工业锅炉水（介）质检测及节能方法探讨

唐晖迪，姚 妮，旷运坤，龚育婷，黄秋妹，韦炳聪

（广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530219）

0 引言

注重工业锅炉水质处理问题始终是提升工业锅炉生产安全以及节能环保运行效益的重要举措。如果工业锅炉水质处理工作落实不到位或者相关设备配置不合理，就很容易诱发资源浪费现象。严重时，可能会导致一系列生产污染和安全隐患问题出现。举例而言，如果锅炉水处理作业人员对于锅炉水质检测缺乏规范操作，那么很容易因为检测结果有误导致锅炉设备出现腐蚀或者结垢问题，容易影响锅炉设备安全运行效果。一旦锅炉出现上述质量缺陷问题，很容易会对锅炉热传热性造成不利影响，并相继引发锅炉热效能下降以及受热面过热等风险问题。近些年来，为全面增强工业锅炉安全节能环保运行效能，管理人员针对工业锅炉水处理问题的重视程度逐渐提高。从客观上讲，提高工业锅炉水处理能力在很大程度上可以提高锅炉水处理效率、减少污染物排放量、降低锅炉结垢腐蚀等问题带来的负面影响，同时满足安全节能减排要求。为此，本文在分析工业锅炉水处理检验和节能减排现状，剖析锅炉水处理检验中遇到的常见缺陷和典型案例的基础上，探讨工业锅炉水质检测及节能方法。

1 工业锅炉水处理检验和节能减排现状分析

我国的淡水资源仅占全球的6%，是水资源比较紧缺的国家，水资源节能减排是实现绿色经济可持续发展的重要环节，而工业锅炉系统水介质处理节能减排的现状不理想，主要体现在：给水杂质高、排污率偏高、回收率偏低、除氧率偏低、水处理设备有效运行效率偏低、化学清洗液乱排放等方面[1]。结合以往的水质检验经验来看，部分工业生产企业在锅炉水处理检验方面存在不重视锅炉水处理、锅炉水处理管理混乱、水处理设备效率低下、节能减排落实效果不强等问题。

举例而言，当前大部分锅炉水处理设备并未结合水源实际情况对水处理方式进行合理选择，导致水处理效率低下且浪费资源问题较多。尤其是某些地区采用地下时水金属离子超标问题比较突出，在未采取预处理措施的情况下将携大量铁离子的原水泵入到水处理设备当中，导致钠离子树脂快速“中毒”失效，继而引发水处理设备运行效率低下、再生周期缩短、水资源浪费和化学废液排放污染等一系列问题。

大部分微小型企业未按国家的建议要求配置专门的锅炉水处理作业人员，对于锅炉水介质处理大部分仅仅是应付各类检验检查，并未解决锅炉介质不达标的实际运行问题，在锅内水处理的药剂选择、加药调控比例、参数监测方式和锅炉水介质的管理制度等方面未采用科学合理的方法，不利于保障锅炉水的品质，甚至会引发热源损失和安全隐患等问题。除此之外，管理人员并未对锅炉凝结水、疏水等进行合理回收与科学利用，最终导致能源与水资源浪费问题出现。

2 工业锅炉水处理检验检测实践分析

2.1 日常检验发现的问题

为消除结垢问题对工业锅炉水处理检验效果带来的负面影响，水处理作业人员应该提高对锅炉结垢的重视，当检查中发现水垢厚度超过1 mm时或者受热面锈蚀问题相对严重时，或锅炉排烟温度突然变高或者大幅度下降时，水处理作业人员应即刻开展除垢防腐工作。在结合锅炉垢样类型和企业自身情况合理选择除垢方法，化学清洗前应选择具备正规资质的锅炉清洗机构，同时向具有相应监督检验资质的检验机构提交清洗过程监督检验的申请。若选择锅炉运行除垢，应注意加强锅炉水质化验监督，适当增加化验项目以确保锅炉安全运行的情况下达到除垢的效果。

工业锅炉腐蚀问题基本上可以视为工业锅炉运行过程中常见的质量缺陷问题。从成因上来看，工业锅炉腐蚀问题的发生与锅炉水溶解氧、碱度、pH值调节存在着紧密关系。因此在日常开展锅炉水处理作业工作期间，水处理作业人员应该加强对锅炉水溶解氧、碱度、pH值的重点调控。发现异常时应尽早展开无损检测等活动，避免腐蚀问题进一步扩散，导致锅炉运行安全问题出现[2]在实际检验中发现，采用多种类型药剂进行调节的锅炉水更容易符合工业锅炉水质标准。

使用单位应当结合本单位的实际情况，明确岗位职责，建立健全水（介）质处理管理制度并且严格执行，确保水（介）质的质量符合要求，这是增强工业锅炉水处理检验效果的重要保障。在具体实现过程中，水处理作业人员应该对常规化验分析环节予以高度重视，基础要求化验的项目硬度、碱度、pH值，根据锅炉实际情况增加磷酸根、溶解氧等项目，当水汽质量不符合标准要求时，应当及时查找原因并处理至合格。

2.2 事故调查分析

在注重锅炉定期水介质检验遇到的问题的同时，通过对典型事故案例进行原因分析，总结水处理过程中的经验教训，能够避免类似事故重复发生，提高锅炉水处理运行和管理能力，保障锅炉安全生产。

2018年某药企一燃气锅炉发生停炉后炉内漏水事故，该锅炉在发生渗水前一段时间已存在明显的上汽困难、燃气消耗量上升的情况，锅炉最大出力下降，同等蒸发量下燃气消耗量增加近30%，自投运2年多以来发生过2起爆管事故。经过现场勘查、事故前水质检验报告调查和现场垢样化验结果显示，该锅炉水质长期处于给水硬度超标、锅水加药量不足的情况下运行，且用气量大、负荷高，使用单位没有安排专门的水处理作业人员管理，最终导致锅炉受热面结垢最终危及锅炉的安全运行发生事故。针对上述问题，应采取修复钠离子交换器、调整锅水加药量、配置专门的水处理作业人员对锅炉水汽质量进行管理等措施，以保证锅炉安全节能经济的运行。

2020年某企业高压电站锅炉水冷壁发生爆管事故，于爆管前72 h出现回水“跑碱”现象，即氧化铝工艺车间的碱液漏入了锅炉系统，并在锅水pH值严重超标（pH值10.5～12.5）的情况下持续运行20 h以上，水处理管理人员在“跑碱”发生并发现数据异常超标后并未及时按照水质劣化三级处理要求处理，给锅炉系统埋下了不可逆的隐患。此后两年该锅炉频发爆管事故，且爆管部位多数位于长期碱腐蚀减薄和高热负荷重合区域。针对上述问题，应采取措施对锅炉进行较温和的化学清洗以降低跑碱遗留缺陷，并做好水质异常的应急预案，加强回水水质监控，以确保锅炉汽水质量满足规范要求。

通过典型案例分析可见，锅炉水处理应当予以足够重视并纳入锅炉安全运行管理制度中；日常水质化验监测应为水质调节起到指导作用，在不符合标准范围时及时找出原因并调整；出现锅炉结垢的情况应及时处理，经过垢样分析后运用适当的方法进行除垢。

2.3 实验研究

在水介质检验检测的实践中仍存在许多尚需进一步明确和探讨的问题，为找出并解决诸多未知细节和边界问题，还需要做大量的基础实验研究，为检验检测的方法标准优化提供理论支撑。

首先是锅炉水药剂调节量的探究，目前大部分工业锅炉的锅水加药量均凭借“经验值”确定，尚未形成广泛适用的通用方法或标准以指导实践，是锅内水处理调节方法的一大空缺。针对上述问题，可通过蒸馏实验从硬度、药剂、试验时间三个维度来进行模拟试验，利用高密度点位数据进行曲线拟合，最后在锅炉中进行验证，从而提出锅炉药剂调节的指导建议。

其次为模拟锅炉内部化学反应情况，通过腐蚀指示片实验，对处于工业锅炉水质标准值临界点的试片腐蚀程度进行分析，分别在不同酸碱度、不同腐蚀时间的工况下，对试片的腐蚀量和腐蚀速率进行对比测试，获得腐蚀速率曲线，分析锅炉水侧腐蚀的相关因素及其影响程度，从而为锅炉水介质检验结果判定和处理意见提供更有力的数据支撑，能更好地把握锅炉安全运行控制范围。

2.4 新技术研究

目前，常规检测手段仍存在检测步骤复杂、数据精准度不高等局限性，为提高水介质检测能力水平，拓展检验检测范围，可引进相关新技术、新工艺、新设备作为解决途径。

在日常进行溶解固形物测定，运用传统的重量法时，操作繁杂、耗时长、效率低，目前已很少采用；固导比法测定简单、快捷，但固导比系数不易准确测定，常导致溶固物测定误差很大[3]。现采用智能烘干恒重自动称量系统测量溶解固形物，将大幅减少操作繁杂的步骤，同时可解决方法标准要求的反复恒重导致效率低下和系统误差等问题，智能恒重系统一次可同时烘干数十个样品，可有效提高检测效率和数据准确度。

随着水处理设备技术的不断进步，大型企业对水质问题管控的重视逐步提高，将对痕量元素的检测分析能力提出更高要求。针对电厂锅炉水汽质量，采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对其进行金属离子痕量分析，在分析能力上，ICP-MS可取代传统的电感耦合等离子体光谱（ICP-AES）、石墨炉原子吸收光谱（GF-AAS）、火焰原子吸收光谱（F-AAS）等分析技术。与传统无机分析技术相比，ICP-MS技术具有更低的检出限、更宽的动态线性范围、更高的分析精密度和分析速度等优点，并可提供精确同位素信息。运用该项技术将进一步满足企业对于水汽质量的精准调控要求，为特种工业设备安全与技术深化提供有力的支持。

3 工业锅炉水处理节能建议

随着人们绿色发展意识的提高，尽量减少水处理过程中产生的各类污染，不用或少用化学药品已成为工业发展的必然趋势。随着水资源可持续发展战略的深化，作为耗水占比最大的工业生产，如何正确合理地利用水资源，提高水的重复利用率已成为工业水处理工作的紧迫任务[4]。

3.1 正确选择水处理方式

各锅炉使用单位的实际情况存在很大差异，必须按照锅炉使用参数和原水水质情况，选择最适合自身的锅炉水处理方法。这对于后期水质达标和降低经济成本尤为关键，也是确保锅炉高效安全运行的重要前提[4]。对于锅炉参数较低、负荷不高的工业锅炉，如额定蒸发量≤4.0 t/h且额定蒸汽压力≤1.0 MPa的锅炉，当给水硬度不大于4 mmol/L，生产工艺对蒸汽质量要求不高时，建议使用单纯锅内水处理的方式处理，根据水质特点选择单一药剂或多种混合药剂；对于一些生产地区较为特殊的高硬度水质情况，可选择在软化处理之前增加石灰澄清池、机械过滤等预处理步骤，以降低杂志过多的水质进入树脂软化器降低其使用寿命；采用软化与锅内加药联合处理的锅炉，当其他项目指标符合标准时，锅水加药量可以适当减少使锅水碱度建议保持在标准范围的低值即可。

3.2 提高水处理作业人员的专业能力

锅炉使用单位应配置专业的水处理作业人员监督管理锅炉水汽质量，有条件的单位应定期对水处理作业人员进行专业的技术培训和指导，帮助作业人员提高锅炉水介质管理、现场预判、检测化验、应急处理、问题诊断等综合技术能力。新型绿色工业转型发展对专业的水处理作业人员不断提出更高要求，水处理技术人员不仅要满足能调节锅炉水质指标合格的基本能力，还要在此基础上以节能环保为目标进一步降低锅炉能耗和对环境的污染。加强水处理管理的监管力度，培训更多水处理专业技术人才，合理利用科学方法解决问题是提升水处理管理能力的重要手段[5]。

3.3 水处理系统节能管理

通过锅炉水质日常化验监测数据和锅内添加药剂的特性，在水质数据达标的前提下可适当降低磷酸盐类药剂的添加，降低化学药剂成本，减少工业磷酸盐废水对环境水体的污染危害，避免磷酸盐添加不当导致的磷酸铁沉积物对锅炉产生的不良影响。

如何通过利用科学合理的排污方式，加强对排污量和频次的控制管理，一直是大部分锅炉水处理急需解决的问题。为保证在水质达标且不影响蒸汽品质的条件下实现锅水利用率最大化，可以尝试结合锅水的溶解固形物数据和给水、锅水氯离子浓度计算得出的排污率数据作为参考，并根据锅炉的具体运行情况，灵活地调节排污量和频次，从而降低锅炉的热能损失，同时减少水资源的浪费。若排污量较大且排污频率较高的单位，建议配备排污扩容装置和换热器等设备，从而有效回收污水含有的热能，以达到节能减排的目的[6]。

冷凝水作为锅炉给水回收利用的最佳资源，在回收利用过程中，可通过利用闭式和开式系统类型实现高效回收利用过程。但是需要注意的是开式系统虽然相对简单且经济，但是冷凝水回收时应经过精处理装置，并经检测合格后方可回收利用，避免将杂质引入系统造成安全隐患。

4 结语

为积极响应国家工业绿色发展规划要求，深化传统工业向节能环保绿色企业转型，助力我国工业锅炉节能生产效果达到预期，建议在今后的发展过程中，企业锅炉管理人员应继续加强对工业锅炉水介质管理以及节能环保方面的重视程度。在具体实现过程中，应该严格按照锅炉的安全技术规程和工业锅炉水质标准要求，根据企业自身制定出完善的锅炉水介质处理管理制度和节能管理制度，重点针对工业锅炉水处理检测所涉及的技术、工艺以及节能环保方法进行积极落实，明确锅炉水介质定期检测的频次、项目和合格标准并且做好定期自行检查记录，当水汽质量不符合标准要求时，应当及时查找原因并处理至合格做好水质异常记录。在此期间，企业管理人员以及水处理作业人员应该深刻意识到锅炉水节能处理的重要性，进一步加强对锅炉水介质管理、检测和节能工作的实践开展。