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浅谈铁离子监测及对锅炉用水的影响

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-03-05
摘要:摘 要:本文从原水中的铁离子会引起树脂中毒、锅内的铁离子形成铁垢并引起垢下腐蚀两个 方面介绍了铁离子对锅炉用水的影响,研究分析软化水中铁离子对硬度测定的干扰,建议重视对铁 离子的监测,要求在测硬度时根据实际情况加L-半胱胺酸盐和乙醇胺进行联合掩
摘 要:本文从原水中的铁离子会引起树脂中毒、锅内的铁离子形成铁垢并引起垢下腐蚀两个 方面介绍了铁离子对锅炉用水的影响,研究分析软化水中铁离子对硬度测定的干扰,建议重视对铁 离子的监测,要求在测硬度时根据实际情况加L-半胱胺酸盐和乙醇胺进行联合掩蔽以消除铁离子的 干扰。
关键词:铁离子中毒 腐蚀 硬度测定干扰 危害
锅炉原水是未经过任何处理的水[1],包括地表水、地下水和城市自来水。原水中的悬浮物、胶 体、沧州欧谱溶解物等杂质严重危害锅炉的安全经济运行,不能直接作为锅炉用水。原水需经水处理设备处 理,去除水中杂质,并按照GB 1576《工业锅炉水质》对各种杂质含量进行监测,防止锅炉结垢及 腐蚀,确保设备安全经济运行。
硬度主要是指水中某些易于形成沉淀的金属离子(如,Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等)。由于锅炉 软化水指除掉全部或大部分钙、镁离子后的水[1],人们一般认为硬度就是指Ca2+、Mg2+的浓度之和, 忽略了Fe3+的影响。
Fe3+对锅炉用水的影响有三方面:原水中的Fe3+对树脂的影响;进入锅内的Fe3+对锅炉的影响; 软水中Fe3+对硬度测定的影响。由于节能减排的深入开展,越来越多的企业重视回水的利用以提高 锅炉运行效率,因此有必要监测回水中的铁离子以保证锅炉给水水质,防止铁离子再次进入锅炉引 起危害。
一、原水中的铁离子对树脂的影响
在原水离子交换处理过程中,阳离子交换树脂对常见金属阳离子吸附能力的选择性为Fe3+>Al3+ >Ca2+>Mg2+>K+>Na+[2]。铁离子吸附能力最强,一旦被树脂吸收很难通过再生被Na+置换,严重 地降低树脂交换容量,且出水水质变差,即所谓的"铁离子中毒"现象。
如果水源水或再生剂中含铁量过高(≥0.3 mg/L),以及钢制的水处理设备防腐不良,会造成树 脂被铁离子污染,引起铁中毒[2]。GB 5749 《生活饮用水卫生标准》中规定生活饮用水中铁离子含 量不应超过0.3 mg/L。所以对于防腐优良的水处理设备,以城市自来水作为锅炉原水时,铁离子一 般不会超标。用地下水作为锅炉原水时,要严格监测、控制铁离子含量,防止对树脂及锅炉引起危 害。
如我市某企业准备安装一台锅炉,打算用井水作为锅炉原水,送来水样如图1-1 所示,用中速 滤纸过滤后滤液和滤纸如图1-2 所示,初步判断黄色悬浮物含铁,加入稀盐酸后无色,如图1-3 所示,
依据 DL/T502-2006《火力发电厂水汽分析方法》测得水中铁离子含量严重超标,为10.34 mg/L。不 能直接作为锅炉原水,建议其对原水进行过滤等预处理,去除铁离子,防止原水污染树脂,避免锅 炉结垢腐蚀,保障锅炉安全经济运行。
图1-1 所送水样 图1-3 水样加入稀盐酸
图1-2 过滤后滤液及滤纸
二、锅内的铁离子对锅炉的影响
当用含铁量超标的水作为锅炉给水时,容易在锅炉的受热面上结成铁垢,这不仅影响传热效果, 还会引起垢下腐蚀,其表现为:
2.1 形成铁垢
铁离子进入锅炉,随着锅炉水pH 值升高,生成氢氧化铁,在高温情况下,氢氧化铁脱水,生 成胶态Fe2O3,如公式(2-1)、(2-2)所示。这种带正电荷的胶态氧化铁,在静电引力的作用下,与 热负荷较高呈负电性的锅炉金属表面形成氧化铁垢。一般在大型锅炉热负荷最高的喷燃器和燃烧带 附近的管壁上形成铁垢,低压锅炉运行中铁离子超标,也会在水冷壁管、烟管等热负荷高的部位形 成铁垢[2],妨碍传热,甚至发生堵管爆管的危害。
2Fe(OH)3 Fe2O3  3H2O (2-2) 2.2 垢下腐蚀
含有高价铁的水垢,容易引起与水垢接触的金属腐蚀。这是因为溶液中的三价铁离子是一种氧 化剂,当锅炉内结有铁垢Fe(OH)3 或Fe2O3 时会发生公式(2-3)、(2-4)所示的去极化反应,且从 水垢孔隙渗入的锅水在水垢层和管壁之间急剧蒸发,在水垢层下锅水浓缩到很高浓度。在高温高浓 度的条件会加速铁垢附近及垢下的管壁金属腐蚀,而铁的腐蚀产物又容易重新结成水垢。此恶性循 环会迅速导致锅炉部件损坏,使管壁变薄,甚至穿孔。所以水中含铁应该引起足够重视。
3 2 Fe(OH) e Fe(OH) OH    (2-3)
2 3 2 Fe O H O 2e 2FeO 2OH     (2-4)
三、软化水中铁离子对硬度测定的干扰
给水硬度作为一项重要的水质控制标准,已引起各个生产单位的重视,沧州欧谱但其测定方法大多是水 样中加入pH=10 漆膜划格器http://www.qimohuageqi.com的缓冲溶液及铬黑T 指示剂,用EDTA 标准溶液滴定至终点,不少单位滴定过程中 颜色变为无色,以为还未到终点,随便写上一个硬度数值。这是由于铁离子的干扰,使滴定不到终 点。GB 1576 中明确规定,若有Fe、Al、Cu 或Mn 离子干扰硬度测定时需要加L-半胱胺酸盐和乙醇 胺进行联合掩蔽。
本文对纯净水硬度测定时铁离子的干扰浓度进行了初浅研究,并进行原因分析。
3.1 试验过程
3.1.1 配制Fe3+标准溶液
⑪ 称取 0.8634 g 优级纯硫酸高铁铵溶于50 mL 浓度为1mol/L 的盐酸溶液中,配制成1 L 的溶 液[3]。(1 mL 含0.1 mg 铁离子)
⑫ 取⑪中溶液20 mL 注入1L 容量瓶中,用去离子水稀释至刻度。(1 L 含2 mg 铁离子,不宜 存放,随用随配)
3.1.2 比色分析
按表 1 取一定量的铁离子标准溶液,用去离子水稀释到100 mL,按GB 1576《工业锅炉水质》 测硬度的方法加入3~5 mL pH=10 的缓冲溶液,再加入2~3 滴铬黑T 指示剂。
表 1 不同浓度含铁水溶液的配制
编号1 2 3 4 5 6 7
铁标准溶液(mL) 0 1 2 3 5 10 20
含铁量(mg/L) 0 0.02 0.04 0.06 0.10 0.20 0.40
比色分析得知,铁离子对钙镁硬度的测量有干扰,一般表现为滴定过程中滴定不到终点或者加 入指示剂后呈灰紫色,我们把不同浓度的铁离子溶液加入缓冲和指示剂后,颜色变化如图3-1 所示。
图3-1 不同浓度的铁离子溶液加入缓冲溶液和指示剂后的颜色变化图
从图中可以看出,在纯净水中,Fe3+含量为0.04 mg/L 时,颜色已经呈现会灰紫色,干扰了硬度 的测定。
3.2 原因分析
硬度的测定是在pH=10±0.1 的被测液中进行的,用铬黑T 作指示剂,以EDTA 标准溶液滴定至 蓝色终点,根据消耗的EDTA 计算水中硬度的含量。本文从EDTA 与金属离子形成络合物的稳定性、 铁离子的水解性、铁离子的氧化性三方面分析其原因。
3.2.1 稳定常数的影响
综合考虑EDTA 的酸效应系数lg H
、混合络合效应系数lg L ,则Mg2+、Ca2+、Fe3+离子与EDTA 形成络合物的稳定常数// lg K 稳 分别为:8.2、10.2、14.0[4]。凡是lg K//  8 稳 的金属离子可以和EDTA 定量络合,用于滴定分析。当// lgK  2 ~ 3 稳 ,表示该离子不会影响其他离子的滴定。本文研究中 的铁离子与EDTA 形成络合物的稳定常数为14.0,干扰了钙、镁离子的滴定。
3.2.2 水解反应的影响
Fe3+在pH 值很高的溶液中(如本文研究中pH=10)会发生较强的水解反应,由于生成Fe(OH) 3,FeO2 -的沧州欧谱反应占优势,如式(3-1),不论// lg K 稳 多大,都不能进行滴定。
3 2 2 Fe(OH) OH FeO 2H O      (3-1) 3.2.3 氧化反应的影响
Fe3+具有氧化性,铬黑T 易于被氧化而褪色,当含有一定量的铁离子时,由于滴定过程中溶液 显示灰蓝色甚至无色,没有明显的颜色变化,所以不能判断滴定终点。
3.3 对硬度测定的干扰
干扰离子的浓度达到一定程度就会干扰其他离子的测定。有研究表明少量Fe3+的存在对水硬度 的测定无影响;随着Fe3+浓度的增大,滴定终点逐渐难以辨别[5]。如取自本实验室的自来水,铁离 子含量为0.14 mg/L,用EDTA 标准溶液滴定到酒红色变为蓝色终点,测定其硬度为3.06mmol/L。 当纯净水硬度为0,铁离子含量为0.04 mg/L 时,加入铬黑T 指示剂变为灰蓝色,干扰了滴定终点的 判断。经钠离子交换设备制得的软水,由于出水硬度很小甚至为零,铁离子对硬度测定的干扰就会 明显,所以在测硬度时要根据实际情况加L-半胱胺酸盐和乙醇胺进行联合掩蔽以消除其干扰。
四、小结与建议
(1)控制原水中的铁离子,防止树脂中毒。
(2)铁离子在锅炉运行中会形成铁垢,继而引起垢下腐蚀,影响传热效果,有爆管的危险。在 锅炉给水设备的选择和日常维护上(如锈迹斑斑的贮水箱),尽量避免带入铁离子,严格监测控制给 水中的含铁量。
(3)为了降低能耗,更好的贯彻落实节能减排方针,我们应该鼓励在保证给水水质的前提下, 尽可能的提高回水利用率。但是由于锅炉在恶劣的条件下运行会发生一定程度的腐蚀,所以更要监 测回水中的铁离子,防止铁离子再次进入锅炉引起危害。
(4)在对锅炉用水的监测过程中,测硬度时要根据实际情况加L-半胱胺酸盐和乙醇胺进行联合 掩蔽以消除铁离子的干扰。
参考文献:
[1]GB 1576-2008 工业锅炉水质.
[2]郝景泰,于萍,周英.工业锅炉水处理技术[M].气象出版社:2000.
[3]DL/T502.25-2006 火力发电厂水汽分析方法第二十五部分:全铁的测定(磺基水杨酸分光光度法)
[4]水质化验实用手册.
[5]宋建华,李黄达,李素平.水硬度测定时铁(Ⅲ)离子干扰现象的探讨[J].上海轻工业高等专科学校学报,1996,17 (1):50-51.
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