水处理对于工业锅炉运行的重要性以及常用水处理方法概述

庄国华 张迎友

摘  要：水处理对于锅炉的安全运行起着至关重要的作用，现对工业锅炉水处理的目的、水质不良的危害、锅炉给水炉水的监测指标和意义进行了介绍，并概述了工业锅炉常用的水处理方法。

关键词：水处理;工业锅炉;设备

中图分类号：X703 文献标志码：A         文章编号：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

水处理的好坏直接关系到锅炉的安全运行，很多使用单位却对此不重视不关注，直到出现锅炉事故才后悔莫及，水质监管缺失给锅炉安全运行留下的是定时炸弹。锅炉的水处理不仅要关注，还要重视，规范水质管理，确保水质处于受控状态之中。

1 锅炉水处理的目的

锅炉水处理的目的是除去对锅炉有危害的杂质，防止锅炉结垢和腐蚀，保持蒸汽品质良好，保证锅炉安全经济运行[1]。做好水质管理工作，才能保证锅炉安全、经济运行，才可达到延长锅炉使用寿命，节约燃料，保证蒸汽品质，防止由于水垢、水渣、腐蚀而引起锅炉部件损坏或发生事故的目的。

2 锅炉水质不良的危害

（1）锅炉的结垢，每结垢1mm，约浪费5%-8%的燃料[2];使传热性能差，受热面壁温高，超过材料的允许温度，金属材料过热，导致受热面损坏。（2）锅炉的腐蚀，会直接导致金属受压元件受到破坏[3];腐蚀的铁化物与其他杂质结成水垢附着在受热面之上，将影响传热效果;产生垢下腐蚀。（3）影响蒸汽品质，含盐量高、皂化反应、汽水共腾、蒸汽严重带水，致使锅水起沫，影响蒸汽品质，还可能使过热器管产生积盐、影响过热蒸汽温度、水位模糊、在蒸汽流动系统产生水锤效应、引起系统腐蚀等问题。

3 水处理监测指标和意义

3.1 锅炉给水监测指标和意义

监督给水是为了防止锅炉给水系统腐蚀、结垢，在锅炉排污率不超过规定值的前提下，确保锅水水质合格，监测的指标和意义如下。

（1）悬浮物（浊度），若不将水中的悬浮物除去，悬浮物的存在会影响加药处理除垢效果和锅外化学处理工艺的正常进行。（2）硬度，监测硬度是避免生成钙、镁水垢，防止锅内加药处理的用药量增加，使锅水中发生过量的水渣。（3）pH值，控制给水系统中的酸性物质及碱性物质。（4）溶解氧，监测给水中溶解氧浓度，防止锅炉产生氧腐蚀。（5）油量，如果给水中含有油，一方面会形成油垢，另一方面会影响蒸汽的品质。（6）含铁量，监督含铁量是为了防止铁质水垢对锅炉的危害。

3.2 鍋炉锅水监测指标和意义

对锅炉锅水监测的目的在于防止锅内结垢、腐蚀和产生蒸汽品质不良等问题。监测的指标有：（1）碱度，有效地监控炉水碱度，太高易造成碱性腐蚀或者苛性脆化，同时防止锅水起沫，保证蒸汽品质;而锅水中保留一定的碱度，使之与钙镁离子反应，可达到防止结垢的目的。（2）酚酞碱度，防止锅炉产生酸性腐蚀或碱性腐蚀。方便计算出锅水pH值：锅水pH值=11+lg[2×酚酞碱度-全碱度]。（3）pH值，锅炉正常运行时，炉水pH值应控制在10～12之间[4]。（4）溶解固形物，为了保证蒸汽品质，减少蒸汽溶盐，防止锅水中的杂质被带入蒸汽中[5]。（5）SO32-，采用亚硫酸盐除氧时，锅炉中应维持一定量的SO32-，以除去锅炉中的氧气。（6）PO43-，采用磷酸盐处理时，锅水中应维持一定量的PO43-，目的是为了防垢[6]。（7）相对碱度，当相对碱度小于某一数值时，不会发生苛性脆化[7]。

4 工业锅炉常用的水处理方法

工业锅炉常用的水处理方法有锅外水处理和锅内水处理[8]。锅外水处理是在锅炉外部用水处理设备将原水进行软化，使给水达到标准要求，再将给水注入锅炉内部。工业锅炉常见的水处理设备有钠离子交换软水设备、反渗透净水设备[9]。锅内水处理是将药剂加入给水中，再将给水加入锅炉内部，药剂在炉内直接与水中的杂质和金属产生化学反应，缓解对金属的侵蚀，避免结垢。

4.1 钠离子交换软水设备

钠离子交换软水设备以4t/h一备一用软水设备为例，如图1，整机工作流程图，如图2。

通过钠型离子交换树脂上的钠离子与水中的钙、镁离子进行交换，降低水中硬度，钙镁等离子的浓度，从而达到反渗透膜进水需求的水质硬度标准。当运行一段时间，达到自动控制阀所设定的流量失效后，需要用盐水对离子交换树脂进行再生处理，已恢复其处理交换能力。

软化过程，原水经过钠离子交换器，阳离子Ca2+、Mg2+经钠离子树脂接触而被除去，反应如下：

再生过程，当阳离子交换树脂吸附足够的阳离子达到饱和后，就需要用6%-10%的盐NaCl对树脂进行再生，而盐中Na离子反过来与树脂中的阳离子交换，反应如下：

反应中生成的各种水溶性盐，通过冲洗去除掉，冲洗的初期实际是再生的继续，流速不要太大，可掌握在3-5m/h，当冲洗出水进本不咸的时，可将流速加大到10-15m/h，再生后的树脂又可以投入生产使用。

该软化水设备的工作程序如下：

供水：未处理的水通过树脂层，发生交换反应，产生软水。

反洗：水从树脂层下部进入，松动树脂，去除细碎杂物。

进盐水再生：利用高浓度的NaCl盐水流过树脂，把失效树脂再生还原为钠型树脂[10]。

冲洗：用水冲洗树脂，冲洗掉反应生成的各种水溶性盐。

注水：向盐箱内注水，溶解食盐，以备下次再生所用。

4.2 反渗透净水设备

反渗透是最精密的膜法液体分离技术，在进水（浓溶液）侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压的操作压力加于浓溶液侧时水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水（浓溶液）中的水分子部份通过反渗透膜成为稀溶液侧的净化产水[11]。

反渗透净水设备以2t/h一级RO反渗透纯净水处理设备为例，如图3，整机工作流程图，如图4。

该设备工艺流程说明：

一级预处理系统：利用石英砂多介质过滤器，过滤掉水中含有的泥沙、锰、铁锈、胶体物、悬浮物等对人体有害的物质。系统可自动反洗、正洗。

二级预处理系统：利用活性炭过滤器，过滤掉水中的色素、异味、大量生化有机物等对人體有害的污染物。系统可自动反洗、正洗。

三级预处理系统：利用离子交换树脂，降低水中硬度，软化水质，防止渗透膜结垢，且系统可自动反洗、正洗，自动实现树脂再生。

四级预处理系统：使用精密过滤器进一步净化，达到最优的浊度和色度，确保反渗透系统的进水要求。纯净水设备主机系统采用反渗透技术进行脱盐处理，反渗透膜孔径仅为0.0001微米，能去除有害的可溶解性固体及细菌、病毒等，脱盐率达99.6%以上，生产出符合要求的纯净水，主机部分包含保安过滤器、高压泵和反渗透膜，保安过滤器为以上的第四级预处理系统，高压泵是主机上的核心设备之一，为反渗透膜元件提供足够的压力，以克服渗透压及运行阻力，满足装置达到额定的出水量。

4.3 锅内水处理

按照GB/T 1576-2018《工业锅炉水质》标准的规定，额定蒸发量≤4t/h，额定蒸汽压力≤1.0MPa的自然循环蒸汽锅炉和汽水两用锅炉可以单纯采用锅内水处理、部分软化或天然碱法等水处理方式，但应保证锅炉受热面平均结垢速率不大于0.5mm/a。

锅内加药水处理方法成本低，不需要复杂的水处理设备，方法简便，但是锅内加药水处理是不能完全避免锅炉结垢的，做好水质监控，定期排污，否则产生的水渣泥垢易生成二次水垢。如果该区域水质较差，硬度太高，则不建议锅内加药水处理，反而会加速结垢。

所用的药剂通常被称为软水剂或者缓蚀阻垢剂，由高分子聚合物、有机膦酸盐、聚羧酸盐、无机盐、缓蚀剂等复合制作生成，其用量应根据各个品牌的使用说明指导进行控制加药，并做好水质监控，根据水质检测结果及时调整药量。

加药后应做好水质监控，炉水pH值在10-12之间，总碱度6-26mmol/L为宜。要求操作人员认真负责，做好定期排污，每班至少排污一次，每一次排污应保持30-60秒为宜，如果发现排污时，水位没有明显变化，应考虑是否是老水垢脱落而导致管道堵塞，若管道堵塞，应及时采取措施。

采用锅内加药水处理应定期停炉检查，一般锅炉每运行半年左右，停炉打开人孔检查水处理效果，如果不理想，应查清原因，及时调整，并彻底清除锅内的水渣或水垢。

5 结束语

工业锅炉的水处理是锅炉安全运行及经济运行至关重要的环节，如果水质出现问题，轻则锅炉损坏，重则人命关天，造成严重的经济损失。所以，使用单位要认真对待水质管理问题，建立健全水处理监督管理制度，确保有效准确的实施;同时，提高水处理作业人员的技术水平，加强培训不断学习不断提高，增强专业意识;最后，认真正确对待新技术、新设备，选择适合自身的水处理方法。总之，保证水质安全可靠，处于我们的有效控制之下，锅炉的安全经济运行才能得到基本保证。

参考文献：

[1]杨勇.锅炉水处理设备离子交换器常见故障及原因研究[J].科技资讯，2017，015（028）：91-93.

[2]刘宏臣，范姜玲，胡津康，等.加强水质管理，保障锅炉安全和节能运行[C]//全国特种设备安全与节能学术会议，2012.

[3]李刚.在用工业锅炉常见缺陷分析[J].城市建设理论研究：电子版，2016，000（013）：2228-2228.

[4]杨荣和，刘花.浅谈提高pH值对热水锅炉防止氧腐蚀的重要意义[J].中国锅炉压力容器安全，2003，19（05）：64-65.

[5]相朝斌.浅谈锅炉过热器积盐原因及控制措施[J].工业锅炉，2009（05）：55-57.

[6]张迪.自动加药系统在热电厂中的应用[J].科技创新导报，2013（24）：216-217.

[7]刘新阳.柴油蒸汽发生器腐蚀开裂分析[J].石油化工腐蚀与防护，2013，30（003）：54-57.

[8]张炳雷，李越胜，杨树斌，等.基于水处理的工业锅炉节能研究[J].节能技术，2009（06）：555-557.

[9]张兴红.水垢对工业锅炉的危害[J].商品与质量·学术观察，2011（004）：40-41.

[10]张聪.动力能源系统节能技术研究及应用[D].西华大学，2017.

[11]蒋琪.炼化污水深度处理工艺条件的研究[D].中国石油大学（华东），2017.