CN1547032A - 锅炉水处理药剂性能评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业水处理技术领域。一种锅炉水处理药剂性能评价装置，包括模拟锅炉单元、结垢和腐蚀检测单元、加热功率和压力恒定单元、蒸汽冷凝和自动液位控制单元、自动比例加药控制单元、自动排污控制单元、智能控制与数据处理单元以及安全保护单元组成的系统，能够模拟不同锅炉实际运行工况条件、改变不同水质和药剂成分及加药比例而对锅炉水处理药剂的缓蚀性、阻垢性等性能进行综合测定和动态评价。

Description

锅炉水处理药剂性能评价装置

技术领域    本发明涉及工业水处理技术领域，确切而言涉及一种能够对压力锅炉和热水锅炉应用的水处理药剂之阻垢性、缓蚀性等性能进行综合测定的动态模拟评价装置。

背景技术    锅炉给水处理关系到锅炉的安全运行和运行成本。直接使用未经处理的原水，会造成锅炉的结垢和腐蚀。因为垢层物质的热阻远远大于锅炉钢板的热阻，结垢后会增加燃料损耗，每增加1mm水垢增加燃料消耗3--5％。同时结垢后垢层阻碍了传热使垢下壁温升高，造成锅炉钢板和炉管强度下降容易导致事故。原水中的氧化型物质在高温高压条件下会快速腐蚀炉体，同时炉水中的氧和二氧化碳在高温时随蒸汽排出造成管道腐蚀。因此必须经过处理的水才能供锅炉使用。锅炉给水处理分炉外处理和炉内加药处理。目前炉外给水处理普遍采用的方法是离子交换脱盐和机械物理除氧。而炉内处理则是在给水或炉水中加入水处理药剂的化学方法。

对于炉内加药处理应用的水处理药剂的阻垢性、缓蚀性以及管道缓蚀性能的评价装置，目前普遍采用的是实验室静态评价装置和效果观察方法的锅炉实际运行装置。前者中，阻垢性能测试常采用“内热管式”常压试验装置、恒温水浴装置等；缓蚀性能的测定一般采用电化学极化曲线法和重量法、容量法为基础的静态或旋转挂片等装置；也可以通过热分析方法实验装置分析药剂在不同温度下的热分解性质。但这些装置都是在常压和开放的环境下进行实验测定的，得到的缓蚀率、阻垢率数据不能直接反映水处理药剂在锅炉运行中的实际综合效果。实验室条件下也可以使用压力釜内悬挂试片的装置，模拟一定压力条件进行缓蚀阻垢性能评定，但因没有蒸发不会产生浓缩，与实际锅炉环境条件相差很远。显然，实验室静态评价装置都是各自独立和分散的装置，这样测定的性能数据与锅炉水处理药剂的实际性能和动态效果往往差距很大。

而后者通过锅炉实际运行装置考察加药效果带有一定的盲目性和风险性，当产生了腐蚀或结垢，其结果有时可能是不可逆转的。而且锅炉的运行周期长，不可能对水处理药剂多组配方以及不同的条件进行测定评价及筛选。另外，锅炉实际运行装置的测定实验成本难以承受。

发明内容    本发明的目的，正在于解决现有两类评价装置存在的不足，开发出一种单一系统的水处理药剂评价实验装置。本发明的特征正在于提供一种包括模拟锅炉单元、结垢和腐蚀检测单元、加热功率和压力恒定单元、蒸汽冷凝和自动液位控制单元、自动比例加药控制单元、自动排污控制单元、智能控制与数据处理单元以及安全保护单元等组成的系统，是能够模拟不同锅炉实际运行工况条件、改变不同水质和药剂成分及加药比例而对锅炉水处理药剂的缓蚀性、阻垢性等性能进行综合测定的动态评价装置。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其模拟锅炉单元，特征为由锅炉钢制成的密闭的管状容器主体，分为液室和汽室，可以模拟锅炉实际运行的工况结构和条件，以不同水质在不同温度、压力、蒸发量条件下，对锅炉中存在于液相、汽相中的水处理药剂的缓蚀性、阻垢性进行测定评价，并且能够测定不同水质在不同温度、压力、蒸发量条件下的结垢速率。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其结垢和腐蚀检测单元，特征为结垢检测部分是在一定直径的锅炉钢管内部空间安置加热元件，钢管壁内埋设温度检测元件，加热过程中，水中的结垢组分沉积于钢管壁上；腐蚀检测部分是在模拟锅炉内和蒸汽管道上安装腐蚀挂片器或试管。

腐蚀率和加药缓蚀率是通过和锅炉实际运行环境相同条件的实验结束后测量挂片或试管重量的变化，计算出炉内汽、液相和管道的腐蚀率和加药缓蚀率数值。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其加热功率和压力恒定单元，特征为通过检测加热电流和电压，乘积作为调节回路输入，经过自整定算法数字调节后输出给功率控制模块控制加热体，使加热功率恒定；通过压力传感器检测到的炉内压力信号传送给调节器，经过PID调节，控制电动执行机构动作，使炉内压力恒定。由于加热功率一经设定就不能变动，因此炉内温度也是通过调节压力来实现的。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其蒸汽冷凝单元和自动液位控制单元，特征为把循环水槽中的冷却水通过循环泵打到冷凝器中，炉内产生的高温高压蒸汽通过冷凝器中的盘管被外部的冷却水冷却后降温降压。冷却水换热后温度升高，通过一个风机盘管给冷却水降温，降温后的冷却水返回循环水槽循环使用。自动液位控制单元，分为炉内液位控制和循环冷却水液位控制两部分；检测循环水槽中循环冷却水温度去控制一只电磁阀动作，当循环水温度超过设定值时，电磁阀开启排出部分热水，通过一个液位开关控制补充冷水，之后液位达到时停止补水，当循环水温低于设定值时关闭电磁阀，使液位始终保持恒定。炉内自动液位控制部分自动调整炉内液位，补偿由于排污、补水和蒸发量变化对液位造成的影响，保持炉内液位稳定。实验中当炉内压力设定为1.0Mpa(10Kgf/cm²)时，蒸汽温度为183℃。设定循环水温度为40℃时电磁阀不动作，也就是说在这种状态下循环冷却水能够达到零排污，有效地节省了实验的二次水损失。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其自动比例加药控制单元，特征为通过液位设定控制混药槽混药液的容量，每向混药槽中补充一次原水的体积是一定的。原水泵启动时给出一个信号带动两只以上的加药计量泵。每只计量泵设定好加药量，当原水泵启动补水时带动多只计量泵按比例加入不同药剂。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其自动排污控制单元，特征为将带压力的炉水通过二只电磁阀交替通断来导出，其中一部分传送给在线电导率仪检测来控制排污。排污点靠电导率仪的设定范围来确定，排污过程自动完成。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其智能控制与数据处理单元，特征为从模拟锅炉上的压力传感器和液位传感器取出信号送入微处理机，在保证液位稳定的前提下，根据不同压力对应不同温度的原理，通过微处理机算法补偿后输出信号，控制电动调节阀调节压力，用压力控制炉水温度恒定。克服了用常规控制温度的方法，不能保证在加热功率恒定情况下温度变化的问题。

本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置，其安全保护单元，特征为压力调节器附带两组报警接点控制上限报警区限，当达到第一报警点时给出声光报警信号，如果不做处置，压力达到第二报警点时自动切断加热电源，自控回路和另一组机械安全阀共同构成模拟锅炉的安全保护系统，从而保证运行安全。

附图说明

图1：本发明涉及的锅炉水处理药剂评价装置结构示意图。

图2：图1中结垢检测组合组件2的结构放大示意图。

图3：热功率控制单元示意图。

实施方式    结合附图就实施方式作出以下说明。

本发明涉及的评价装置如图1所示。图1中的1是由锅炉钢制成的密闭的模拟锅炉主体，分为液室和汽室。液室中设置一个把结垢检测温度传感器和加热元件组合为一体的组件2。加热恒定功率控制单元9控制加热元件对炉水进行加热。当炉水温度超过汽化温度(100℃)时产生蒸汽，并使炉体内产生压力。压力恒定单元4按照实验提出的压力要求自动恒定炉内压力。压力超过最高允许值(3.0MPa)时，安全保护单元5动作减低压力，并切断加热电源。炉内液位控制单元3自动调整炉内液位，补偿由于排污、补水和蒸发量变化对液位造成的影响，保持炉内液位稳定。排污控制单元13在线检测炉水的电导值，能够在有压力的情况下自动控制排污，使炉水的浓缩倍率维持在需要的数值上。12是混药槽，通过槽内液位控制单元14控制补水泵19补充原水。当液位低于设定值时补水，达到设定值时停止补水。每一次补水的补水量是相同的，这就为比例加药创造了条件。原水补水泵每启动一次发出一个脉冲信号，带动加药计量泵17、18启动一次，从加药桶15、16中把两种以上的药剂加入混药槽12中。每接受一个脉冲加药计量泵的加药量可以数字设定，保证混药槽中的药剂浓度按比例相同。13是电导率检测单元；6和7分别是炉内挂片器和管道挂片器，分别测量炉水腐蚀和管道蒸汽腐蚀。11是高压计量泵，提供足够的压力和流量向炉内给水。20是智能控制和数据处理单元，总合检测到的信号进行数据运算处理协调各个智能单元并输出结果。

图2是图1中结垢检测温度传感器和加热元件组合组件2的结构放大示意。其中的21是一个与锅炉同质的定直径的标号锅炉钢钢管，在其靠炉水侧壁下埋设精密温度传感器22，23是引出线。加热体25是产生1000℃左右可以调控，与锅炉燃烧时温度相当的热源。24是加热体支架和26加热体引线。检测过程是，检测组件浸入在炉水之中，加热体发出的热量通过锅炉钢管向炉水中传递。炉水中的结垢物质在高温和一定压力的作用下在锅炉钢管和水接触的换热面即管壁上沉积，沉积的垢层阻碍了热量的传递，使垢层下换热表面温度比不结垢时的温度升高，通过换热面下埋设的温度传感器拾取这一温度的变化信号，经过处理得到结垢率和加药处理的药剂阻垢率。为了得到准确的检测结果，应该使加热体在设定的功率下恒定功率加热，因为加热功率的变化使垢下温度也会产生变化，无法分清垢层带来的温度变化。

本装置采用了高精度的热功率控制单元，通过图3中的27检测加热电流和电压，它们的乘积作为调节回路28的输入，经过自整定算法数字调节后输出给功率控制模块29控制加热体，使加热功率恒定，变化仅在±0.2％范围内，能够满足实际测量的需要。

本发明与目前常采用的锅炉水处理药剂评价方法比较，其明显的不同点在于，一是利用了水垢物质的热阻比锅炉钢热阻大100倍以上这一特点，随着垢层的增厚传热效率下降，垢下温度升高。检测到这个温度的变化，把加药和不加药温度变化情况进行比较，其变化率经过修整代表药剂阻垢率。二是创造一个与锅炉实际运行工况相同、并可以随意调整的环境条件，在这个环境条件下得到的药剂阻垢率和缓蚀率能够同锅炉实际运行情况下的效果相一致。

本发明的评价装置经过反复对不同的锅炉水处理药剂检测评价使用，证明各单元及系统运行稳定，具有检测结果准确可靠、可无人控制操作以及实验运行成本低的特点。评价结果能够真实反映水处理药剂在锅炉中实际应用的性能和实际运行的效果。以下通过实例说明。

                    实施例1

对复配无机盐类聚合磷酸盐缓蚀阻垢剂进行评价。药剂复配为90％的聚合磷酸钠及10％的丙烯酸。压力设定为1.0Mpa，炉水温度183℃，蒸发量20L/h，加热功率2.8Kw，浓缩倍率10，水质按照GB1576-2001标准强化水质，实验时间10天。在以上条件下得到的药剂阻垢率为78.5％；缓蚀率为0.045mm/a，与该药剂使用在锅炉上实际效果相一致。

                    实施例2

对有机共聚物类缓蚀阻垢剂乙二胺四亚甲膦酸进行评价。压力设定为2.0Mpa，炉水温度213℃，蒸发量20L/h，加热功率3.2Kw，浓缩倍率10，水质按照GB1576-2001标准强化水质，实验时间10天。在以上条件下得到的药剂阻垢率为88.2％；缓蚀率为0.05mm/a，与该药剂使用在锅炉上实际效果相一致。

Claims (9)

1.一种锅炉水处理药剂性能评价装置，其特征为包括模拟锅炉单元、结垢和腐蚀检测单元、加热功率和压力恒定单元、蒸汽冷凝和自动液位控制单元、自动比例加药控制单元、自动排污控制单元、智能控制与数据处理单元以及安全保护单元组成的系统，是能够模拟不同锅炉实际运行工况条件、改变不同水质和药剂成分及加药比例而对锅炉水处理药剂的缓蚀性、阻垢性等性能进行综合测定的动态评价装置。

2.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为模拟锅炉单元是由锅炉钢制成的密闭的管状容器主体，分为液室和汽室，可以模拟锅炉实际运行的工况结构和条件，以不同水质在不同温度、压力、蒸发量条件下，对锅炉中存在于液相、汽相中的水处理药剂的缓蚀性、阻垢性进行测定评价，并且能够测定不同水质在不同温度、压力、蒸发量条件下的结垢速率。

3.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为结垢和腐蚀检测单元中结垢检测部分是在一定直径的锅炉钢管内部空间安置加热元件，钢管壁内埋设温度检测元件，水中的结垢组分沉积于钢管壁上；腐蚀检测部分是在模拟锅炉内和蒸汽管道上安装腐蚀挂片器或试管。

4.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为加热功率和压力恒定单元中通过检测加热电流和电压，乘积作为调节回路输入，经过自整定算法数字调节后输出给功率控制模块控制加热体，使加热功率恒定；通过压力传感器检测到的炉内压力信号传送给调节器，经过PID调节，控制电动执行机构动作，使炉内压力恒定。炉内温度也是通过调节压力来实现。

5.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为蒸汽冷凝单元和自动液位控制单元中是把循环水槽中的冷却水通过循环泵打到冷凝器中，炉内产生的高温高压蒸汽通过冷凝器中的盘管被外部的冷却水冷却后降温降压，冷却水换热后温度升高，通过一个风机盘管给冷却水降温，降温后的冷却水返回循环水槽循环使用。自动液位控制单元，分为炉内液位控制和循环冷却水液位控制两部分；检测循环水槽中循环冷却水温度去控制一只电磁阀动作，当循环水温度超过设定值时，电磁阀开启排出部分热水，通过一个液位开关控制补充冷水，之后液位达到时停止补水，当循环水温低于设定值时关闭电磁阀，使液位始终保持恒定。炉内自动液位控制部分自动调整炉内液位，补偿由于排污、补水和蒸发量变化对液位造成的影响，保持炉内液位稳定。

6.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为自动比例加药控制单元中通过液位设定控制混药槽混药液的容量，每向混药槽中补充一次原水的体积是一定的。原水泵启动时给出一个信号带动两只以上的加药计量泵。每只计量泵设定好加药量，当原水泵启动补水时带动多只计量泵按比例加入不同药剂。

7.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为自动排污控制单元中将带压力的炉水通过二只电磁阀交替通断来导出，其中一部分传送给在线电导率仪检测来控制排污。排污点靠电导率仪的设定范围来确定，排污过程自动完成。

8.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为智能控制与数据处理单元中是从模拟锅炉上的压力传感器和液位传感器取出信号送入微处理机，在保证液位稳定的前提下，根据不同压力对应不同温度的原理，通过微处理机算法补偿后输出信号，控制电动调节阀调节压力，用压力控制炉水温度恒定。

9.按照权利要求1所述的装置，其进一步特征为安全保护单元中是以压力调节器附带两组报警接点来控制上限报警区限，当达到第一报警点时给出声光报警信号，如果不做处置，压力达到第二报警点时自动切断加热电源，自控回路和另一组机械安全阀共同构成模拟锅炉的安全保护系统，从而保证运行安全。

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