节能型除铁过滤器的工艺研究

杨 飞，王 猛，赵 健，陆群锋

(江苏耐尔冶电集团有限公司，江苏 靖江 214537)

节能型除铁过滤器的工艺研究

杨 飞，王 猛，赵 健，陆群锋

(江苏耐尔冶电集团有限公司，江苏 靖江 214537)

工业锅炉的应用领域众多，而由铁杂质引起的水质问题影响了锅炉的使用效率。锅炉的水处理至关重要，不仅能降低锅炉的运行成本，而且具有一定的环保效益。介绍了一种节能型除铁过滤器，其过滤后水质满足国家标准，与同类产品相比，成本低，除铁效率好，为水处理提供了技术保障。

锅炉；水处理；过滤器；除铁

工业锅炉是生产蒸汽或加热水的能量转换设备，其使用量大，被广泛应用于化工、钢铁、机械、食品和纺织印染等行业，以及日常生活中的采暖、生活用热水等方面。

锅炉运行的热工介质是水，水质的优劣对锅炉的安全运行产生了重大的影响。由铁杂质引起的问题尤为突出，铁杂质除以溶解态和胶状物存在外，大部分以颗粒状存在于水中，造成炉管内部生成复杂铁垢，以致锅炉效率低下或者炉管破坏，进而发生恶性事故；因此，做好锅炉水处理的除铁至关重要。除铁过滤器是水处理工艺中重要的水处理设施，其运行质量的好坏直接关系到水源水质的合格稳定，关系锅炉能否正常运行。

1 铁杂质的来源与危害

1.1 铁杂质的来源

由于软化水无法去除原水的碱度，因此原水中的重碳酸根进入锅炉后，就会分解产生二氧化碳，而它进入蒸汽，冷凝后，又全部或部分溶解于凝结水中。由于凝结水几乎不含其他可溶性盐类，缓冲性很小，所以二氧化碳的存在极大地降低了它的pH值。在这样低的pH值条件下，加上工业锅炉凝结水温度较高(50～80 ℃)，金属表面保护膜很快会发生溶解，导致金属腐蚀。由于二氧化碳水溶液是弱酸，其腐蚀性因不断地电离而一直维持下去，而且工业锅炉的凝结水溶解氧含量往往很高，而二氧化碳和氧气同时存在时，酸腐蚀会加速，最大的腐蚀速度可达4 mm/a。这种腐蚀形式是均匀腐蚀，结果造成凝结水铁离子含量很高。现场测量发现，铁含量约为0.5～1.5 mg/L，而这些铁杂质大部分都被带往锅炉[1]。

1.2 铁杂质的存在对锅炉运行的危害

未经处理的水作为锅炉补充水，水中所含大量铁离子会在锅炉传热面发生二次结垢及垢下腐蚀，造成危害。具体如下。

1)燃料浪费。锅炉结垢后，使受热面的传递性能变差，燃料燃烧所放出的热量不能迅速传递到锅炉水中，锅炉的热效率降低，大量的热量被烟气带走，为保持锅炉的额定参数，就应多投放燃料，提高炉膛温度；因此，造成了燃料浪费。当工作压力为1.4 MPa的锅炉炉管上结有厚1 mm水垢时，煤耗将增加8%～10%。

2)影响安全运行。锅炉正常运行时，钢板热量迅速传递到锅炉水中，受热面结垢后，热传递受阻，致使金属壁温急剧升高，当温度超过了金属所能承受的允许温度时，金属强度显著降低，从而导致金属过热变形，严重时将发生鼓包、裂缝，甚至爆管等事故。

3)堵塞管道，破坏水循环。如果水管内结垢，就会减小流通截面积，增大水的流动阻力，破坏正常的水循环，造成锅炉出水不足，蒸发量下降，严重时还会完全堵塞管道，或造成爆管事故。

4)缩短锅炉寿命。锅炉结垢后，经常采用机械方法或化学方法进行除垢，会使受热面受到严重损伤，缩短锅炉的使用寿命；同时，增加清洗和维修的时间、费用及工作量等，耗费人力、物力，影响生产，减小锅炉的有效利用率，降低经济性[2]。

5)污染水蒸气。由于锅炉结垢，蒸汽中带有杂质和水分，使其品质降低。

2 常用的几种除铁过滤工艺

来自各种水源的水中都会含有一定浓度的杂质，为了达到国家规定的水质标准，锅炉用水在使用前应进行净化处理。

2.1 给水加药处理

在给水系统或软水箱中加入除氧剂和碱化剂，以降低给水溶解氧浓度，提高给水的pH值，减少对给水管道的腐蚀，从而减少给水中铁的含量。加除氧剂的加药系统应密封，不能把除氧剂加到未密封的软化水箱中。

工业锅炉最常用的除氧剂是Na2SO3，它在中性条件下与氧反应速度最快，还可以向水中添加少量的Cu2+、Co2+和Mn2+等金属离子催化剂，以提高它的反应速度。

对于小型的直流锅炉，应采用挥发性的除氧剂(如N2H4)。与其他一些新型除氧剂(如乙醛肟、丙酮肟和N2H4)相比，其除氧、钝化效果好，但价格较高。

2.2 磁力过滤器

磁力过滤器就是用磁力来除去水中铁的腐蚀产物。用于凝结水净化工艺中的磁力过滤器有永磁过滤器、铁球型电磁过滤器和高梯度电磁过滤器等。

2.2.1 永磁过滤器

在永磁过滤器内，布置着若干层磁铁，每层磁铁都由许多放射形排列的磁棒所组成。各根磁棒都连接在1根垂直轴上，此轴可由设于永磁过滤器上部的电动机带动。该设备在正常运行中，约4个星期需复原1次。所谓复原，就是清除掉它的吸附物，使它恢复原来的状态。复原时，停止通水，起动电动机，使轴高速旋转几分钟，就可甩下磁棒上吸着的铁的氧化物；然后，排掉过滤器内含杂质的污水，用凝结水把过滤器冲洗一下即可再投入运行。这种过滤器内需装有能产生强大磁场的永久磁铁，而且从磁铁上除掉吸着的氧化铁微粒时，需用高速电动机，所以它的制造工艺要求较高。另外，这种过滤器除铁效果也不够理想。

2.2.2 铁球型电磁过滤器

铁球型电磁过滤器是一个用非磁性材料(如奥氏体钢)制成的圆筒，筒体内填装着许多用软磁材料制成的小球，小球的直径一般约为6～7 mm，小球层高为1 000～1 200 mm，筒体外面绕有励磁线圈。筒体与线圈之间有一薄层绝热层，以防止因高温凝结水传热给线圈，而使线圈温度过高。在线圈外面装有1个铁罩作屏蔽罩，其一方面形成闭合磁路以免因漏磁而减弱筒体内的磁场；另一方面还可起到磁屏的作用，以免筒体内的强磁场影响周围的仪表。

该设备投入运行时，先在线圈内通直流电以产生磁场，然后将要处理的水从下向上通过小球层，这时筒体内的小球由于磁力作用互相吸引，不会被水流所掀动。水通过后，其中金属腐蚀产物就被磁化的小球吸住，出口水中铁和其他金属腐蚀产物的含量就会降低。在运行中，可按进、出口水的含铁量来判断此磁力过滤器是否已失效。这种设备运行周期很长(正常运行时间可达7～14 d)，所以也可按一定的出水水量来决定运行“终点”。

2.2.3 高梯度电磁过滤器

高梯度电磁过滤器的筒体内填充着带毛刺的导磁钢毛和涡卷。在强磁场作用下，钢毛被磁化，使筒体内磁力线的分布不再是均匀的，在空间产生极高的磁场梯度，这种电磁过滤器又称为高梯度电磁过滤器[3]。

2.3 反渗透技术

反渗透是根据渗透的反向迁移运动原理，对溶液施加一定压力，借助于半透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法。该技术现已广泛应用于火电厂锅炉给水处理，其具有除铁效率高、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省和耗电少等优点。

2.4 新型高梯度磁过滤器

高梯度磁过滤器是借助电磁线圈产生高强度的直流磁场，使导磁基体表面形成极高的磁场梯度。水中磁性物质颗粒通过筒体时，被磁化的基体具有强大磁力将颗粒捕集在其表面，从而达到水质净化的目的。作用于颗粒的磁力越大，铁的去除率越高[4]。

3 节能型除铁过滤器的技术

节能型除铁过滤器结构图如图1所示。该产品外筒体、左封头和右封头内均焊接有内衬筒体。外筒体内进口法兰右面焊接有孔板，孔板左侧通过螺钉固定滤元盖板，孔板右面一定距离处焊接支承板，孔板上焊接若干个滤元套管，滤元套管内设置滤元。孔板与支承板通过若干个定距杆连接。

图1 节能型除铁过滤器结构示意图

该产品的结构设计采用2个支座上焊接外筒体，外筒体上方焊接排气口，下方焊接排污口，前方左面设置进口法兰，外筒体右端焊接右封头，右封头外侧设置出口法兰。与同类产品相比，其安装、维护便捷，同时提高了产品质量，减少了噪声污染，延长了使用寿命。

传统产品筒体材质采用购买的复合板，价格昂贵，一般生产企业及用户经济上难以承受。该产品工艺设计为采用塞焊的方法，在内衬筒体上每300 mm×300 mm正方形的四角上钻直径为10 mm的塞焊孔(见图2)，把内衬板焊接在外筒体内，填充材料为A302，比购买复合板做筒体节约1/3的成本，满足了用户需求，产品质量符合GB 150—2011等标准。采用焊接工艺，能改善焊接能效，提高生产效率。

图2 塞焊工艺示意图

4 应用效果

根据已经投放市场的除铁过滤器的应用状况看，达到了预期的处理效果，不但回水过滤后水中的铁含量大幅降低，而且可以长时间稳定运行。该设备产生的经济效益可以由下述几方面进行计算：节约了能源(煤、燃油或燃气的量)，节约了软化水生产量，减少了软化水的再生水量和高温冷凝水排污对环境的危害，冷凝水的使用降低了锅炉的排污率，提高了锅炉水的浓缩倍数等。

这种过滤器对蒸汽冷凝水除铁效果很好，可以有效地降低锅炉运行能耗和减少对环境的危害，同时降低了使用成本，创造了良好的经济和社会效益，对实现锅炉水系统的节能减排具有十分重要的现实意义。

5 结语

在锅炉水处理技术发展过程中，安全、节能和环保是至关重要的因素；因此，水处理技术也要围绕着提高锅炉的安全、经济运行水平来进行综合考虑。节能型除铁过滤器通过水处理，既能减少锅炉腐蚀，以提高安全性，又能减少结垢，以降低能源的消耗，同时还节约了使用成本。

控制锅炉铁杂质产生的危害，应从源头上控制铁的来源。具体到每个锅炉系统，应从节能、安全、经济和环保角度来综合考虑。

[1] 李茂东.工业锅炉铁杂质污染与控制[J]. 腐蚀与防护, 2002(9)：414-415.

[2] 贾思怀.工业锅炉水处理实用技术[M]. 北京：金盾出版社, 2008.

[3] 周海峰.覆盖式过滤器在凝结水回收中的应用研究[D]. 西安：西安石油大学，2008.

[4] 周建伟,叶舟,李良武,等.热网疏水除铁过滤器的研究[J]. 热电技术,2012(2)：41-44，52.

责任编辑 郑练

Research on the Progress of Energy-saving Iron-removing Filter

YANG Fei, WANG Meng, ZHAO Jian, LU Qunfeng

(Jiangsu Nair Group Co., Ltd., Jingjiang 214537, China)

The industrial boiler is related to many manufacture fields, in which the water quality resulted from the trace iron has a great effect on the efficiency of boilers. Therefore, the water treatment is of great importance, which not only reduces the cost of operation but also produces environmental benefit. A kind of energy-saving filter used to remove the iron is introduced. The quality of the filtered water meets the national standard. Besides, compared with the competing products, the lower cost and higher efficiency on iron-removing of the filter introduced here provides more reliable technical support for the water treatment.

boiler, water treatment, filter, iron-removing

TK 223.5

A

杨飞(1980-)，男，总经理，工程师，大学本科，主要从事节能减排及新型耐磨金属材料等方面的研究。

2016-09-28