢方法具有合适的除垢速度，因此可以较好地解决所除去的积垢沉积在水管狭窄部位从而使水管发生阻塞的问题，以及解决热效率下降和水管发生膨胀、断裂、破裂等问题。
权利要求
1.一种除去锅炉积垢的方法，其特征在于将锅炉水中的螯合剂和分散剂的总浓度在锅炉水为中性或碱性的条件下调整到特定的浓度。
2.根据权利要求1所说的除去锅炉积垢的方法，其中该螯合剂是选自下列成分的任何一种化合物或两种或多种化合物的组合a)乙二胺四乙酸(EDTA)和/或其盐；b)聚亚烷基多胺和/或其盐；c)双吡啶和/或其盐；d)甘氨酸和/或其盐；e)乙酰丙酮；f)次氮基三乙酸(NTA)和/或其盐；g)氨基三(甲基磷酸)和/或其盐；以及h)1-羟基亚乙基-1，1-二磷酸和/或其盐。
3.根据权利要求1所说的除去锅炉积垢的方法，其中该分散剂是选自下列成分的任何一种化合物或两种或多种化合物的组合a)聚马来酸和/或其盐；b)2-膦酰基丁烷-1，2-4-三羧酸(PBTC)和/或其盐；c)双(聚-2-羧乙基)次膦酸和/或其盐；d)膦基羧酸共聚物和/或其盐；e)丙烯酰胺丙烯酸酯共聚物和/或其盐；以及f)聚丙烯酸和/或其盐。
4.根据权利要求1-3中任意一个所说的除去锅炉积垢的方法，其中锅炉水中的螯合剂和分散剂的总浓度为500-5000ppm。
5.根据权利要求1-3中任意一个所说的除去锅炉积垢的方法，其中螯合剂与分散剂重量比为3∶97-97∶3。
全文摘要
本发明涉及一种通过向锅炉水中加入试剂而在锅炉操作的同时除去积垢的方法。在该方法中,将锅炉水中的螯合剂和分散剂的总浓度在锅炉水为中性或碱性的条件下调整到特定的浓度。
文档编号C02F5/08GK1252388SQ9911963
公开日2000年5月10日 申请日期1999年8月19日 优先权日1998年8月19日
发明者中岛纯一, 山下正纯, 木村健一 申请人:三浦工业株式会社