工业锅炉水处理常见问题及对策研究

乔则欣

（河北省特种设备技术检查中心保定分中心，河北保定 071000）

1 工业锅炉水处理的概念及水处理现状

锅炉水处理的目的就是除去对锅炉有危害的杂质，防止锅炉结垢和腐蚀，保持蒸气品质良好。当前大多数锅炉使用单位因水处理监管不严格而引起的锅炉事故越来越多。锅炉水垢出现后，造成经济成本的持续增加，甚至增加安全事故发生机率，诱发空气污染。在锅炉水垢处理的同时，应当同步做好防垢处理，以保证锅炉运行高效性。

1.1 工业锅炉水处理的概念

严格依据锅炉水垢标准，采取灵活化、高效化处理方式，确定锅炉水处理方法，减少水垢危害程度。具体来看，对于常用的低压锅炉，水垢处理环节，管理人员将原水注入锅炉前，需要进行必要的处理，净化水内有害杂质，达到软水的标准后，将水导入锅炉内部，从而降低水体对于锅炉的腐蚀能力，为后续结垢处置奠定坚实基础。水处理环节，还可以借助必要技术手段，利用树脂交换器、电渗析器等设备，完成水体处置相关工作。

1.2 工业锅炉水水处理现状

当前中锅炉使用单位水处理设施不完备、水质检测措施监管不到位的情况时有发生；使用单位对锅炉用水是否符合国家标准、水处理设备运行是否正常运行往往难以判定。水处理设备配备和使用率低、作业人员水处理知识缺乏、冷凝水回收利用率低、热水锅炉排污不合理等也未得到合理解决。

1.2.1 水处理设备配备和使用率低

多数使用单位未配置相应的水处理设备或者是有水处理设备闲置不用，害怕用盐；普遍无水质检测场地和水质检测人员；对锅炉用水是否符合国家标准、水处理设备运行是否正常往往难以判定；对水处理设备中树脂污染和损耗不能采取合理的措施。

1.2.2 作业人员缺乏水处理知识

目前绝大部分锅炉使用单位没有专业的水处理人员，或者由司炉工兼搞水处理的比较多。这类人群普便文化程度较低缺乏水处理相关知识，对水处理的原理，药剂的性能、用量、用法、加药时机，设备的使用方法等掌握得不够。乱用错用药剂，不按剂量使用的现象时有发生。严重制约着锅炉水处理的发展，同时影响锅炉的安全运行。

1.2.3 冷凝水回收利用率低

冷凝水的出现主要是指锅炉运行环节产生的蒸汽在被充分利用后，蒸汽热量散失后，冷凝为水体。这部分没有经过相关工艺处理，具备重复利用的可能性。随着科学技术的持续发展，蒸汽锅炉冷凝水回收技术日益完善，但就掌握的情况来看，冷凝水回收技术仍然处于初级阶段，水质净化效果以及防腐能力没有达到预期目标。

1.2.4 热水锅炉排污不合理

热水锅炉排污不按规定排污会造成锅炉结垢从而引发爆管事故，危及人们生命财产安全。在锅炉的日常运行过程中，许多司炉工认为热水锅炉无须排污（有的比较懒）。例如：曾有一例锅水水样全碱度值高达86 mg/L 超出国家标准近20倍。所以要求司炉人员严格按照规定进行定时或定量排污。

2 工业锅炉水处理常见问题

工业锅炉水处理的原则是因炉、因水、因地制宜，选择适合的水处理方法。目前，低压锅炉常用的水处理方法主要有锅外水处理和锅内加药处理两种方法。

2.1 锅外水处理

通常锅外水处理是原水在进入锅炉前，采用物理、化学及电化学方法将其中对锅炉运行有害的杂质经过必要的工艺进行处理的方法。即在锅外先经过水处理设备除去水中的钙镁硬度和氧气形成软化水或除盐水后再进入锅炉内部，从而起到防止锅炉结垢和腐蚀的目的，使锅炉能够安全、节能运行。其中最常见的水处理设备主要有钠离子交换器、电渗析器、反渗透器等水处理设备。

2.2 水的离子交换

目前对于工业锅炉来说，应用最普遍的是钠离子交换器（也叫软水器），使水得到软化，防止锅炉结垢。钠离子交换器的工作原理是利用离子交换反应的可逆性，运行时当水流过钠型交换剂层时，水中的Ca2+、Mg2+与交换剂（树脂）中Na+进行交换反应，使硬水变成软水，而交换剂则变成钙镁型失效树脂。当交换器内的交换剂全部失效后，用再生剂进行再生，即用Na+将失效树脂中的Ca2+、Mg2+再置换出来，使其再次恢复软化能力。离子交换器中装有钠离子交换树脂，树脂上带有大量的钠离子，当含有钙、镁离子的水以一定的流速通过树脂时，树脂中钠离子与水中的钠离子存在浓度差。此时，水中的钙、镁离子与树脂上的钠离子交换，得到软水；当树脂上的钠离子被水中钙、镁离子几乎交换完后，再用一定浓度NaCl的水溶液将树脂上的钙、镁离子交换下来，这时树脂又恢复了交换能力，如此周而复始。需要注意的一个问题是：要对钠离子交换器的进水、出水以及软水箱的水至少每天进行一次化验，（化验项目有硬度、氯离子含量，以防盐水带入软水中）。

2.3 锅内加药处理

2.3.1 锅内加药的使用特点

设备简单，投资少；操作方便，易于管理。如果使用得当，可达到较好的防垢效果。与锅外水处理相比可节约大量用水；但锅内加药对排污要求比较严格，排污量和热损失相对较大。

2.3.2 锅内加药处理的适用范围

根据GB/T 1576—2018《工业锅炉水质》标准规定：额定蒸发量≤4 t/h 且额定蒸汽压力≤1.3 Mpa 的自然循环蒸汽锅炉和汽水两用锅炉；额定功率≤4.2 MW的承压热水锅炉和常压热水锅炉，均可采用单纯锅内加药水处理。

2.3.3 锅内加药的作用

（1）采取加药等方式，将整个锅炉保持在碱性状态（确保锅炉内的水体有足够的CO32-和OH-）或磷酸根工况（有足够的PO43-和OH-）。通过这种方式，可以破坏化学反应条件，阻碍钙离子、镁离子流动性水渣的形成，提升锅炉解垢能力。

（2）在锅炉内加入适量的药剂，促进泥渣的形成，降低水垢处理难度。

（3）药剂使用之后，考虑到水垢形成的沉淀会与金属构件之间由于电离子的作用，形成隔离层，这种隔离层会降低水垢黏附性，实现水垢科学化处置。

3 工业锅炉水处理常见问题及解决对策研究

3.1 锅外水处理：钠离子交换器常见故障及其及解决措施

（1）钠离子交换器出水氯离子偏高。①查看盐水阀是否渗漏或再生时查看交换器的出水阀是否渗漏。处理方法是及时检修阀门，（如果泄漏氯离子跑出）；②“正洗”不彻底，树脂中床层中有残余的氯离子，处理方法是延长正洗时间直至进、出水氯离子含量基本一致（正洗是为了将树脂床层上部及树脂层中残留的再生液排挤出来）；③再生液过量，处理方法是适当降低再生液浓度。（2）钠离子交换器再生后，出水硬度仍然偏高。①原水硬度过高，一级交换达不到软化要求，处理方法是考虑二级软化处理或将原水沉淀软化处理；②再生系统发生故障，或布盐液装置有缺陷，处理方法是重新调整再生过程，如增加再生液浓度或调整流速等；③树脂污染会导致树脂的交换容量降低或失去交换能力。其处理方法是清洗树脂或更换交换剂。④运行速度过快，使交换反应来不及进行，处理方法是调整水流速度。（3）钠离子交换器出水量减少。①进水压力不够，处理方法是加大进水压力；②上下水帽或尼龙网脏、堵，处理方法是清洗树脂或清洗水帽。

3.2 锅内加药常见问题及解决措施

（1）氢氧化钠是一种白色固体，吸水性很强，极易溶于水而放出大量的热，有强烈的腐蚀性，是一种强碱。它的主要作用：①能有效地消除给水中硬度；②能防止一些结垢物质在金属受热面上结生水垢；③保持锅水碱度防止锅炉腐蚀。（pH 为9.5～11.5时阻止氧对锅炉金属的腐蚀）。

（2）碳酸钠（平时所说的纯碱）一种白色粉末状固体，易溶于水，水溶液呈碱性。主要作用：①能与水中的非碳酸盐硬度反应，消除非碳酸硬度；②在锅水会部分分解成氢氧化钠，因此具有氢氧化钠的作用。但由于碳酸钠水解后生成的二氧化碳会随着锅水的蒸发而进入蒸汽系统，从而引起用汽设备的腐蚀。所以碳酸钠只适用于压力较低的工业锅炉单纯加药处理，而不宜用作软化处理后的调节处理。

（3）磷酸三钠是一种白色晶体，在干燥的空气中能风化，溶于水，水溶液呈碱性。它是非常有效的阻垢剂，能在金属表面形成钝化膜，而且它的水解不受温度压力的影响，各种压力锅炉都适用。其作用是：①能与硬度物质反应生成水渣（当锅水的pH 维持在10左右时，磷酸根离子与钙离子生成流动性很强且非常松软的水渣即碱式磷酸钙，随排污除去）；②增加水渣的流动性。（由于磷酸三钠与钙镁盐类反应后生成的磷酸钙和磷酸镁是具有高度分散力的胶体颗粒，在锅水能作为结晶晶核，使碳酸钙在其周围析出，成形流动性较强的水渣，不易黏附在金属面上）；③能使已结生硫酸钙和碳酸钙等老水垢疏松脱落。如果锅水保持一定的pH 和磷酸根浓度，已结生的硫酸钙、碳酸钙或硅酸钙水垢就可能因转化成碱式磷酸钙而疏松脱落；④在金属表面形成磷酸铁保护保护膜，防止金属的腐蚀。

3.3 水理不当时水质指标出现的问题及解决措施

锅炉用水的水质指标分为两类：①成分指标，如溶解氧、磷酸根、氯离子、钙离子等；②技术指标，为了技术上的需要人为拟定的如YD、JD、电导率等。

3.3.1 硬度

硬度（YD）指水中能形成水垢或水渣的钙、镁离子的总含量（钙、镁离子的总浓度），在一定程度上反映了水中结垢物质的多少。因此，为防止锅炉及结水系统结垢，避免锅水中产生过多的水渣，必须严格控制结水硬度。

3.3.2 碱度

碱度（JD）表示水中能接受氢离子的一类物质的量，包括各种强碱、弱碱和强碱弱酸盐，有机碱等。（其中碳酸根、碳酸氢根、氢氧根是构成碱度的主要阴离子。）在工业锅炉的水质分析中应把化验锅水的碱度作为一个重点，锅水总碱度（甲基橙碱度）是指导锅炉排污的主要依据。正常情况下，只要锅水的碱度不超标，其氯离子含量也会在控制范围内。锅炉正常运行中每班至少测定1～2次，并主要按锅水总碱度是否超标来指导锅炉排污。

3.3.3 pH

水中氢离子的负对数。是表征溶液酸碱性的一项指标它直接反映了水中氢离子或氢氧根离子的含量。

3.3.4 碱度与pH的关系

在一般情况下，pH 会随着碱度的提高而增大，但还取决于氢氧根碱度占总碱度的比例。在相同碱度的情况下，由于碱度成分不同，溶液中氢氧根含量也不相同，所以pH 与不相同。所以有时pH 合格的水，碱度并不一定合格；而碱度合格的水，pH 与不一定合格。

3.3.5 氯离子与溶解固形的关系

在锅水的水质指标中，溶解固形物是日常监测的化验项目，锅水中溶解固形物含量较高时，将恶化蒸汽品质，甚至会引起汽水共腾。

因为溶解固形物的测定过程比较烦琐、耗时较长。锅水中的氯离子比较稳定，在高温下不易挥发，也不会析出。在一定的水质条件下，锅水中的溶解固形物含量与氯离子的含量之比接近于常数，且氯离子的测定很方便。所以在工业锅炉日常的锅水监测中，常采用测定氯含量的方法间接控制锅水的溶解固形物，并指导司炉工排污。

严格遵循GB 1576—2018《低压锅炉水质》系列要求，依据相关处理手段，进行复核或者比值关系修复工作。这种处理方式，可以保证锅炉养护能力。从过往经验来看，锅炉水体中存在的氯离子有着极强的去极化效能，水在很大程度上，增加金属腐蚀程度。基于这种内在联系，应当在合理控制锅炉用水软硬度前提下，精准控制锅炉水内氯离子含量，通过离子浓度控制，减缓金属腐蚀，延长使用寿命。在锅炉内部氯离子处置环节，管理人员应当控制锅炉水浓缩程度，通过浓度控制，确保氯离子处置能力。

4 结束语

工业锅炉水处理，其对于整个工业生产的过程发挥着极为重要的作用。其在很大程度上影响了生产本身的效果，对于锅炉的使用寿命和使用的安全性等方面都发挥着巨大的作用。因此，需要重视起锅炉水质处理的问题，同时也要根据具体情况设置对应的改善措施，对于工业锅炉水质进行严格的把控。从而有效地防止锅炉结垢、腐蚀，确保锅炉的安全、节能、经济运行。