三门峡地区锅炉水质调查分析

张彦奎 朱万钦 彭建良 刘 晶 崔建欣

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院三门峡分院 三门峡 472000)

我国是世界上生产和使用工业锅炉最多的国家，随着工业和科技的飞速发展，燃煤锅炉由于具有运行成本低这一显著优势，使用数量越来越多，但是在燃烧时排放的二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物会对环境造成严重污染，因此我国实施“蓝天工程”计划，逐步投入了天然气锅炉来替代燃煤锅炉。三门峡地区自2016年11月颁布了“禁燃令”，全面开展大气污染防治攻坚战，逐步停用了中小型燃煤锅炉，截止到2021年12月三门峡地区工业锅炉数量已由原来的479家减少至128家，其中351家小型燃煤锅炉均为采暖锅炉已被查封，23家小型燃煤锅炉完成改造。目前，三门峡地区已经大规模地使用燃油燃气锅炉，但在运行过程中，如果锅炉水处理后的水质不达标，易造成锅炉结垢、腐蚀、炉管变形，缩短锅炉的使用寿命，甚至造成锅炉爆炸。因此，笔者针对三门峡地区企业的锅炉水处理状况进行深入调研。

1 水样采集与检测

为确保调研数据的普遍性和多样性，抽查了三门峡市区、陕县地区、灵宝地区、卢氏地区、渑池地区、义马地区6个区域的共20家企业，对其锅炉原水、锅炉给水、锅炉炉水的水样进行采集，其中采集卢氏与渑池地区各2家企业、灵宝地区3家企业、三门峡市区与义马地区各4家企业、陕县地区5家企业的锅炉水样。

依据GB／T 1576—2018《工业锅炉水质》的规定，主要对采集的水样的以下指标进行了检测：

1）硬度。给水硬度是防止锅炉结垢的一项重要指标，通常指水中钙、镁离子的总浓度，能够反映水中结垢物质的多少，对锅炉来说，给水硬度越小越有利于防止结垢；

2）碱度。锅水碱度对锅炉设备的结垢、腐蚀和蒸汽品质有重大影响。碱度过高易引起锅炉设备的碱性腐蚀和苛性脆化，并且易使锅水起泡发生汽水共腾恶化蒸汽品质；碱度太低易造成锅炉酸性腐蚀；

3）pH值。pH值是锅炉用水中的一项重要指标，若pH值过低，会对金属产生酸性腐蚀；若pH值过高，碱性水中有过量的NaOH存在，不仅会恶化蒸汽品质，同时易引起锅炉设备苛性脆化。

2 结果与分析

2.1 三门峡各区域水源水分析

采集三门峡各区域共20家企业的锅炉原水进行水质检测，分析结果见表1。

表1 三门峡各地区锅炉原水分析结果

结果显示，由于三门峡地处北方地区，常年降雨量少，蒸发量大，水资源并不充足，土地较为干旱，水中杂质较多，三门峡地区将黄河水作为水源，经自来水厂处理后，原水硬度在7.0～10.0 mmol／L，为较硬水，pH值呈中性，碱度适中。煤矿以及化工企业由于工业生产，水质污染严重，因此原水硬度较高。目前三门峡地区95%以上的企业使用钠离子交换器作为锅炉的水处理设备，对于原水硬度较高的水源水来说是比较合适的。

2.2 锅炉给水情况

根据GB／T 1576—2018的要求，给水硬度应≤0.03 mmol／L，采用钠离子交换器制得的软化水的pH值范围为7.0～10.5，检测结果见表2。

表2 三门峡各地区锅炉给水分析结果

由表2可见，给水硬度合格率为75%，陕县地区的石壕煤矿,渑池地区的耿村煤矿、曹跃煤矿这3家煤矿企业锅炉给水硬度严重超标，这3家煤矿企业均使用矿井水作为水源水，且已进行水质预处理去除杂质，司炉工在使用离子交换器时操作不当，且水质化验条件较为简陋，基础设施配备不到位，化验人员对配制的标准溶液未进行标定，化验结果不准确，导致水质长期硬度超标且未得到有效解决。陕县地区的金星大酒店、灵宝地区的华鑫铜箔的司炉工在某次再生过程中关闭给水阀，造成短时间大量超标水注入软水箱，需要合格软水长时间稀释超标水才可使软水箱中水质重新达标，因此抽取的这2家企业水样也未达到国家标准。在pH值方面，20家企业的锅炉给水pH值均在7.0～10.5的合格范围之内，合格率为100%。经过锅炉内部检验发现，3家硬度长期不合格的煤矿锅炉内部均出现较为严重的结垢现象，石壕煤矿炉内水垢厚度达到3.2 mm，耿村煤矿和曹跃煤矿水垢厚度分别为10.8 mm和10.3 mm，耿村煤矿和曹跃煤矿的水冷壁管出现鼓包变形。由此可以看出部分企业在锅炉给水硬度处理方面并未做到位，锅炉水处理重视程度较低。

2.3 锅炉炉水分析

根据GB／T 1576—2018的要求，当额定蒸汽压力为1.0 MPa＜P≤1.6 MPa，且无过热器条件下，锅炉炉水的碱度值应控制在4.0～24.0 mmol／L之间，pH值应在10.0～12.0之间。三门峡地区锅炉炉水分析结果见表3。

表3 三门峡各地区锅炉炉水分析结果

在锅炉炉水的碱度方面，碱度值高于24 mmol／L的有8家企业，占全部的40%，且主要集中在三门峡市区、卢氏地区以及义马地区，碱度合格率仅为60%。在炉水的pH值方面，合格率为75%，高于12.0的有5家企业，集中分布在三门峡市区和陕县地区，其他地区的pH值均在合格范围之内。因此，从整体锅炉炉水的数据上来看，三门峡地区锅炉炉水主要问题在于锅水的碱度值以及pH值偏高。实地走访发现碱度不合格的8家企业存在共同点：在锅炉排污方面没有制定相关指导手册，排污不及时或很少进行排污，排污量太小或排污率过高，不进行锅炉加药。因此相关的企业应重视锅炉水处理科学加药，合理控制排污率，确保炉水碱度值以及pH值能够控制在合理范围内。

3 三门峡地区锅炉水处理存在的问题

3.1 水处理操作人员素质未达到实际需求

通过上文对三门峡地区的锅炉原水、给水、炉水的水质调查和分析，发现该地区部分企业水处理操作人员整体素质不高，使得企业在进行锅炉水处理时很难达到国家标准。经过对企业进行实地考察，发现很多中小型企业锅炉用户为了节约成本、提高效益，锅炉水处理人员大多由司炉工兼任，司炉工对锅炉水处理专业知识、水处理设备性能、树脂的工作交换容量都知之甚少；化验人员技术水平也相对不高，比如碱度不合格的8家企业均存在没有对配制的标准溶液进行标定的现象，导致水质化验检测的结果与实际存在较大误差；现场取样中发现企业还存在化验人员数据造假的现象。正是由于责任意识不强以及知识水平欠缺，使得耿村煤矿、千秋煤矿矿区锅炉炉水碱度长期处于不合格状态，对企业锅炉的正常运行无疑提供了错误的数据支撑，同时经过锅炉内部检验发现，这2家锅炉受热面存在不同程度的碱性腐蚀。除此之外，水质检测对人员和化验室环境要求较高，不仅需要配备专业的化学试剂以及检测仪器，同时化验人员需要经过培训并取得相应证书，在受到经济成本以及管理人员不重视的双层限制下，企业的锅炉水处理工作仍然有较大的改进空间，并且也有较长的发展之路要走[1]。

3.2 水质管理制度不完善

经过对三门峡地区的锅炉给水和炉水调查发现，80%的企业并没有制定完善的水质管理制度，即使制定了制度，往往也是对锅炉的操作规范，在锅炉使用过程中的安全细则等方面，并没有针对水处理工作制定严格可行的制度以及指导手册。根据《锅炉安全技术规程》《锅炉水（介）质处理检验规则》的相关规定，企业在锅炉的水处理方面应制定管理制度，并且在水处理的操作过程中整个流程要合理，且能够有效地实施[2]。

3.3 小型企业缺乏专业的技术指导

除了锅炉水处理的设施建设不足、人员素质不高以及制度不完善外，企业还缺乏相应的技术指导，比如陕县地区的石壕煤矿，渑池地区的耿村煤矿、曹跃煤矿这3家煤矿企业锅炉给水硬度严重超标，正是由于企业水处理人员操作不当，自身对于水处理设备使用方法及原理也未做深入了解，配备了钠离子交换器后，出水硬度仍然不合格，可能是由于树脂层高度不够、树脂“中毒”、再生周期设定过大、正洗时间偏短等原因，企业人员对这些无从知晓。出现问题时寻求水处理设备生产厂家售后人员前来指导，厂家售后由于路途遥远不能及时赶赴现场解决问题，有些锅炉用户针对问题采取了错误的解决方案，不仅没能使水质达标，反而造成设备进一步损耗。还有个别企业用户在出现问题时甚至嫌麻烦不去查找原因，而是只要不影响锅炉运行便不采取解决方案。

4 针对三门峡地区锅炉水质问题的措施和建议

4.1 提升水处理工作人员素质

为提升三门峡地区的锅炉水质，首先就要进一步规范水处理工作，企业内部应定期组织锅炉水处理人员进行理论知识以及实践操作技能的培训与考核，强化作业人员对于各种标准规范的理解与执行，同时采取持证上岗的管理方式从源头提升锅炉水处理能力。同时定期对水处理设备进行检查和维修，对于锅炉的一些关键部位也要加强巡检，进而在不断地维护和保养中逐步提升锅炉工作人员的水处理能力[3]。企业领导应关注水处理行业的新动态，学习先进的水处理专业知识，做到企业在发现问题时能够及时解决，确保锅炉安全稳定节能运行。

4.2 加强水质管理制度建设

企业也要加强本单位锅炉水质管理制度的建设，提高锅炉水处理工作效率。因此，企业就需要制定科学的水处理管理体系，比如规定水质化验频次，制定锅炉定期排污和连续排污指导手册，维持锅炉的含盐量、碱度、pH值等各项指标符合水质标准。此外，锅炉水处理工作中，也要认真地监督好每一个流程，确保该项工作的每个环节都准确无误，按照要求及时申报检验检测机构做好锅炉定期检验。除此之外，相关监管部门应积极地向企业做好锅炉水处理的宣传和引导工作，在锅炉安装告知时，监察机构应要求使用单位根据相关规定配备锅炉水处理设备、水处理操作人员、分析仪器以及场地，并督促使用单位正确对待水处理工作。通过内部自查和外部监督的手段，更好地做细锅炉的保养检修工作，进而延长锅炉的使用寿命。

4.3 控制指标的操作方法

目前三门峡地区的锅炉主要以自然循环的低压蒸汽锅炉为主，大多数企业用蒸汽进行供热，对蒸汽品质要求不高，工业锅炉常规化验项目为硬度、碱度、pH。当锅炉水质不符合国家规定的标准时，可以采取以下方法调整。

1)由于全自动软水器占地面积小、出水水质稳定、自动化程度高等优点，三门峡地区在用工业锅炉用户95%以上选择了全自动软水器（钠离子交换器）作为主要水处理设备。在实际的水处理操作当中，锅炉给水硬度超标的原因通常如下：软水器再生周期设定过大，或流量计故障造成的计量不准，使树脂本该再生时未能及时再生，致使超标水注入软水箱；正洗时间偏短，使本应在正洗中被冲掉的废盐水被部分带入软水箱中；盐箱中的氯化钠含量过少，未及时添加，造成树脂再生效果不好，盐的高度至少应达到水高度的1／3；水处理人员操作不当，在某一次树脂再生过程中关闭给水阀；软水器树脂填装高度不规范，填装过高，树脂膨胀空间不足，影响反洗，填装过低，树脂太少，影响制水量。三门峡地区原水硬度较高，因此树脂层应相应增高，高度一般应大于800 mm，同时需配置较大的交换柱[4]。

2）维持锅水pH值和碱度在合理范围内。如碱度过低可向锅内加入氢氧化钠、碳酸钠等碱性药剂，使锅炉炉水pH值达到9.5～11.5，阻止或减缓溶解氧对锅炉金属的腐蚀。碱度过高会发生汽水共腾和碱性腐蚀、锅炉蒸发系统腐蚀，因此可通过加大排污量，根据锅炉的具体情况加入降碱剂如磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等，将锅水碱度降低至10～12。

4.4 给予企业充分的技术指导

三门峡地区中小型企业普遍存在水处理工作盲目性大，缺乏专业的技术指导，这也是造成水处理工作水质不达标的重要原因。因此，检验检测机构可以每年组织1次水处理技术能力提升班，重点培训分析实操和设备实操，确保学员准确掌握水质分析化验、水处理设备的正确操作，保证树脂的再生效果等，尽可能地保证培训质量；除此之外，还可以向企业提供有偿服务，比如配制分析标准溶液、试剂等，这样可以通过与企业的水质化验结果作比对来找到企业水质不达标的原因；在企业水处理操作人员遇到困难时，派出专家或者技术能手提供免费的技术指导和服务，为三门峡地区的锅炉用户水处理能力提升创造更加便利的条件[5]。

5 结束语

锅炉作为一种热能交换设备，在运行过程中，如果锅炉用水的水质不达标，易造成锅炉结垢、腐蚀、炉管变形，缩短锅炉的使用寿命，甚至造成锅炉爆炸，危及人民生命和财产安全，因此水处理工作至关重要，应当引起足够的重视。本文通过对三门峡地区水质的调查，发现该地区部分企业锅炉水处理工作中存在一定的问题，如水处理操作人员素质未达到实际需求，水处理管理制度不完善，缺乏专业的技术指导。针对这些问题提出了改进方法，制定相应的水处理管理制度，强调锅炉水处理的重要性，培养工作人员的责任心和工作能力。同时，水质指标不符合国家标准时应及时分析并查找原因，合理操作保证水质指标正常，相关检验检测机构可以给予企业更多的技术指导，为企业服务，只有多方齐心协力才能有效提升三门峡地区锅炉水处理，延长锅炉的使用寿命，保障企业安全生产，更能带动社会的技术进步与全面发展[6]。