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(duì)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(dāng)前大多數(shù)鍋爐使用單位因水處理監(jiān)管不嚴(yán)格而引起的鍋爐事故越來(lái)越多。鍋爐水垢出現(xiàn)后，造成經(jīng)濟(jì)成本的持續(xù)增加，甚至增加安全事故發(fā)生機(jī)率，誘發(fā)空氣污染。在鍋爐水垢處理的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)同步做好防垢處理，以保證鍋爐運(yùn)行高效性。

1.1 工業(yè)鍋爐水處理的概念

嚴(yán)格依據(jù)鍋爐水垢標(biāo)準(zhǔn)，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(lái)看，對(duì)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(jìn)行必要的處理，凈化水內(nèi)有害雜質(zhì)，達(dá)到軟水的標(biāo)準(zhǔn)后，將水導(dǎo)入鍋爐內(nèi)部，從而降低水體對(duì)于鍋爐的腐蝕能力，為后續(xù)結(jié)垢處置奠定堅(jiān)實(shí)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(shù)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(dāng)前中鍋爐使用單位水處理設(shè)施不完備、水質(zhì)檢測(cè)措施監(jiān)管不到位的情況時(shí)有發(fā)生；使用單位對(duì)鍋爐用水是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、水處理設(shè)備運(yùn)行是否正常運(yùn)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(shí)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(yīng)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(wú)水質(zhì)檢測(cè)場(chǎng)地和水質(zhì)檢測(cè)人員；對(duì)鍋爐用水是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、水處理設(shè)備運(yùn)行是否正常往往難以判定；對(duì)水處理設(shè)備中樹(shù)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(shí)

目前絕大部分鍋爐使用單位沒(méi)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(shí)，對(duì)水處理的原理，藥劑的性能、用量、用法、加藥時(shí)機(jī)，設(shè)備的使用方法等掌握得不夠。亂用錯(cuò)用藥劑，不按劑量使用的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。嚴(yán)重制約著鍋爐水處理的發(fā)展，同時(shí)影響鍋爐的安全運(yùn)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(yùn)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(méi)有經(jīng)過(guò)相關(guān)工藝處理，具備重復(fù)利用的可能性。隨著科學(xué)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(lái)看，冷凝水回收技術(shù)仍然處于初級(jí)階段，水質(zhì)凈化效果以及防腐能力沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

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(huì)造成鍋爐結(jié)垢從而引發(fā)爆管事故，危及人們生命財(cái)產(chǎn)安全。在鍋爐的日常運(yùn)行過(guò)程中，許多司爐工認(rèn)為熱水鍋爐無(wú)須排污（有的比較懶）。例如：曾有一例鍋水水樣全堿度值高達(dá)86 mg/L 超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)近20倍。所以要求司爐人員嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行定時(shí)或定量排污。

2 工業(yè)鍋爐水處理常見(jiàn)問(wèn)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(jìn)入鍋爐前，采用物理、化學(xué)及電化學(xué)方法將其中對(duì)鍋爐運(yùn)行有害的雜質(zhì)經(jīng)過(guò)必要的工藝進(jìn)行處理的方法。即在鍋外先經(jīng)過(guò)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(jìn)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(yùn)行。其中最常見(jiàn)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(duì)于工業(yè)鍋爐來(lái)說(shuō)，應(yīng)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(yīng)的可逆性，運(yùn)行時(shí)當(dāng)水流過(guò)鈉型交換劑層時(shí)，水中的Ca2+、Mg2+與交換劑（樹(shù)脂）中Na+進(jìn)行交換反應(yīng)，使硬水變成軟水，而交換劑則變成鈣鎂型失效樹(shù)脂。當(dāng)交換器內(nèi)的交換劑全部失效后，用再生劑進(jìn)行再生，即用Na+將失效樹(shù)脂中的Ca2+、Mg2+再置換出來(lái)，使其再次恢復(fù)軟化能力。離子交換器中裝有鈉離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂上帶有大量的鈉離子，當(dāng)含有鈣、鎂離子的水以一定的流速通過(guò)樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂中鈉離子與水中的鈉離子存在濃度差。此時(shí)，水中的鈣、鎂離子與樹(shù)脂上的鈉離子交換，得到軟水；當(dāng)樹(shù)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(shù)脂上的鈣、鎂離子交換下來(lái)，這時(shí)樹(shù)脂又恢復(fù)了交換能力，如此周而復(fù)始。需要注意的一個(gè)問(wèn)題是：要對(duì)鈉離子交換器的進(jìn)水、出水以及軟水箱的水至少每天進(jìn)行一次化驗(yàn)，（化驗(yàn)項(xiàng)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(diǎn)

設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少；操作方便，易于管理。如果使用得當(dāng)，可達(dá)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(duì)排污要求比較嚴(yán)格，排污量和熱損失相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(guò)這種方式，可以破壞化學(xué)反應(yīng)條件，阻礙鈣離子、鎂離子流動(dòng)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(jìn)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(huì)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(huì)降低水垢黏附性，實(shí)現(xiàn)水垢科學(xué)化處置。

3 工業(yè)鍋爐水處理常見(jiàn)問(wèn)題及解決對(duì)策研究

3.1 鍋外水處理：鈉離子交換器常見(jiàn)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(shí)查看交換器的出水閥是否滲漏。處理方法是及時(shí)檢修閥門，（如果泄漏氯離子跑出）；②“正洗”不徹底，樹(shù)脂中床層中有殘余的氯離子，處理方法是延長(zhǎng)正洗時(shí)間直至進(jìn)、出水氯離子含量基本一致（正洗是為了將樹(shù)脂床層上部及樹(shù)脂層中殘留的再生液排擠出來(lái)）；③再生液過(guò)量，處理方法是適當(dāng)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(guò)高，一級(jí)交換達(dá)不到軟化要求，處理方法是考慮二級(jí)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(guò)程，如增加再生液濃度或調(diào)整流速等；③樹(shù)脂污染會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂的交換容量降低或失去交換能力。其處理方法是清洗樹(shù)脂或更換交換劑。④運(yùn)行速度過(guò)快，使交換反應(yīng)來(lái)不及進(jìn)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(jìn)水壓力不夠，處理方法是加大進(jìn)水壓力；②上下水帽或尼龍網(wǎng)臟、堵，處理方法是清洗樹(shù)脂或清洗水帽。

3.2 鍋內(nèi)加藥常見(jiàn)問(wèn)題及解決措施

（1）氫氧化鈉是一種白色固體，吸水性很強(qiáng)，極易溶于水而放出大量的熱，有強(qiáng)烈的腐蝕性，是一種強(qiáng)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(shí)阻止氧對(duì)鍋爐金屬的腐蝕）。

（2）碳酸鈉（平時(shí)所說(shuō)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(yīng)，消除非碳酸硬度；②在鍋水會(huì)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(huì)隨著鍋水的蒸發(fā)而進(jìn)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(fēng)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(yīng)生成水渣（當(dāng)鍋水的pH 維持在10左右時(shí)，磷酸根離子與鈣離子生成流動(dòng)性很強(qiáng)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(dòng)性。（由于磷酸三鈉與鈣鎂鹽類反應(yīng)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(dòng)性較強(qiáng)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(hù)保護(hù)膜，防止金屬的腐蝕。

3.3 水理不當(dāng)時(shí)水質(zhì)指標(biāo)出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

鍋爐用水的水質(zhì)指標(biāo)分為兩類：①成分指標(biāo)，如溶解氧、磷酸根、氯離子、鈣離子等；②技術(shù)指標(biāo)，為了技術(shù)上的需要人為擬定的如YD、JD、電導(dǎo)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(guò)多的水渣，必須嚴(yán)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(qiáng)堿、弱堿和強(qiáng)堿弱酸鹽，有機(jī)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(yīng)把化驗(yàn)鍋水的堿度作為一個(gè)重點(diǎn)，鍋水總堿度（甲基橙堿度）是指導(dǎo)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(biāo)，其氯離子含量也會(huì)在控制范圍內(nèi)。鍋爐正常運(yùn)行中每班至少測(cè)定1～2次，并主要按鍋水總堿度是否超標(biāo)來(lái)指導(dǎo)鍋爐排污。

3.3.3 pH

水中氫離子的負(fù)對(duì)數(shù)。是表征溶液酸堿性的一項(xiàng)指標(biāo)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(huì)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(shí)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(biāo)中，溶解固形物是日常監(jiān)測(cè)的化驗(yàn)項(xiàng)目，鍋水中溶解固形物含量較高時(shí)，將惡化蒸汽品質(zhì)，甚至?xí)鹌豺v。

因?yàn)槿芙夤绦挝锏臏y(cè)定過(guò)程比較煩瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)。鍋水中的氯離子比較穩(wěn)定，在高溫下不易揮發(fā)，也不會(huì)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(cè)定很方便。所以在工業(yè)鍋爐日常的鍋水監(jiān)測(cè)中，常采用測(cè)定氯含量的方法間接控制鍋水的溶解固形物，并指導(dǎo)司爐工排污。

嚴(yán)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(jìn)行復(fù)核或者比值關(guān)系修復(fù)工作。這種處理方式，可以保證鍋爐養(yǎng)護(hù)能力。從過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，鍋爐水體中存在的氯離子有著極強(qiáng)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(yīng)當(dāng)在合理控制鍋爐用水軟硬度前提下，精準(zhǔn)控制鍋爐水內(nèi)氯離子含量，通過(guò)離子濃度控制，減緩金屬腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。在鍋爐內(nèi)部氯離子處置環(huán)節(jié)，管理人員應(yīng)當(dāng)控制鍋爐水濃縮程度，通過(guò)濃度控制，確保氯離子處置能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)鍋爐水處理，其對(duì)于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)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(duì)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(wèn)題，同時(shí)也要根據(jù)具體情況設(shè)置對(duì)應(yīng)的改善措施，對(duì)于工業(yè)鍋爐水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)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(jì)運(yùn)行。