高電導率給水條件下貫流蒸汽鍋爐水處理技術研究

孫 磊 錢 銳

（煙臺市特種設備檢驗研究院，山東 煙臺 265500）

鍋爐進水過程中，高導電性給水在溫度和壓力的協(xié)同作用下會引起爐內(nèi)水及其雜質的物理和化學反應。在水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中，由于水分的揮發(fā)，因此水中的雜質會被濃縮、結晶，并最終沉淀在鍋爐表面。通常情況下，該過程會隨著一定的化學反應[1]。如果爐水中的不溶物含量超過相應的溶解程度，會在爐水中生成沉淀物，并在爐水中不斷析出。

1 某貫流蒸汽鍋爐的運行工況

1.1 鍋爐房設備運行工藝與技術參數(shù)

將水放入鍋爐中加熱，既可以為水中雜質提供一個合適的反應條件，又可以使水中雜質快速析出。從鍋爐中析出的固體如果懸浮在鍋爐內(nèi)，被稱為爐渣；如果沉積于受熱面，被稱作鈣鎂水垢。無論何種方式產(chǎn)生的鍋爐水，都會增加鍋爐的排污及其運行、維修費用[2]。為解決此方面問題，應根據(jù)工程項目的具體需求進行鍋爐水處理技術的研究。本文以某貫流蒸汽鍋爐為例，對鍋爐房的工藝流程進行分析。其中鍋爐水流程如圖1所示。

圖1 鍋爐水流程

在該過程中應明確，倒入鍋爐中的自來水需要經(jīng)過H-Na 交換床進行離子交換。交換后的自來水進入水箱，與凝結水進行混合（凝結水來自熱交換裝置）?；旌线^程中由加壓泵進行水體的加壓，將水送至鍋爐入口，再由鍋爐中的水泵將水送至鍋爐內(nèi)部進行加熱、蒸發(fā)處理。在水泵將水送至鍋爐的過程中，自動加藥裝置將同步向鍋爐中注入鍋爐水的處理藥劑[3]。鍋爐水加熱過程中產(chǎn)生的蒸汽將匯聚到分汽包中，由分汽包將蒸汽輸送到終端不同的用汽裝置內(nèi)。對該過程中的鍋爐運行參數(shù)進行分析，見表1。在該基礎上，對貫流蒸汽鍋爐房中附屬設備的規(guī)格進行分析，具體內(nèi)容見表2。

表1 某貫流蒸汽鍋爐運行參數(shù)

表2 貫流蒸汽鍋爐房中附屬設備的規(guī)格

1.2 鍋爐給水設計

在上文基礎上進行貫流蒸汽鍋爐房的鍋爐給水設計。給水設計方案由反滲透設備、預處理設備2 個主要設備構成。鍋爐給水工藝流程如圖2所示。

圖2 鍋爐給水工藝步驟

在圖2 所述的步驟中，需要重點關注反滲透處理環(huán)節(jié)。原水經(jīng)過多道工序后，最終由反滲透裝置處理后進入純水箱，為確保反滲透裝置可以在使用中取得預期效果，本文將超低壓反滲透膜作為裝置的主要構成，其中超低壓反滲透膜的使用性能見表3。

表3 超低壓反滲透膜的使用性能

反滲透清洗時，無論前期鍋爐水經(jīng)過何種預處理工序，只要使用時間長，反滲透膜上總會存在各種污染物與沉積物，會導致裝置整體性能下降（使水處理裝置的脫鹽率、產(chǎn)水量下降）。因此在日常的設備啟停時段，應進行反滲透膜的低壓沖洗與化學沖洗。沖洗過程如圖3所示。

圖3 反滲透膜的清洗工藝

2 高電導率給水條件下貫流蒸汽鍋爐水處理方案確定

處理貫流蒸汽鍋爐水時所需材料包括除氧劑、亞硫酸鈉（Na2SO3）。腐蝕試片包括鹽酸、丙酮和無水乙醇等。所需化學藥品均為分析純。除此之外，用到的材料還包括純水和EQ3F-N。處理過程中所需設備包括溶解氧測定裝置、光電天平、干燥箱、電導率儀和pH 值測量裝置等。

為選擇恰當?shù)某鮿?，可稱取5 種不同的除氧劑，并分別配制濃度為20mg/L 的溶液，將其投入灌流蒸汽鍋爐中。鍋爐內(nèi)盛有溫度為55℃的軟水[4]。通過在線測定的方式，在1h 內(nèi)觀察溶解氧的變化情況，結合得到的數(shù)據(jù)，計算溶解氧的殘留率，并將殘留最少的一組所對應的除氧劑為最佳除氧劑。溶解氧殘留率的計算如公式（1）所示。

式中：E代表溶解氧的殘留率；W代表總含氧量；T表示氣溫；Pb表示溶解氧的飽和度；Ps表示實際測得的溶解氧飽和度。

完成對除氧劑的選擇后，還需要進行緩蝕掛片測試。將選取的腐蝕掛片分別編號并稱重，將其放置在貫流蒸汽鍋爐中，并分上、中、下3 個部分放置[5]。啟動貫流蒸汽鍋爐，分別在加入復合除氧劑和未加入復合除氧劑的情況下持續(xù)運行100h，分析刮片的質量變化。最后，在除氧劑投入濃度為100mg/L 的情況下設置3 組水樣條件，編號為A、B、C，記錄每組水樣加藥前、后的電導率，見表4。

分析表4 中的數(shù)據(jù)可知，3 組水樣加藥后的電導率平均提升了50μs/cm 以上。結合實際工程經(jīng)驗可知，在原水電導率為950μs/cm 的條件下，經(jīng)過反滲透處理后，理論上電導率可降至6.5μs/cm～9.8μs/cm，但實際上電導率可降至25.0μs/cm～29.0μs/cm[6]。因此，通過適量增加除氧劑，可以使貫流蒸汽鍋爐水電導率在60μs/cm 以上，從而滿足水處理所需的水位電極棒正常運行的條件。

3 水處理系統(tǒng)中的主要設備操作

進行水處理時，所需設備包括計量泵、機械過濾裝置、活性炭過濾裝置以及反滲透部分。為確保水處理效果滿足預期要求，需要明確各設備的操作規(guī)范，并對其進行運行維護。計量泵又可分為絮凝劑計量泵和阻垢劑計量泵。水中投入的絮凝劑的主要作用是將水中的膠體、有機物等進行絮凝處理，以此提升機械過濾裝置的過濾效果。如果原水的濁度較低，機械過濾裝置直接過濾產(chǎn)水能符合規(guī)定要求，可以不加入絮凝劑。在操作過程中需要注意，絮凝劑應當存放在避光陰涼處，其保存期限為1年[7]。配制好的溶液應當放置在不超過15℃的環(huán)境中，并保證在4 天內(nèi)用完。如果放置的環(huán)境溫度超過15℃，則必須確保在2 天內(nèi)用完。向水中加入阻垢劑的主要作用是防止RO 膜元件結垢。阻垢劑計量泵采用的阻垢劑為PC-191 阻垢劑，遇到水中的鈣鎂離子后會發(fā)揮阻垢作用，同時對二氧化硅、鐵等均有一定屏蔽作用。

機械過濾w 裝置內(nèi)部填充物可選用石英砂和無煙碳。該裝置出水質量會直接影響反滲透裝置的使用壽命。機械過濾裝置的基本結構示意圖如圖4所示。

圖4 機械過濾裝置的基本結構示意圖

機械過濾裝置操作程序與閥門開關位置要求見表5。進行機械過濾裝置操作時，其基本程序及閥門的開關位置應當嚴格按照表5 中的內(nèi)容執(zhí)行。

按照表5 中記錄的程序和閥門開關規(guī)定位置進行水處理操作，不同程序步驟有不同的工藝要求。運行時，要求將流量控制為工作流量；需要排氣閥出水后才能停止排氣；防水需要降至濾層的20cm～30cm；反沖松層的流量應從小到大循序漸進，時間應控制在5min～10min；正洗時流量應從大到小，出水合格后才能進入活性炭過濾裝置。在反滲透操作中，涉及的計算包括對脫鹽率和回收率的測定，可將公式（2）、公式（3）作為依據(jù)完成相應操作。

式中：Ry代表脫鹽率；Cp代表產(chǎn)水時的電導率；Cf代表進水時的電導率。

式中：Y代表裝置的回收率；Vp代表產(chǎn)水時的流量；Vf代表進水時的流量；Vr代表濃水流量。

機械過濾裝置過濾出的水從RO 泵增壓進入RO 組件，第一段RO 組件濃水作為第二段RO 組件進水，第二段RO組件濃水排放地溝，第一段與第二段RO 組件產(chǎn)生的水經(jīng)過管道輸送到純水箱，即完成了鍋爐水處理。

4 結語

由于鍋爐水中含有雜質，隨著鍋爐中的水分不斷蒸發(fā)、凝聚，鍋爐中的鹽含量逐漸增加，同時，鍋爐中水的表面張力越來越大，水開始沸騰，鍋爐中會產(chǎn)生大量氣泡。氣泡破碎后，會有大量水滴從熔爐中分離出來。由于水蒸氣會帶出一定鹽分，造成水蒸氣渾濁，因此鍋爐使用過程會導致水蒸氣污染，降低水蒸氣品質。另外，當鍋爐水出現(xiàn)汽水蒸騰現(xiàn)象時，由于汽水液面不透明，使鍋爐水水位產(chǎn)生大幅波動，形成假水位，影響鍋爐安全運行，因此需要采取一定措施進行鍋爐水處理。為規(guī)范鍋爐水處理，本文研究、設計了規(guī)范的鍋爐水處理技術方案，在明確鍋爐運行工況的基礎上，提出了水處理方案中不同設備的操作與維護方法，以期降低鍋爐運行過程中的排污率。在后續(xù)研究中，還需加大對冷凝水處理藥劑研究的投入，通過回收并再利用鍋爐水中的冷凝水改進鍋爐運行過程。