水處理對于工業(yè)鍋爐運行的重要性以及常用水處理方法概述

莊國華 張迎友

摘? 要：水處理對于鍋爐的安全運行起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)對工業(yè)鍋爐水處理的目的、水質(zhì)不良的危害、鍋爐給水爐水的監(jiān)測指標和意義進行了介紹，并概述了工業(yè)鍋爐常用的水處理方法。

關(guān)鍵詞：水處理;工業(yè)鍋爐;設(shè)備

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0121-03

Abstract： Water treatment plays an important role in the safe operation of boilers. This paper introduces the purpose of industrial boiler water treatment， the harm of bad water quality， the monitoring index and significance of boiler feed water， and summarizes the common water treatment methods of industrial boilers.

Keywords： water treatment; industrial boiler; equipment

水處理的好壞直接關(guān)系到鍋爐的安全運行，很多使用單位卻對此不重視不關(guān)注，直到出現(xiàn)鍋爐事故才后悔莫及，水質(zhì)監(jiān)管缺失給鍋爐安全運行留下的是定時炸彈。鍋爐的水處理不僅要關(guān)注，還要重視，規(guī)范水質(zhì)管理，確保水質(zhì)處于受控狀態(tài)之中。

1 鍋爐水處理的目的

鍋爐水處理的目的是除去對鍋爐有危害的雜質(zhì)，防止鍋爐結(jié)垢和腐蝕，保持蒸汽品質(zhì)良好，保證鍋爐安全經(jīng)濟運行[1]。做好水質(zhì)管理工作，才能保證鍋爐安全、經(jīng)濟運行，才可達到延長鍋爐使用壽命，節(jié)約燃料，保證蒸汽品質(zhì)，防止由于水垢、水渣、腐蝕而引起鍋爐部件損壞或發(fā)生事故的目的。

2 鍋爐水質(zhì)不良的危害

（1）鍋爐的結(jié)垢，每結(jié)垢1mm，約浪費5%-8%的燃料[2];使傳熱性能差，受熱面壁溫高，超過材料的允許溫度，金屬材料過熱，導致受熱面損壞。（2）鍋爐的腐蝕，會直接導致金屬受壓元件受到破壞[3];腐蝕的鐵化物與其他雜質(zhì)結(jié)成水垢附著在受熱面之上，將影響傳熱效果;產(chǎn)生垢下腐蝕。（3）影響蒸汽品質(zhì)，含鹽量高、皂化反應(yīng)、汽水共騰、蒸汽嚴重帶水，致使鍋水起沫，影響蒸汽品質(zhì)，還可能使過熱器管產(chǎn)生積鹽、影響過熱蒸汽溫度、水位模糊、在蒸汽流動系統(tǒng)產(chǎn)生水錘效應(yīng)、引起系統(tǒng)腐蝕等問題。

3 水處理監(jiān)測指標和意義

3.1 鍋爐給水監(jiān)測指標和意義

監(jiān)督給水是為了防止鍋爐給水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢，在鍋爐排污率不超過規(guī)定值的前提下，確保鍋水水質(zhì)合格，監(jiān)測的指標和意義如下。

（1）懸浮物（濁度），若不將水中的懸浮物除去，懸浮物的存在會影響加藥處理除垢效果和鍋外化學處理工藝的正常進行。（2）硬度，監(jiān)測硬度是避免生成鈣、鎂水垢，防止鍋內(nèi)加藥處理的用藥量增加，使鍋水中發(fā)生過量的水渣。（3）pH值，控制給水系統(tǒng)中的酸性物質(zhì)及堿性物質(zhì)。（4）溶解氧，監(jiān)測給水中溶解氧濃度，防止鍋爐產(chǎn)生氧腐蝕。（5）油量，如果給水中含有油，一方面會形成油垢，另一方面會影響蒸汽的品質(zhì)。（6）含鐵量，監(jiān)督含鐵量是為了防止鐵質(zhì)水垢對鍋爐的危害。

3.2 鍋爐鍋水監(jiān)測指標和意義

對鍋爐鍋水監(jiān)測的目的在于防止鍋內(nèi)結(jié)垢、腐蝕和產(chǎn)生蒸汽品質(zhì)不良等問題。監(jiān)測的指標有：（1）堿度，有效地監(jiān)控爐水堿度，太高易造成堿性腐蝕或者苛性脆化，同時防止鍋水起沫，保證蒸汽品質(zhì);而鍋水中保留一定的堿度，使之與鈣鎂離子反應(yīng)，可達到防止結(jié)垢的目的。（2）酚酞堿度，防止鍋爐產(chǎn)生酸性腐蝕或堿性腐蝕。方便計算出鍋水pH值：鍋水pH值=11+lg[2×酚酞堿度-全堿度]。（3）pH值，鍋爐正常運行時，爐水pH值應(yīng)控制在10～12之間[4]。（4）溶解固形物，為了保證蒸汽品質(zhì)，減少蒸汽溶鹽，防止鍋水中的雜質(zhì)被帶入蒸汽中[5]。（5）SO32-，采用亞硫酸鹽除氧時，鍋爐中應(yīng)維持一定量的SO32-，以除去鍋爐中的氧氣。（6）PO43-，采用磷酸鹽處理時，鍋水中應(yīng)維持一定量的PO43-，目的是為了防垢[6]。（7）相對堿度，當相對堿度小于某一數(shù)值時，不會發(fā)生苛性脆化[7]。

4 工業(yè)鍋爐常用的水處理方法

工業(yè)鍋爐常用的水處理方法有鍋外水處理和鍋內(nèi)水處理[8]。鍋外水處理是在鍋爐外部用水處理設(shè)備將原水進行軟化，使給水達到標準要求，再將給水注入鍋爐內(nèi)部。工業(yè)鍋爐常見的水處理設(shè)備有鈉離子交換軟水設(shè)備、反滲透凈水設(shè)備[9]。鍋內(nèi)水處理是將藥劑加入給水中，再將給水加入鍋爐內(nèi)部，藥劑在爐內(nèi)直接與水中的雜質(zhì)和金屬產(chǎn)生化學反應(yīng)，緩解對金屬的侵蝕，避免結(jié)垢。

4.1 鈉離子交換軟水設(shè)備

鈉離子交換軟水設(shè)備以4t/h一備一用軟水設(shè)備為例，如圖1，整機工作流程圖，如圖2。

通過鈉型離子交換樹脂上的鈉離子與水中的鈣、鎂離子進行交換，降低水中硬度，鈣鎂等離子的濃度，從而達到反滲透膜進水需求的水質(zhì)硬度標準。當運行一段時間，達到自動控制閥所設(shè)定的流量失效后，需要用鹽水對離子交換樹脂進行再生處理，已恢復(fù)其處理交換能力。

軟化過程，原水經(jīng)過鈉離子交換器，陽離子Ca2+、Mg2+經(jīng)鈉離子樹脂接觸而被除去，反應(yīng)如下：

再生過程，當陽離子交換樹脂吸附足夠的陽離子達到飽和后，就需要用6%-10%的鹽NaCl對樹脂進行再生，而鹽中Na離子反過來與樹脂中的陽離子交換，反應(yīng)如下：

反應(yīng)中生成的各種水溶性鹽，通過沖洗去除掉，沖洗的初期實際是再生的繼續(xù)，流速不要太大，可掌握在3-5m/h，當沖洗出水進本不咸的時，可將流速加大到10-15m/h，再生后的樹脂又可以投入生產(chǎn)使用。

該軟化水設(shè)備的工作程序如下：

供水：未處理的水通過樹脂層，發(fā)生交換反應(yīng)，產(chǎn)生軟水。

反洗：水從樹脂層下部進入，松動樹脂，去除細碎雜物。

進鹽水再生：利用高濃度的NaCl鹽水流過樹脂，把失效樹脂再生還原為鈉型樹脂[10]。

沖洗：用水沖洗樹脂，沖洗掉反應(yīng)生成的各種水溶性鹽。

注水：向鹽箱內(nèi)注水，溶解食鹽，以備下次再生所用。

4.2 反滲透凈水設(shè)備

反滲透是最精密的膜法液體分離技術(shù)，在進水（濃溶液）側(cè)施加操作壓力以克服自然滲透壓，當高于自然滲透壓的操作壓力加于濃溶液側(cè)時水分子自然滲透的流動方向就會逆轉(zhuǎn)，進水（濃溶液）中的水分子部份通過反滲透膜成為稀溶液側(cè)的凈化產(chǎn)水[11]。

反滲透凈水設(shè)備以2t/h一級RO反滲透純凈水處理設(shè)備為例，如圖3，整機工作流程圖，如圖4。

該設(shè)備工藝流程說明：

一級預(yù)處理系統(tǒng)：利用石英砂多介質(zhì)過濾器，過濾掉水中含有的泥沙、錳、鐵銹、膠體物、懸浮物等對人體有害的物質(zhì)。系統(tǒng)可自動反洗、正洗。

二級預(yù)處理系統(tǒng)：利用活性炭過濾器，過濾掉水中的色素、異味、大量生化有機物等對人體有害的污染物。系統(tǒng)可自動反洗、正洗。

三級預(yù)處理系統(tǒng)：利用離子交換樹脂，降低水中硬度，軟化水質(zhì)，防止?jié)B透膜結(jié)垢，且系統(tǒng)可自動反洗、正洗，自動實現(xiàn)樹脂再生。

四級預(yù)處理系統(tǒng)：使用精密過濾器進一步凈化，達到最優(yōu)的濁度和色度，確保反滲透系統(tǒng)的進水要求。純凈水設(shè)備主機系統(tǒng)采用反滲透技術(shù)進行脫鹽處理，反滲透膜孔徑僅為0.0001微米，能去除有害的可溶解性固體及細菌、病毒等，脫鹽率達99.6%以上，生產(chǎn)出符合要求的純凈水，主機部分包含保安過濾器、高壓泵和反滲透膜，保安過濾器為以上的第四級預(yù)處理系統(tǒng)，高壓泵是主機上的核心設(shè)備之一，為反滲透膜元件提供足夠的壓力，以克服滲透壓及運行阻力，滿足裝置達到額定的出水量。

4.3 鍋內(nèi)水處理

按照GB/T 1576-2018《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標準的規(guī)定，額定蒸發(fā)量≤4t/h，額定蒸汽壓力≤1.0MPa的自然循環(huán)蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐可以單純采用鍋內(nèi)水處理、部分軟化或天然堿法等水處理方式，但應(yīng)保證鍋爐受熱面平均結(jié)垢速率不大于0.5mm/a。

鍋內(nèi)加藥水處理方法成本低，不需要復(fù)雜的水處理設(shè)備，方法簡便，但是鍋內(nèi)加藥水處理是不能完全避免鍋爐結(jié)垢的，做好水質(zhì)監(jiān)控，定期排污，否則產(chǎn)生的水渣泥垢易生成二次水垢。如果該區(qū)域水質(zhì)較差，硬度太高，則不建議鍋內(nèi)加藥水處理，反而會加速結(jié)垢。

所用的藥劑通常被稱為軟水劑或者緩蝕阻垢劑，由高分子聚合物、有機膦酸鹽、聚羧酸鹽、無機鹽、緩蝕劑等復(fù)合制作生成，其用量應(yīng)根據(jù)各個品牌的使用說明指導進行控制加藥，并做好水質(zhì)監(jiān)控，根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果及時調(diào)整藥量。

加藥后應(yīng)做好水質(zhì)監(jiān)控，爐水pH值在10-12之間，總堿度6-26mmol/L為宜。要求操作人員認真負責，做好定期排污，每班至少排污一次，每一次排污應(yīng)保持30-60秒為宜，如果發(fā)現(xiàn)排污時，水位沒有明顯變化，應(yīng)考慮是否是老水垢脫落而導致管道堵塞，若管道堵塞，應(yīng)及時采取措施。

采用鍋內(nèi)加藥水處理應(yīng)定期停爐檢查，一般鍋爐每運行半年左右，停爐打開人孔檢查水處理效果，如果不理想，應(yīng)查清原因，及時調(diào)整，并徹底清除鍋內(nèi)的水渣或水垢。

5 結(jié)束語

工業(yè)鍋爐的水處理是鍋爐安全運行及經(jīng)濟運行至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，如果水質(zhì)出現(xiàn)問題，輕則鍋爐損壞，重則人命關(guān)天，造成嚴重的經(jīng)濟損失。所以，使用單位要認真對待水質(zhì)管理問題，建立健全水處理監(jiān)督管理制度，確保有效準確的實施;同時，提高水處理作業(yè)人員的技術(shù)水平，加強培訓不斷學習不斷提高，增強專業(yè)意識;最后，認真正確對待新技術(shù)、新設(shè)備，選擇適合自身的水處理方法?？傊ＷC水質(zhì)安全可靠，處于我們的有效控制之下，鍋爐的安全經(jīng)濟運行才能得到基本保證。

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