CN107176703B - 一种复合型锅炉阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的复合型锅炉阻垢缓蚀剂中有机高分子阻垢剂，尤其是聚天门冬氨酸对于碳酸钙、氢氧化镁具有优良的阻垢作用，生物降解性好，没有向锅炉系统中引入杂质，提高了锅炉水的临界含盐量，锅炉排污率降低；有机高分子分散剂具有分散作用，能够稳定水中的钙镁离子，抑制硅垢、铁垢、铜垢和镁垢的形成；缓蚀剂具有极强的还原性，能够在锅炉内壁表面生成一层黑色Fe3O4钝化膜，阻止锅炉进一步被腐蚀；本发明提供的复合型锅炉阻垢缓蚀剂克服了磷酸三钠的负面影响，有效降低排污量，降低环境负担；本发明的水处理剂通过调节pH值、抑制结垢、防止腐蚀，应用于低、中、高压锅炉，有效缓冲炉水pH，防止炉内酸和碱超标引起的氢脆现象，保护锅炉金属。

Description

一种复合型锅炉阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于化工及水处理领域，具体涉及一种复合型锅炉阻垢缓蚀剂、其制备方法和应用。
背景技术
锅炉经过长时间的运行之后，锅炉内壁不可避免会出现水垢和锈蚀现象。锅炉结垢后，使受热面的传热性能变差，燃料燃烧所放的热量不能及时传递到锅水中，大量的热量被烟气带走，造成排烟温度过高，排烟若损失增加，锅炉热效率降低，锅炉燃料使用增加。结了水垢的锅炉在使用过程中极易造成锅炉传热面过热变形、鼓包甚至是爆破。含有高价铁的水垢，容易引起与水垢接触的金属腐蚀，而铁的腐蚀产物又容易重新结成水垢，这是一种恶性循环，它会迅速导致锅炉部件损坏，尤其是燃油锅炉金属腐蚀产物的危害更大。
目前清除水垢一般采用化学除垢法，通过酸洗清除水垢。普通的酸清洗锅炉存在诸多的技术问题：首先酸的腐蚀性大，缩短锅炉的使用寿命；其次酸的用量不易控制，酸对量不仅能够出去锅炉内壁的水垢同时也会对锅炉壁造成腐蚀；再次，酸只能除去特定成分的水垢，对难溶垢无效，清除效率低。目前的锅炉水处理剂大部分不适用于中高压锅炉。
目前锅炉水系统采用磷酸三钠处理，受自身性质的影响，有明显的处理缺点：(1)PO4 3-对水垢的抑制没有低剂量(阈值)效应，故对水垢没有抑制效果，只能生成Ca10(OH)2(PO4)6水渣，且是按化学计量形成的，排污量大，否则炉内难免有磷酸盐的过饱和沉积，增加夹带的趋势；(2)PO4 3-本身是成垢基团，在高温高压下无法对锅炉提供有效的钝化防护，因化合的磷酸铁盐是其与腐蚀性离子Fe3+形成的；(3)PO4 3-对锅水的pH缓冲能力有限，且在锅炉负荷发生变化时易出现磷酸盐的“暂时消失”，导致磷酸钠加入过量；(4)生成的盐类，易因夹带进入蒸汽系统中，导致蒸汽系统汽轮机的结垢和管线的腐蚀。表现为蒸汽系统中Na+、SiO2等含量偏高；(5)对给水带入的Fe3+和SiO2没有分散效果，易导致局部沉积，产生电化学腐蚀；(6)磷酸盐垢曾在一些锅炉系统的汽轮机叶片和透平上反映的比较突出，表明蒸汽中有磷酸盐垢夹带进入汽轮机系统，日积月累，对汽轮机长期安全、稳定运行造成严重后果。
目前使用的有机膦锅炉水处理剂，除垢效率高，但是有机膦在水中的氯的作用下，会生成无机磷，赠加排污量，不利于环保。专利CN102674572A公开了一种防垢除垢剂及其生产工艺，其中所述防垢除垢剂由二乙烯三胺五甲叉、氨基三亚甲基膦酸、二己烯三胺五亚甲基膦酸钠、片碱、防锈剂和杀菌剂组成，该发明提供的房后除垢剂能够在锅炉不停炉的情况下，清除锅炉水系统的水垢，同时防止新垢产生，除垢效率高。但是该发明中使用了氨基三亚甲基膦酸，在使用过程中，有机膦会增加排污量，不利于环保。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供以有机高分子阻垢剂、缓蚀剂、高分子分散剂、碱化剂和水为主要原料制备不含磷酸三钠、环保无污染、阻垢效率高的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，本发明提供的锅炉阻垢缓蚀剂能够有效缓蚀、分散、阻垢、降低排污量、安全稳定。
本发明的目的是提供一种复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
本发明的另一目的是提供一种复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备方法。
本发明的再一目的是提供上述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的应用。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂按重量百分比包括：
有机高分子阻垢剂2-15％，
缓蚀剂0.5-10％，
高分子分散剂1-15％，
碱化剂2-20％，
余量为水；
所述有机高分子阻垢剂、缓蚀剂和高分子分散剂中均不含有机膦以及无机磷酸三钠。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，优选地，所述有机高分子阻垢剂为丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、聚天门冬氨酸和/或聚甲基丙烯酸。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，优选地，所述聚天门冬氨酸的分子量为4000-5000，所述聚甲基丙烯酸的分子量为15000-25000。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，优选地，所述缓蚀剂为无膦有机还原剂。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，优选地，所述无膦有机还原剂为碳酰肼、丙酮肟、乙醛肟和/或烷基羟胺。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，优选地，所述高分子分散剂为羧酸-磺酸盐共聚物或羧酸-磺酸-非离子三元共聚物。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂，优选地，所述碱化剂为烷基醇胺。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将水加热至20-40℃，加入有机高分子阻垢剂，高分子分散剂和碱化剂，将溶液的pH调节至9-11，搅拌8-20min，充分溶解，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)中得到的混合溶液中加入缓蚀剂，搅拌30-60min，混合均匀，冷却，得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备方法，优选地，步骤(1)中，将水加热至20-25℃。
根据本发明具体实施方式的复合型锅炉阻垢缓蚀剂在锅炉除垢中的应用。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供的复合型锅炉阻垢缓蚀剂含有机高分子阻垢剂、缓蚀剂、高分子分散剂、碱化剂和水，不含有机膦；
(1)有机高分子阻垢剂，尤其是聚天门冬氨酸对于碳酸钙、硫酸钙具有优良的阻垢作用，能够延缓金属腐蚀，同时具有优良的生物降解性能、螯合和分散性能，且有机高分子阻垢剂没有向锅炉系统中引入杂质，提高了锅炉水的临界含盐量，锅炉排污率降低，节约了能源；
(2)高分子分散剂对于钙离子具有足够分散作用，能够稳定水中的钙镁离子，并且能够抑制硅垢、铁垢、铜垢和镁垢的形成；
(3)缓蚀剂具有极强的还原性，能够与锅炉壁发生反应在锅炉内壁表面生成一层黑色四氧化三铁钝化膜，有效阻止锅炉进一步被腐蚀；
(4)本发明提供的复合型锅炉阻垢缓蚀剂不含磷酸三钠，克服了磷酸盐带来的各种负面影响，有效降低排污量，降低环境负担；
2.本发明的复合型锅炉阻垢缓蚀剂通过调节pH值能够应用于中压和高压锅炉，具有良好的分散和阻垢的作用，能够解决炉内结垢和铁、铜、镁、硅的沉积问题，同时有效缓冲炉水pH，防止炉内酸和碱超标引起的氢脆现象，保护锅炉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚天门冬氨酸10％，碳酰肼5％，羧酸-磺酸盐共聚物7％，烷基醇胺12％和水66％，所述聚天门冬氨酸的分子量为4000。
上述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备工艺为：先向反应釜加入660kg水，加热水温至20℃，加入聚天门冬氨酸100kg，羧酸-磺酸盐共聚物70kg和烷基醇胺120kg，搅拌8min，再加入碳酰肼50kg，搅拌60min，静置冷却，即得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂应用于一化肥厂的动力锅炉装置，发汽量为400吨/h，锅炉给水经过滤、离子交换进行一级除盐，pH6.5，电导率0.4μs/cm，硬度0.1μmol/L，Na+12μg/L，SiO210μg/L，锅炉排污率2.9％，蒸汽中Na+12μg/L，SiO211μg/L。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入10mg/L，锅炉水pH稳定在10.2，锅炉排污率降至1.5％，蒸汽中Na+9μg/L，SiO27μg/L，三个月后，停车检查，汽包内部清洗，无沉积，表面有黑色保护膜生成。
实施例2
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚甲基丙烯酸2％，碳酰肼10％，羧酸-磺酸-非离子三元共聚物12％，烷基醇胺5％和水71％，所述聚甲基丙烯酸的分子量为15000。
上述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备工艺为：先向反应釜加入710kg水，加热水温至25℃，加入聚甲基丙烯酸20kg，羧酸-磺酸-非离子三元共聚物120kg和烷基醇胺50kg，搅拌20min，然后加入碳酰肼100kg，搅拌30min，静置冷却，即得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂应用于热电厂的高压锅炉装置，发汽量为400吨/h，锅炉给水经过滤、离子交换、混床进行二级除盐，pH6.2，电导率0.5μs/cm，硬度0μmol/L，Na+13μg/L，SiO212μg/L，锅炉排污率2.7％，蒸汽中Na+13μg/L，SiO215μg/L。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入8mg/L，锅炉水pH稳定在9.8，锅炉排污率降至1.8％，蒸汽中Na+6μg/L，SiO27μg/L，1年后，停车检查，汽包内部清洗，无沉积，表面有黑色钝化保护膜生成。
实施例3
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物15％，乙醛肟3％，羧酸-磺酸盐共聚物2％，环烷基醇胺2％和水69％。
上述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备工艺为：先向反应釜加入690kg水，加热水温至22℃，加入丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物15kg，羧酸-磺酸盐共聚物20kg和烷基醇胺20kg，搅拌15min，再加入乙醛肟30kg，搅拌30min，静置冷却，即得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂应用于一塑料厂的中压锅炉装置，发汽量为150吨/h，锅炉给水经过滤、离子交换、混床进行二级除盐，pH6.9，电导率0.4μs/cm，硬度0.2μmol/L，Na+19μg/L，SiO215μg/L，锅炉排污率4.2％，蒸汽中Na+14μg/L，SiO212μg/L。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入12mg/L，锅炉水pH稳定在9.8，锅炉排污率降至2.5％,蒸汽中Na+9μg/L，SiO27μg/L，三个月后，停车检查，汽包内部清洗，无沉积，表面有黑色钝化保护膜生成。
实施例4
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚甲基丙烯酸5％，丙酮肟2％，羧酸-磺酸盐共聚物5％，烷基醇胺15％和水73％，所述聚甲基丙烯酸的分子量为25000。
上述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备工艺为：先向反应釜加入730kg水，加热水温至24℃，聚甲基丙烯酸20kg，羧酸-磺酸盐共聚物50kg和烷基醇胺15kg，搅拌20min，再加入丙酮肟20kg，搅拌30min，静置冷却，即得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂应用于一炼油厂的动力锅炉装置，发汽量为150吨/h，锅炉给水经过滤、离子交换进行一级除盐，pH6.5，电导率0.4μs/cm，硬度0μmol/L，Na+25μg/L，SiO218μg/L，锅炉排污率3.6％，蒸汽中Na+18μg/L，SiO217μg/L。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入8mg/L，锅炉水pH稳定在10.1，锅炉排污率降至2.1％，蒸汽中Na+10μg/L，SiO212μg/L，六个月后，停车检查，汽包内部清洗，无沉积，表面有黑色钝化保护膜生成。
实施例5
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚天门冬氨酸13.5％，碳酰肼3％，羧酸-磺酸-非离子三元共聚物7％，烷基醇胺8％和水68.5％，所述聚天门冬氨酸的分子量为5000。
上述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备工艺为：先向反应釜加入685kg水，加热水温至20℃，加入聚天门冬氨酸135kg，羧酸-磺酸-非离子三元共聚物70kg和烷基醇胺80kg，搅拌8min，再加入碳酰肼30kg，搅拌30min，静置冷却，即得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂应用于乙烯厂的高压锅炉装置，发汽量为80吨/h，锅炉给水经过滤、离子交换、混床进行二级除盐，pH7.0，电导率0.2μs/cm，硬度0μmol/L，Na+14μg/L，SiO211μg/L，锅炉排污率4.2％，蒸汽中Na+12μg/L，SiO215μg/L。
将得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入7mg/L，锅炉水pH稳定在9.5，锅炉排污率降至2.5％，蒸汽中Na+6μg/L，SiO27μg/L，1年后，停车检查，汽包内部清洗，无沉积，表面有黑色钝化保护膜生成。
实施例6
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚天门冬氨酸15％，烷基羟胺0.5％，羧酸-磺酸盐共聚物1％，环烷基醇胺20％和水63.5％。
实施例7
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚天门冬氨酸12％，烷基羟胺0.5％，羧酸-磺酸盐共聚物15％，环烷基醇胺10％和水62.5％。
实施例8
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚天门冬氨酸5％，聚甲基丙烯酸5％，丙酮肟2％，乙醛肟2％，羧酸-磺酸盐共聚物10％，烷基醇胺15％和水61％。
对比例1
复合型锅炉阻垢缓蚀剂，按重量百分比包括：聚天门冬氨酸1.5％，碳酰肼0.2％，羧酸-磺酸盐共聚物16％，烷基醇胺1.5％和水80.8％，所述聚天门冬氨酸的分子量为3000。
对比例2
含磷酸三钠锅炉阻垢缓蚀剂。
将实施例1得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂与对比例1和对比例2的锅炉阻垢缓蚀剂分别应用于一化肥厂的动力锅炉装置，发汽量为400吨/h，锅炉给水经过滤、离子交换进行一级除盐，pH6.5，电导率0.4μs/cm，硬度0.1μmol/L，Na+12μg/L，SiO210μg/L，锅炉排污率2.9％，蒸汽中Na+12μg/L，SiO211μg/L。
将实施例1得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入10mg/L，锅炉水pH稳定在10.2，锅炉排污率降至1.5％，蒸汽中Na+9μg/L，SiO27μg/L，三个月后，停车检查，汽包内部清洗，无沉积，表面有黑色保护膜生成。
将对比例1得到的复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入10mg/L，锅炉水pH稳定在8.2，锅炉排污率为2.5％，蒸汽中Na+10μg/L，SiO210μg/L，六个月后，停车检查，汽包内部有部分水垢沉积。
将对比2的磷酸三钠复合型锅炉阻垢缓蚀剂连续加入10mg/L，锅炉水pH稳定在11，锅炉排污率为4.5％，蒸汽中Na+19μg/L，SiO27.5μg/L，六个月后，停车检查，汽包内部无水垢沉积。
上述实施例1与对比例1和2的结果表明，本发明提供的复合型锅炉阻垢缓蚀剂能够有效降低排污量同时防止锅炉水结垢。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种复合型锅炉阻垢缓蚀剂，其特征在于，所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂由以下重量百分比组分组成：
有机高分子阻垢剂2-15％，
缓蚀剂0.5-10％，
高分子分散剂1-15％，
碱化剂2-20％，
余量为水；
所述有机高分子阻垢剂为丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、聚天门冬氨酸和/或聚甲基丙烯酸；
所述缓蚀剂为无膦有机还原剂，所述无膦有机还原剂为丙酮肟和/或乙醛肟；
所述高分子分散剂为羧酸-磺酸盐共聚物或羧酸-磺酸-非离子三元共聚物；所述碱化剂为烷基醇胺；
所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水加热至20-40℃，加入有机高分子阻垢剂，高分子分散剂和碱化剂，将溶液的pH调节至9-11，搅拌8-20min，充分溶解，得到混合溶液；
(2)向步骤(1)中得到的混合溶液中加入缓蚀剂，搅拌30-60min，混合均匀，冷却，得到所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂。
2.根据权利要求1所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂，其特征在于，所述聚天门冬氨酸的分子量为4000-5000，所述聚甲基丙烯酸的分子量为15000-25000。
3.根据权利要求1所述复合型锅炉阻垢缓蚀剂，其特征在于，其制备方法的步骤(1)中，将水加热至20-25℃。
4.权利要求1所述的复合型锅炉阻垢缓蚀剂在锅炉除垢中的应用。
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