电采暖锅炉运行水质控制

刘兴传

（山西潞光发电有限公司，山西长治 046699)

0 引言

随着国际环保要求日益严格，燃煤散烧被严格限制，尤其在被列为冬季清洁取暖规划首批实施范围的“2+26”城市，小燃煤锅炉须改为燃气或电锅炉，电锅炉的应用越来越广泛。某电厂位于“2+26”城市区域且正处于基建期，2016年10月安装了2台电采暖锅炉用于冬季采暖。

2台锅炉未设计加药装置，这给炉水品质控制带来了困难。运行中，通过在补水箱加药的方式解决了这一问题，炉水品质控制良好。

1 锅炉补水系统概况

2台电锅炉为有压卧式哑筒结构，型号为WDR0.7-1.0/95/70，额定出水压力为1.0 MPa，额定出口/进口温度为（95/70）℃。补给水水源为自来水，设计有软化水处理装置。补水系统如图1所示。

锅炉补水系统装置采用Na型乙烯基树脂，可除去自来水中的Ca2+、Mg2+，将自来水软化。系统可自动运行，完成制水→反洗→再生→正洗的全过程，出水硬度稳定在0.02～0.03 mmol/L。制水反应如下[1]。

图1 锅炉补水系统示意图

系统设定每个周期的制水量为6 m3，达到周期制水量时，用12%左右的食盐水进行再生，食盐水由人工配制。再生反应和式（1） 可逆，反应如下。

2 锅炉控制水质的重要性

在锅炉中，水是传能的介质。锅炉水质的好坏，对其安全经济运行有重要影响。当锅炉用水不合格时，很容易在锅炉受热面、管道、阀门等处产生结垢、腐蚀等现象，不仅浪费能源，而且容易引发事故，降低锅炉使用寿命。所以对锅炉的补给水和炉水水质必须严格控制。

2.1 水垢的危害

2.1.1 水垢的导热性差

水垢的导热系数一般很差，与钢材相比，热导率相差几十到几百倍，严重影响传热效率，浪费能源。表1是钢和几种水垢的热导率对比[1]。

表1 钢和几种水垢的平均热导率对比

2.1.2 水垢容易引起管壁升温

由于水垢传热不良，会导致管壁温度升高，造成超温，容易引发炉管鼓包和爆管事故，不仅会增加维修费用，而且存在安全隐患。

2.2 腐蚀的危害

腐蚀可以造成金属构件的损坏，如管壁变薄、甚至穿孔；造成锅炉水质变差，如腐蚀产物铁的化合物进入炉水，又会生成结构复杂的水垢；垢下腐蚀可以造成碳钢脱碳。

软化水系统仅仅是除去了水中的硬度， 水中的溶解气体并未去除；此外，软化水在放置过程中也会吸收空气中的氧气和二氧化碳；水中碳酸盐的分解也会产生二氧化碳；所以，电热水锅炉容易发生氧腐蚀和二氧化碳腐蚀。

2.3 腐蚀机理

2.3.1 氧腐蚀

铁受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀。反应式为[1]。

Fe2+会继续反应生成水垢。反应式为。

在生产中，常生成多种含水氧化铁的混合物，简写成 Fe2O3·nH2O。

2.3.2 二氧化碳腐蚀

当水中有游离的CO2时，水呈酸性。

在水中，H+起到了去极化作用。反应为。

需要指出的是，在有O2和CO2同时存在的情况下，钢铁的腐蚀会加剧。原因是O2的电极电位高，易形成阴极，侵蚀性强；CO2使水呈弱酸性，破坏保护膜。

3 水质控制指标

为降低结垢和腐蚀，必须对锅炉补给水和炉水水质进行控制。控制指标和标准执行《工业锅炉水质》 （GB1576—2008）[2]。对于采用锅炉外水处理的锅炉按表2的指标控制。

表2 采用锅炉外水处理的热水锅炉水质

磷酸根适合于锅内加磷酸盐的处理方式。

4 锅炉补水系统存在的问题

a） 锅炉补水系统未设置加药设施，给控制水质带来了很大困难。

b） 系统不能除去水中的溶解气体，且软化水在水箱的停留时间一般在12 h左右，会吸收空气中的O2和CO2。

c） 系统未设置除铁装置，软化树脂有铁中毒的隐患。

d）不能除去自来水中的余氯。

5 采取的防腐防垢措施

5.1 加强化验监督

表3是2017年12月11日的自来水和软化器出水水质。

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5.2 加磷酸三钠防垢

在软化水箱中加磷酸三钠 （Na3PO4·12H2O），防止炉水系统结垢。

5.2.1 磷酸三钠防结垢机理

磷酸三钠是一种常用的防结垢药剂，其防垢机理是在碱性条件下，水中的Ca2+可以和P反应如下。

2+

4

3-

10

2

6

生成的碱式磷酸钙是一种松软的水渣，很容易随锅炉排污而排除。

5.2.2 Mg2+的去除

在加有磷酸三钠的碱性炉水中，Mg2+可能发生以下3种反应。

由于补充水经软化处理，所以炉水中Mg2+浓度很低，蛇纹石溶解度低，式 (11)首先反应。生成的蛇纹石呈水渣状态，易随锅炉排污而排除。

5.3 加氢氧化钠调pH值

运行中，控制炉水pH值在10～11，只加磷酸三钠的情况下，pH值不能满足要求，为此，在软化水箱加入少量的NaOH。加药量以控制pH值在合适范围为宜。

表3 自来水和软化器出水水质

通常，控制NaOH加药量在4～7 mg/L。

需要注意的是：有人担心炉水中游离NaOH会使钢材发生苛性脆化。对此不必过于担心，因为一是锅炉是焊接的，并非铆接或胀接，钢材中无大的应力集中；二是控制相对碱度小于0.2，在运行中通常会小于0.1，不会发生苛性脆化[1]。

5.4 加亚硫酸钠除氧

为消除溶解氧的腐蚀，在软化水箱中加入Na2SO3，反应如下。

加药量一般控制在40～60 mg/L，软化水箱出口溶氧多数情况下在0.1 mg/L以下。

加入的Na2SO3可以同时起到消除余氯的作用。多数的Na2SO3在软化水箱中反应掉了，过量的部分即使进入锅炉也不会分解。因锅炉的运行压力一般在0.4～0.6 MPa，远低于亚硫酸钠分解的合适压力 （＞10.8 MPa）[1]，并且炉水温度不高，一般在50～70℃。

5.5 可采用的其他药剂

除以上采用的药剂外，可供选择的药剂还有很多。无机的，如氨水、联胺、硅磷晶等；有机的：如聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、马来酸酐—丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸—马来酸（酐） 共聚物、2—羟基膦酰基乙酸、氨基三亚甲基膦酸 (ATMP)、羟基亚乙基磷酸盐 (HEDP)等。

每种有机药品单独使用均有不同程度的阻垢或（和） 缓蚀效果，艾仕云曾对有机膦酸盐的阻垢缓蚀效果做过研究[4]。常用的有机缓释阻垢剂往往是由以上几种产品复配的，可以起到协同提高的效果。

与无机药品相比，有机药品往往耐高温性差且价格较高，但应用方便。在应用时，须根据应用环境和水质确定配方及加药量。

6 加药处理处理后的效果

通过加药处理，炉水pH值控制在10～11，溶解的CO2变为C，消除了CO2腐蚀。补充水和炉水水质均满足GB1576—2008的要求。表4是2017年12月11日的软化器出水和炉水水质。

表4 软化器出水和炉水水质

2017年4月，在供暖期结束后，检修人员打开人孔门对锅炉进行了检查。炉内壁和加热管上的少许积渣经擦拭后，均未发现结垢和腐蚀现象，运行控制良好。随后，对锅炉做了停炉保护。

7 热水锅炉运行需要注意的问题

a） 热水锅炉运行前一定要进行冲洗和煮炉，使锅炉内壁形成钝化膜。

b） 水处理系统安装前要对补水水源进行分析，视水质情况，确定是否安装除铁装置；系统前要安装过滤装置。

c） 最好能每天化验补给水和炉水水质，根据水质调整加药量和排污量。

d） 运行中定时排污、排气，以免发生二次结垢。

e） 锅炉停运时要进行检查，做好停炉保护工作。

8 结束语

电热水锅炉应用越来越广泛，电热水锅炉虽小，但是，对于锅炉和供暖系统的防腐、防垢同样是不容忽视的。只有严格按照有关标准控制水质，锅炉才能安全、经济运行，并且延长其使用寿命。

只要严格控制水质和加药量，在补水箱加药也可以取得较为理想的防腐防垢效果。

鉴于有的热水锅炉加药系统设计不够完善，本文在水箱中加药的做法对类似锅炉系统有一定的借鉴意义。