工業(yè)鍋爐水處理常見問題及對策研究

喬則欣

（河北省特種設(shè)備技術(shù)檢查中心保定分中心，河北保定 071000）

1 工業(yè)鍋爐水處理的概念及水處理現(xiàn)狀

鍋爐水處理的目的就是除去對鍋爐有危害的雜質(zhì)，防止鍋爐結(jié)垢和腐蝕，保持蒸氣品質(zhì)良好。當前大多數(shù)鍋爐使用單位因水處理監(jiān)管不嚴格而引起的鍋爐事故越來越多。鍋爐水垢出現(xiàn)后，造成經(jīng)濟成本的持續(xù)增加，甚至增加安全事故發(fā)生機率，誘發(fā)空氣污染。在鍋爐水垢處理的同時，應當同步做好防垢處理，以保證鍋爐運行高效性。

1.1 工業(yè)鍋爐水處理的概念

嚴格依據(jù)鍋爐水垢標準，采取靈活化、高效化處理方式，確定鍋爐水處理方法，減少水垢危害程度。具體來看，對于常用的低壓鍋爐，水垢處理環(huán)節(jié)，管理人員將原水注入鍋爐前，需要進行必要的處理，凈化水內(nèi)有害雜質(zhì)，達到軟水的標準后，將水導入鍋爐內(nèi)部，從而降低水體對于鍋爐的腐蝕能力，為后續(xù)結(jié)垢處置奠定堅實基礎(chǔ)。水處理環(huán)節(jié)，還可以借助必要技術(shù)手段，利用樹脂交換器、電滲析器等設(shè)備，完成水體處置相關(guān)工作。

1.2 工業(yè)鍋爐水水處理現(xiàn)狀

當前中鍋爐使用單位水處理設(shè)施不完備、水質(zhì)檢測措施監(jiān)管不到位的情況時有發(fā)生；使用單位對鍋爐用水是否符合國家標準、水處理設(shè)備運行是否正常運行往往難以判定。水處理設(shè)備配備和使用率低、作業(yè)人員水處理知識缺乏、冷凝水回收利用率低、熱水鍋爐排污不合理等也未得到合理解決。

1.2.1 水處理設(shè)備配備和使用率低

多數(shù)使用單位未配置相應的水處理設(shè)備或者是有水處理設(shè)備閑置不用，害怕用鹽；普遍無水質(zhì)檢測場地和水質(zhì)檢測人員；對鍋爐用水是否符合國家標準、水處理設(shè)備運行是否正常往往難以判定；對水處理設(shè)備中樹脂污染和損耗不能采取合理的措施。

1.2.2 作業(yè)人員缺乏水處理知識

目前絕大部分鍋爐使用單位沒有專業(yè)的水處理人員，或者由司爐工兼搞水處理的比較多。這類人群普便文化程度較低缺乏水處理相關(guān)知識，對水處理的原理，藥劑的性能、用量、用法、加藥時機，設(shè)備的使用方法等掌握得不夠。亂用錯用藥劑，不按劑量使用的現(xiàn)象時有發(fā)生。嚴重制約著鍋爐水處理的發(fā)展，同時影響鍋爐的安全運行。

1.2.3 冷凝水回收利用率低

冷凝水的出現(xiàn)主要是指鍋爐運行環(huán)節(jié)產(chǎn)生的蒸汽在被充分利用后，蒸汽熱量散失后，冷凝為水體。這部分沒有經(jīng)過相關(guān)工藝處理，具備重復利用的可能性。隨著科學技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，蒸汽鍋爐冷凝水回收技術(shù)日益完善，但就掌握的情況來看，冷凝水回收技術(shù)仍然處于初級階段，水質(zhì)凈化效果以及防腐能力沒有達到預期目標。

1.2.4 熱水鍋爐排污不合理

熱水鍋爐排污不按規(guī)定排污會造成鍋爐結(jié)垢從而引發(fā)爆管事故，危及人們生命財產(chǎn)安全。在鍋爐的日常運行過程中，許多司爐工認為熱水鍋爐無須排污（有的比較懶）。例如：曾有一例鍋水水樣全堿度值高達86 mg/L 超出國家標準近20倍。所以要求司爐人員嚴格按照規(guī)定進行定時或定量排污。

2 工業(yè)鍋爐水處理常見問題

工業(yè)鍋爐水處理的原則是因爐、因水、因地制宜，選擇適合的水處理方法。目前，低壓鍋爐常用的水處理方法主要有鍋外水處理和鍋內(nèi)加藥處理兩種方法。

2.1 鍋外水處理

通常鍋外水處理是原水在進入鍋爐前，采用物理、化學及電化學方法將其中對鍋爐運行有害的雜質(zhì)經(jīng)過必要的工藝進行處理的方法。即在鍋外先經(jīng)過水處理設(shè)備除去水中的鈣鎂硬度和氧氣形成軟化水或除鹽水后再進入鍋爐內(nèi)部，從而起到防止鍋爐結(jié)垢和腐蝕的目的，使鍋爐能夠安全、節(jié)能運行。其中最常見的水處理設(shè)備主要有鈉離子交換器、電滲析器、反滲透器等水處理設(shè)備。

2.2 水的離子交換

目前對于工業(yè)鍋爐來說，應用最普遍的是鈉離子交換器（也叫軟水器），使水得到軟化，防止鍋爐結(jié)垢。鈉離子交換器的工作原理是利用離子交換反應的可逆性，運行時當水流過鈉型交換劑層時，水中的Ca2+、Mg2+與交換劑（樹脂）中Na+進行交換反應，使硬水變成軟水，而交換劑則變成鈣鎂型失效樹脂。當交換器內(nèi)的交換劑全部失效后，用再生劑進行再生，即用Na+將失效樹脂中的Ca2+、Mg2+再置換出來，使其再次恢復軟化能力。離子交換器中裝有鈉離子交換樹脂，樹脂上帶有大量的鈉離子，當含有鈣、鎂離子的水以一定的流速通過樹脂時，樹脂中鈉離子與水中的鈉離子存在濃度差。此時，水中的鈣、鎂離子與樹脂上的鈉離子交換，得到軟水；當樹脂上的鈉離子被水中鈣、鎂離子幾乎交換完后，再用一定濃度NaCl的水溶液將樹脂上的鈣、鎂離子交換下來，這時樹脂又恢復了交換能力，如此周而復始。需要注意的一個問題是：要對鈉離子交換器的進水、出水以及軟水箱的水至少每天進行一次化驗，（化驗項目有硬度、氯離子含量，以防鹽水帶入軟水中）。

2.3 鍋內(nèi)加藥處理

2.3.1 鍋內(nèi)加藥的使用特點

設(shè)備簡單，投資少；操作方便，易于管理。如果使用得當，可達到較好的防垢效果。與鍋外水處理相比可節(jié)約大量用水；但鍋內(nèi)加藥對排污要求比較嚴格，排污量和熱損失相對較大。

2.3.2 鍋內(nèi)加藥處理的適用范圍

根據(jù)GB/T 1576—2018《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標準規(guī)定：額定蒸發(fā)量≤4 t/h 且額定蒸汽壓力≤1.3 Mpa 的自然循環(huán)蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐；額定功率≤4.2 MW的承壓熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐，均可采用單純鍋內(nèi)加藥水處理。

2.3.3 鍋內(nèi)加藥的作用

（1）采取加藥等方式，將整個鍋爐保持在堿性狀態(tài)（確保鍋爐內(nèi)的水體有足夠的CO32-和OH-）或磷酸根工況（有足夠的PO43-和OH-）。通過這種方式，可以破壞化學反應條件，阻礙鈣離子、鎂離子流動性水渣的形成，提升鍋爐解垢能力。

（2）在鍋爐內(nèi)加入適量的藥劑，促進泥渣的形成，降低水垢處理難度。

（3）藥劑使用之后，考慮到水垢形成的沉淀會與金屬構(gòu)件之間由于電離子的作用，形成隔離層，這種隔離層會降低水垢黏附性，實現(xiàn)水垢科學化處置。

3 工業(yè)鍋爐水處理常見問題及解決對策研究

3.1 鍋外水處理：鈉離子交換器常見故障及其及解決措施

（1）鈉離子交換器出水氯離子偏高。①查看鹽水閥是否滲漏或再生時查看交換器的出水閥是否滲漏。處理方法是及時檢修閥門，（如果泄漏氯離子跑出）；②“正洗”不徹底，樹脂中床層中有殘余的氯離子，處理方法是延長正洗時間直至進、出水氯離子含量基本一致（正洗是為了將樹脂床層上部及樹脂層中殘留的再生液排擠出來）；③再生液過量，處理方法是適當降低再生液濃度。（2）鈉離子交換器再生后，出水硬度仍然偏高。①原水硬度過高，一級交換達不到軟化要求，處理方法是考慮二級軟化處理或?qū)⒃恋碥浕幚?；②再生系統(tǒng)發(fā)生故障，或布鹽液裝置有缺陷，處理方法是重新調(diào)整再生過程，如增加再生液濃度或調(diào)整流速等；③樹脂污染會導致樹脂的交換容量降低或失去交換能力。其處理方法是清洗樹脂或更換交換劑。④運行速度過快，使交換反應來不及進行，處理方法是調(diào)整水流速度。（3）鈉離子交換器出水量減少。①進水壓力不夠，處理方法是加大進水壓力；②上下水帽或尼龍網(wǎng)臟、堵，處理方法是清洗樹脂或清洗水帽。

3.2 鍋內(nèi)加藥常見問題及解決措施

（1）氫氧化鈉是一種白色固體，吸水性很強，極易溶于水而放出大量的熱，有強烈的腐蝕性，是一種強堿。它的主要作用：①能有效地消除給水中硬度；②能防止一些結(jié)垢物質(zhì)在金屬受熱面上結(jié)生水垢；③保持鍋水堿度防止鍋爐腐蝕。（pH 為9.5～11.5時阻止氧對鍋爐金屬的腐蝕）。

（2）碳酸鈉（平時所說的純堿）一種白色粉末狀固體，易溶于水，水溶液呈堿性。主要作用：①能與水中的非碳酸鹽硬度反應，消除非碳酸硬度；②在鍋水會部分分解成氫氧化鈉，因此具有氫氧化鈉的作用。但由于碳酸鈉水解后生成的二氧化碳會隨著鍋水的蒸發(fā)而進入蒸汽系統(tǒng)，從而引起用汽設(shè)備的腐蝕。所以碳酸鈉只適用于壓力較低的工業(yè)鍋爐單純加藥處理，而不宜用作軟化處理后的調(diào)節(jié)處理。

（3）磷酸三鈉是一種白色晶體，在干燥的空氣中能風化，溶于水，水溶液呈堿性。它是非常有效的阻垢劑，能在金屬表面形成鈍化膜，而且它的水解不受溫度壓力的影響，各種壓力鍋爐都適用。其作用是：①能與硬度物質(zhì)反應生成水渣（當鍋水的pH 維持在10左右時，磷酸根離子與鈣離子生成流動性很強且非常松軟的水渣即堿式磷酸鈣，隨排污除去）；②增加水渣的流動性。（由于磷酸三鈉與鈣鎂鹽類反應后生成的磷酸鈣和磷酸鎂是具有高度分散力的膠體顆粒，在鍋水能作為結(jié)晶晶核，使碳酸鈣在其周圍析出，成形流動性較強的水渣，不易黏附在金屬面上）；③能使已結(jié)生硫酸鈣和碳酸鈣等老水垢疏松脫落。如果鍋水保持一定的pH 和磷酸根濃度，已結(jié)生的硫酸鈣、碳酸鈣或硅酸鈣水垢就可能因轉(zhuǎn)化成堿式磷酸鈣而疏松脫落；④在金屬表面形成磷酸鐵保護保護膜，防止金屬的腐蝕。

3.3 水理不當時水質(zhì)指標出現(xiàn)的問題及解決措施

鍋爐用水的水質(zhì)指標分為兩類：①成分指標，如溶解氧、磷酸根、氯離子、鈣離子等；②技術(shù)指標，為了技術(shù)上的需要人為擬定的如YD、JD、電導率等。

3.3.1 硬度

硬度（YD）指水中能形成水垢或水渣的鈣、鎂離子的總含量（鈣、鎂離子的總濃度），在一定程度上反映了水中結(jié)垢物質(zhì)的多少。因此，為防止鍋爐及結(jié)水系統(tǒng)結(jié)垢，避免鍋水中產(chǎn)生過多的水渣，必須嚴格控制結(jié)水硬度。

3.3.2 堿度

堿度（JD）表示水中能接受氫離子的一類物質(zhì)的量，包括各種強堿、弱堿和強堿弱酸鹽，有機堿等。（其中碳酸根、碳酸氫根、氫氧根是構(gòu)成堿度的主要陰離子。）在工業(yè)鍋爐的水質(zhì)分析中應把化驗鍋水的堿度作為一個重點，鍋水總堿度（甲基橙堿度）是指導鍋爐排污的主要依據(jù)。正常情況下，只要鍋水的堿度不超標，其氯離子含量也會在控制范圍內(nèi)。鍋爐正常運行中每班至少測定1～2次，并主要按鍋水總堿度是否超標來指導鍋爐排污。

3.3.3 pH

水中氫離子的負對數(shù)。是表征溶液酸堿性的一項指標它直接反映了水中氫離子或氫氧根離子的含量。

3.3.4 堿度與pH的關(guān)系

在一般情況下，pH 會隨著堿度的提高而增大，但還取決于氫氧根堿度占總堿度的比例。在相同堿度的情況下，由于堿度成分不同，溶液中氫氧根含量也不相同，所以pH 與不相同。所以有時pH 合格的水，堿度并不一定合格；而堿度合格的水，pH 與不一定合格。

3.3.5 氯離子與溶解固形的關(guān)系

在鍋水的水質(zhì)指標中，溶解固形物是日常監(jiān)測的化驗項目，鍋水中溶解固形物含量較高時，將惡化蒸汽品質(zhì)，甚至會引起汽水共騰。

因為溶解固形物的測定過程比較煩瑣、耗時較長。鍋水中的氯離子比較穩(wěn)定，在高溫下不易揮發(fā)，也不會析出。在一定的水質(zhì)條件下，鍋水中的溶解固形物含量與氯離子的含量之比接近于常數(shù)，且氯離子的測定很方便。所以在工業(yè)鍋爐日常的鍋水監(jiān)測中，常采用測定氯含量的方法間接控制鍋水的溶解固形物，并指導司爐工排污。

嚴格遵循GB 1576—2018《低壓鍋爐水質(zhì)》系列要求，依據(jù)相關(guān)處理手段，進行復核或者比值關(guān)系修復工作。這種處理方式，可以保證鍋爐養(yǎng)護能力。從過往經(jīng)驗來看，鍋爐水體中存在的氯離子有著極強的去極化效能，水在很大程度上，增加金屬腐蝕程度?；谶@種內(nèi)在聯(lián)系，應當在合理控制鍋爐用水軟硬度前提下，精準控制鍋爐水內(nèi)氯離子含量，通過離子濃度控制，減緩金屬腐蝕，延長使用壽命。在鍋爐內(nèi)部氯離子處置環(huán)節(jié)，管理人員應當控制鍋爐水濃縮程度，通過濃度控制，確保氯離子處置能力。

4 結(jié)束語

工業(yè)鍋爐水處理，其對于整個工業(yè)生產(chǎn)的過程發(fā)揮著極為重要的作用。其在很大程度上影響了生產(chǎn)本身的效果，對于鍋爐的使用壽命和使用的安全性等方面都發(fā)揮著巨大的作用。因此，需要重視起鍋爐水質(zhì)處理的問題，同時也要根據(jù)具體情況設(shè)置對應的改善措施，對于工業(yè)鍋爐水質(zhì)進行嚴格的把控。從而有效地防止鍋爐結(jié)垢、腐蝕，確保鍋爐的安全、節(jié)能、經(jīng)濟運行。