试析蒸汽锅炉碱性排污水的综合利用

郭文洁，于冀芳 ，李耀国 ，秦帅 ，邓英林

（1.河北省特种设备监督检验研究院，石家庄 050000；2.河北省产品质量监督检验研究院，石家庄 050000）

1 引言

近年来，随着国家的快速发展，人们生活水平的不断提高，对环境保护以及生态等问题越来越关注。蒸汽锅炉在使用过程中的碱性排污水，如果不经过处理直接排放到环境当中，会对生态环境造成危害。蒸汽锅炉在使用过程中炉水在蒸汽锅炉内持续蒸发并且浓缩，从而导致炉水含碱量和pH值过高，会对蒸汽品质产生影响，并发生汽水共腾现象，冲击液位计，致使蒸汽锅炉缺水以致在低水位加水引发锅炉爆炸，更容易引起与锅炉相连的蒸汽管道内积盐，从而影响蒸汽锅炉的安全运行，这时，蒸汽锅炉最有效的办法是排污。为使生态环境得到保护，节约能源，废物利用，本文将针对蒸汽锅炉碱性排污水的综合利用等内容进行相应阐述。

2 蒸汽锅炉碱性排污水综合利用研究

2.1 作为热水锅炉给水

有效利用蒸汽锅炉排污水中的碱度、pH值，能够作为热水锅炉给水。蒸汽锅炉在高温高压条件下运行，锅炉水始终处于沸腾状态，纯净的蒸汽应该为H2O的水蒸气，水蒸气不断蒸发浓缩，锅炉水逐渐被浓缩。

2.1.1 蒸汽锅炉运行后锅炉水各个指标的变化

蒸汽锅炉运行后碱度和pH值会增加。天然水中碱度通常是以HCO3-的形式存在的，随着温度的升高，碱度的存在形式发生变化，HCO3-受热分解：HCO3-=CO32-+H2O+CO2↑

随着温度和压力的上升，CO32-会不断发生水解现象，而且水解程度逐渐增加：

有研究证明：CO32-的水解率随着锅炉工作压力的升高而增大，不同工作压力下，CO32-水解率与锅炉压力的关系[1]见下表1：

表1 CO32-水解率与锅炉压力的关系

对于蒸汽锅炉，水解产生的CO2会随着水蒸汽逸出，因此锅内的[OH-]浓度会远远比上表中的含量高。

pH值的高低，主要取决于水中的[OH-]浓度，蒸汽锅炉运行过程[OH-]浓度逐渐增大，因此水中的pH值会逐渐升高，当接近标准值的上限时需要通过排污的方式排掉，然后补加软化水来稀释锅炉水的pH值。

碱度分为酚酞碱度和甲基橙碱度。以酚酞做指示剂滴定至终点，测得的碱度称为酚酞碱度，以甲基橙做指示剂滴定至终点，测得的碱度称为甲基橙碱度，酚酞碱度与甲基橙碱度之和称为全碱度。酚酞碱度的高低取决于[OH-]和[CO32]-浓度的大小，锅炉水经过高温高压运行后碱度和pH值都会增加，接近标准要求的上限值时，同样需要通过排污的方式排掉，然后补加软化水来稀释锅炉水中的碱度和pH值。

2.1.2 蒸汽锅炉与热水锅炉标准要求对比

根据GB/T1576-2008《工业锅炉水质》，列出蒸汽锅炉水的碱度、pH值以及热水锅炉水的pH值的相关要求。

以额定蒸汽压力范围在1.0＜P≤1.6MPa之间，以软化水为给水的蒸汽锅炉的碱度和pH值与热水锅炉的要求相比较,如表2所示。

表2 蒸汽锅炉与热水锅炉的碱度和pH值的不同要求

由上表可以看出，当蒸汽锅炉水超标进行排污时，对于热水锅炉只是pH值略高一点，把蒸汽锅炉排污水收集起来，化验分析其中的碱度和pH值，同时化验分析热水锅炉的碱度和pH值，二者定量混合，用于热水锅炉中，可以很好地利用其有效的碱度和pH值,可以防止热水锅炉运行时的酸性腐蚀。当二种水混合后pH值低于9.0，可以按照混合后的化验结果补加少量的碱性药剂；如果pH值高于11.0，可以采取多补加软化水的方式，使其水质的pH值在9.0～11.0之间。

虽然水质标准中没有规定热水锅炉水的碱度值，但是有研究表明，当pH值较高时，即pH值大于8以后，随着pH值的增大腐蚀速度降低，这是因为OH-含量高时在铁的表面会形成保护膜。实践证明，热水锅炉直接使用软化水，锅炉水的pH值难以达到9.0～11.0之间，锅炉内壁容易发生严重的腐蚀，这样的例子数不胜数。只有加入碱性药剂，使锅炉水的pH值在9.0～11.0之间，并且维持一定的碱度，才能避免锅炉内壁的腐蚀。

2.2 充分利用蒸汽锅炉排污水中的热能

热水锅炉运行时，从自来水软化开始，到锅炉水加温到运行温度下的正常工况，需要以下几个过程：第一,树脂罐的反洗。首先树脂罐运行一段时间后，树脂层表面容易附着一些杂质，另外树脂堆积密度加大其通水性能降低。所以，需要进行反洗，去除杂质，松动树脂层，这时需要消耗一定的水量。第二，再生剂溶解为再生液。定量投加再生剂后，加入定量的水（一般加入软化水，以减少钙镁离子的进入）溶解称为再生液，这个过程消耗一定量的软化水、需要定量的再生剂。第三，树脂的再生过程。树脂的再生过程，是再生液中的钠离子与树脂中钙镁离子的交换过程，目的是恢复树脂的交换能力，这一过程需要一定的交换反应时间，消耗定量的再生剂。第四，树脂罐的清洗。再生结束，需要对树脂罐进行冲洗，此过程需要定量的软水（一般加入软化水效果好，以减少钙镁离子的进入），等化验合格后进行下一环节制水过程。第五，周期制水及加温。树脂罐清洗后经化验硬度合格就开始制水，然后打入锅炉，升温运行。这一过程需要定量水，产生煤耗或者电耗。第六，自来水进入树脂罐，经过软化，打入热水锅炉加温。这一流程需要一定的时间、消耗一定的再生剂、需要一定量的自来水和软化水、消耗一定量的煤或者电。整个过程下来，才只是符合温度要求。保证锅炉安全运行，还需要加入碱性药剂进行调节才能满足热水锅炉的运行条件。

3 结语

蒸汽锅炉碱性排污水综合利用的研究得出：①收集蒸汽锅炉排污水，利用蒸汽锅炉排污水中较高的碱度和pH值，经过化验调试，可以直接供给热水锅炉使用，减少热水锅炉碱性药剂的投加量，使蒸汽锅炉排污水变废为宝，既减少环境污染，节约能源，又能使热水锅炉运行更经济，更安全。②蒸汽锅炉排污水的温度较高，直接供给热水锅炉，减少热水锅炉的软化水投加量和热能投入，也避免直接加入凉水对热水锅炉内壁引起的冷热冲击，避免锅炉本体的疲劳腐蚀。对碱性排污水的参数指标进行分析，合理调试，合理利用，为热水锅炉的安全运行创造可观的经济效益和良好的社会效益。为蒸汽锅炉和热水锅炉给水的科学使用及锅炉安全经济运行指明了方向。