工業(yè)鍋爐是高耗能特種設(shè)備之一，數(shù)量約占我國(guó)鍋爐總量的96％以上。本文分析了目前我國(guó)工業(yè)鍋爐水處理的現(xiàn)狀，重點(diǎn)論述了給水、排污、冷凝水回收利用和除氧等對(duì)鍋爐節(jié)能降耗的影響，并分別提出了具體的對(duì)策。
工業(yè)鍋爐水處理既關(guān)系到鍋爐的安全運(yùn)行，也關(guān)系到鍋爐的節(jié)能降耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前有各類工業(yè)和生活用工業(yè)鍋爐約55萬(wàn)臺(tái)，每年消耗燃煤近6億噸。做好工業(yè)鍋爐水處理節(jié)能工作，對(duì)提高鍋爐熱效率，促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗具有重要作用。本文主要分析工業(yè)鍋爐水處理節(jié)能降耗技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，并提出如何推廣先進(jìn)的水處理節(jié)能技術(shù)的對(duì)策和措施，為廣大工業(yè)鍋爐使用單位推動(dòng)水處理節(jié)能提供技術(shù)指導(dǎo)。
一、工業(yè)鍋爐水處理節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀
1．給水雜質(zhì)含量較高，鍋爐結(jié)垢問(wèn)題普遍存在
當(dāng)前我國(guó)約90％的工業(yè)鍋爐采用一級(jí)軟化處理的水作為補(bǔ)給水。軟化水只除去了水中的硬度雜質(zhì)，沒(méi)有除去水中的陰離子雜質(zhì)和溶解氧，是一種不純凈的水。工業(yè)鍋爐水質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中只要求給水硬度小于等于O．03mmol／L就合格，這種水也含有一定量的殘余硬度的。一些單位由于水處理作業(yè)人員配備率低，設(shè)備運(yùn)行管理水平差等原因，水處理設(shè)備長(zhǎng)期處于失效運(yùn)行狀態(tài)。以上兩方面導(dǎo)致工業(yè)鍋爐結(jié)垢腐蝕率很高。沿海地區(qū)每年的枯水期(一般每年持續(xù)3～4個(gè)月)發(fā)生海水倒灌和高硬度、高堿度水地區(qū)，一級(jí)軟化器出水無(wú)法除去全部硬度，也造成鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重。用軟化水作補(bǔ)給水的鍋爐沒(méi)有辦法完全避免結(jié)垢。
水垢平均厚度達(dá)到1.5mm，鍋爐效率平均會(huì)降低5％。鍋爐工作壓力越高，水垢的導(dǎo)熱率越低，水垢越厚，燃料浪費(fèi)越大。少數(shù)單位采用反滲透出水作鍋爐補(bǔ)給水，這本身相對(duì)于軟化水做補(bǔ)給水在降低鍋爐結(jié)垢方面是一個(gè)很大改進(jìn)。但由于這些單位缺少熟悉反滲透裝置運(yùn)行的技術(shù)人員，日常維護(hù)管理較差，造成反滲透運(yùn)行一段時(shí)間后膜結(jié)垢、堵塞嚴(yán)重，脫鹽率下降很快，經(jīng)常出現(xiàn)反滲透出水水硬度超標(biāo)現(xiàn)象。
由于一半以上的小容量鍋爐沒(méi)有采取給水除氧措施，鍋爐運(yùn)行過(guò)程也未添加化學(xué)除氧劑，鍋爐運(yùn)行氧腐蝕嚴(yán)重。而且大部分單位不重視停爐保護(hù)，停爐腐蝕也十分普遍。運(yùn)行氧腐蝕和停爐腐蝕的產(chǎn)物都是會(huì)沉積在受熱面的導(dǎo)熱率低的鐵氧化物。
有的工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水進(jìn)行沉淀處理時(shí)，常用偏硅酸鈉作為助凝劑，這樣就向補(bǔ)給水中引入了二氧化硅，使得受熱面結(jié)生硅垢。
目前還有些單位單純使用物理水處理設(shè)備(電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)或所謂的納米處理)而盲目取消了鍋外水處理設(shè)備，造成鍋爐結(jié)垢速率很快。
2.鍋爐排污率高，熱量浪費(fèi)嚴(yán)
排污是保證鍋水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，保證蒸汽品質(zhì)的途徑之一。用軟化
水作補(bǔ)給水的工業(yè)鍋爐鍋水的溶解固形物量含量都很高，有的甚至
超標(biāo)。使用單位為了保證鍋水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，就都通過(guò)提高排污率來(lái)降低
雜質(zhì)濃縮倍率。目前絕大部分工業(yè)鍋爐沒(méi)有安裝排污水熱量回收裝
置，排污更未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，排污比較盲目、機(jī)械，隨意性較大，造
成熱量的極大浪費(fèi)。很多鍋爐排污率在10％～15％之間，有的甚至達(dá)到30％，高鹽堿地區(qū)的沿海地區(qū)枯水期因特殊的水質(zhì)排污率有時(shí)更高。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般控制標(biāo)準(zhǔn)的5％～10％。有資料表明，排污率每升高1％，鍋爐熱損失約增加1.2％～1.3％。鍋爐排污率升高，鍋爐熱效率降低。鍋爐排污會(huì)造成水損失、熱損失，同時(shí)還因向環(huán)境排放熱水而造成了熱污染。
3．冷凝水未回收或因污染嚴(yán)重?zé)o法回收利用
鍋爐冷凝水所具有的熱量可達(dá)蒸汽全熱量的20％～30％。回收冷凝水的熱量并加以利用，既提高鍋爐給水溫度，也可減少鍋爐補(bǔ)給水量，是提高鍋爐的熱效率有效途徑。目前，工業(yè)鍋爐冷凝水很多沒(méi)有采取回收，主要有以下三個(gè)原因：一是鍋爐設(shè)計(jì)安裝時(shí)沒(méi)有考慮冷凝水回收；二是企業(yè)因冷凝水回收裝置一次性投資較大，企業(yè)不愿意安裝；三是一些企業(yè)有回收裝置，但凝結(jié)水雜質(zhì)多因沒(méi)有采取相應(yīng)的水處理措施，冷凝水不合格而無(wú)法回收利用。軟化水作補(bǔ)給水的鍋爐冷凝水因含有C02而導(dǎo)致pH值偏低，回水系統(tǒng)C02的腐蝕嚴(yán)重，冷凝水含鐵量高，水發(fā)紅發(fā)渾，這種水若進(jìn)入鍋爐不僅會(huì)導(dǎo)致受熱面結(jié)生鐵垢，而且會(huì)引發(fā)受熱面爐管電化學(xué)腐蝕，不進(jìn)行凈化是不能回收利用的?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有的冷凝水鐵含量高達(dá)3.4mg／L。有的冷凝水回收系統(tǒng)存在疏水器失靈，漏汽量過(guò)大的問(wèn)題。
4．熱力除氧效率偏低
容量較大的工業(yè)鍋爐普遍使用熱力除氧器熱力除氧器。它存在以下問(wèn)題，一是需要耗費(fèi)大量蒸汽，使鍋爐有效利用熱量減少。二是鍋爐給水溫度提高使省煤器平均水溫增高，省煤器傳熱溫差減少，排煙溫度增高，排煙熱損失加大。有時(shí)熱力除氧器補(bǔ)水量較大或運(yùn)行管理不到位時(shí)，除氧器除氧溫度達(dá)不到要求，除氧效果較差，一般除氧溫度每降低10C，出水氧濃度會(huì)增加0.1 mg/L。據(jù)調(diào)查，80％的工業(yè)鍋爐安裝的熱力除氧器都不同程度存在以上問(wèn)題。
5．補(bǔ)給水水處理設(shè)備再生劑比耗高
補(bǔ)給水處理設(shè)備運(yùn)行管理水平偏低，運(yùn)行周期短，再生劑比耗偏高，排污水量大是目前比較普遍的問(wèn)題。再生劑比耗高不僅浪費(fèi)再生劑，而且因再生廢液的過(guò)量排放造成環(huán)境的污染。當(dāng)前我國(guó)普遍使
用的鈉離子交換器其鹽耗一般在250g/mol～500g/mol。既每置換出水中20g鈣離子或12g鎂離子，就需要使用250g～500g食鹽。由于鈉離子交換器的使用，使地下水不斷地遭受食鹽的污染，導(dǎo)致地下水中鈉離子的含量逐年上升。醫(yī)學(xué)上已經(jīng)證明人過(guò)量攝入鹽會(huì)導(dǎo)致人患高血、心臟病及患癌癥的機(jī)率增加。離子交換除鹽系統(tǒng)中廢液和廢水的量很大，一般約相當(dāng)于其處理水量的10％。交換器再生后正洗用水的量一般對(duì)于H型樹(shù)脂，約為其樹(shù)脂體積的7倍；強(qiáng)堿性OH型樹(shù)脂約為其體積的10倍；弱堿性OH型樹(shù)脂的正洗水量更大。清洗水常采用的是純水或是該交換器的前一級(jí)交換裝置的出水，鹽耗或比耗高，進(jìn)而會(huì)造成再生用水量大。目前這些水基本上再生用水沒(méi)有回收，導(dǎo)致用水浪費(fèi)嚴(yán)重。降低所用再生劑的比耗，是提高離子交換除鹽經(jīng)濟(jì)性的主要措施。
二、工業(yè)鍋爐水處理節(jié)能對(duì)策
1．改進(jìn)鍋爐水處理方式
隨著科技的發(fā)展和水質(zhì)純化技術(shù)的進(jìn)步，把工業(yè)鍋爐傳統(tǒng)水處理方式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化的條件已經(jīng)具備。實(shí)踐證明，采用良好的鍋外水處理輔以鍋內(nèi)加藥水質(zhì)調(diào)節(jié)是防止工業(yè)鍋爐結(jié)垢的最佳方式。
工業(yè)鍋爐的補(bǔ)給水率一般都超過(guò)50％，因此水處理工藝及補(bǔ)充水質(zhì)量直接影響鍋爐結(jié)垢傾向。鍋爐補(bǔ)給水處理方面，當(dāng)原水總硬度大于6.5mmol/L，一級(jí)軟化器出水達(dá)不到要求時(shí)，可采用兩級(jí)串聯(lián)的鈉離子交換系統(tǒng)。原水碳酸鹽硬度較高時(shí)，可采用弱酸陽(yáng)離子交換系統(tǒng)或不足量酸再生氫離子交換劑的氫鈉離子串聯(lián)系統(tǒng)處理。氫離子交換器應(yīng)采用固定床順流再生，出水應(yīng)經(jīng)除碳器脫氣。這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行控制相對(duì)復(fù)雜。
用軟化加反滲透代替?zhèn)鹘y(tǒng)的軟化或單純鍋內(nèi)加藥被認(rèn)為是最佳的工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水處理方式。反滲透制水技術(shù)成熟，脫鹽率高，自動(dòng)化程度高，投資成本也較低。采用這種方式鍋爐補(bǔ)給水質(zhì)量大大提高，可極大降低鍋爐的結(jié)垢速率和排污率，提高了蒸汽品質(zhì)。但反滲透設(shè)備日常運(yùn)行、維護(hù)要求相對(duì)較高。高鹽堿地區(qū)和沿海地區(qū)鍋爐采用這種方式可有效解決目前的一級(jí)軟化處理存在的不足。反滲透系統(tǒng)脫鹽率下降時(shí)要對(duì)膜進(jìn)行清洗除污垢；較長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)行時(shí)要對(duì)膜采取保養(yǎng)措施。采用這種水處理方式時(shí)，運(yùn)行階段鍋水不用控制堿度指標(biāo)，只控制pH即可，控制鍋爐結(jié)垢速率<0.1 mm/a。和單純軟化方式相比，這種方式可平均提高鍋爐效率1％～2％。
鍋內(nèi)水質(zhì)調(diào)節(jié)方面應(yīng)采用定期的加藥方式。添加有機(jī)的阻垢緩蝕劑還可降低泄漏進(jìn)入鍋爐內(nèi)少量的成垢雜質(zhì)和殘余硬度，運(yùn)行清除部分爐管表面沉積物，而且不會(huì)增加鍋水的溶解固形物。工業(yè)鍋爐用緩蝕阻垢劑的性能應(yīng)符合阻垢率≥85％、緩蝕率≥98％的要求。
在排污控制方面，應(yīng)安裝鍋爐自動(dòng)排污裝置合理控制鍋爐排污率。以軟化水為補(bǔ)給水或單純采用鍋內(nèi)加藥處理的鍋爐的正常排污率應(yīng)控制在5％～10％；以除鹽水(或純水)為補(bǔ)給水的鍋爐的正常排污率不超過(guò)2％。
2.對(duì)冷凝水采用凈化回收
冷凝水的最佳回收利用方式是作為鍋爐給水。冷凝水回收系統(tǒng)分為開(kāi)式和閉式兩種。開(kāi)式系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資少，但由于內(nèi)部有腐蝕性氣體和雜質(zhì)，水溫下降幅度較大，已基本被閉式代替。目前的新型閉式冷凝水回收技術(shù)利用噴射泵的增壓原理，解決了水泵的汽蝕問(wèn)題，而且增加了凈化的措施，回收效率很高，節(jié)能率在10％左右。工業(yè)鍋爐冷凝水雜質(zhì)主要以磁性氧化鐵(Fe3O4)為主，因此凈化裝置主要是除鐵過(guò)濾器，常用的有管式過(guò)濾器、覆蓋過(guò)濾器和電磁過(guò)濾器。凝結(jié)水溫過(guò)高的，可采用加鈉型苯乙烯一二乙烯苯陽(yáng)樹(shù)脂的過(guò)濾器來(lái)除鐵，其最高使用溫度可達(dá)到150 0C。
無(wú)法安裝凈化裝置或安裝經(jīng)濟(jì)性不高的鍋爐可以采用加藥與一般回收系統(tǒng)相結(jié)合方式。在凝結(jié)回水系統(tǒng)或鍋爐分汽缸通過(guò)加成膜胺或揮發(fā)性氨來(lái)防止回水系統(tǒng)腐蝕的發(fā)生，減少水中鐵雜質(zhì)。
3．定期對(duì)鍋爐除垢
保持鍋爐受熱面清潔是確保鍋爐高熱效率的前提之一。對(duì)于工業(yè)鍋爐，當(dāng)水垢厚度達(dá)到1mm及以上或受熱面嚴(yán)重銹蝕時(shí)，應(yīng)進(jìn)行除垢。直流和貫流鍋爐出現(xiàn)排煙溫度升高或出力下降時(shí)應(yīng)進(jìn)行除垢。工業(yè)鍋爐清除受熱面1mm的水垢可提高鍋爐效率3％～5％。工業(yè)鍋爐除垢的方式有酸洗除垢、堿煮除垢和運(yùn)行除垢三種方式，其中酸洗除垢的效果最好。堿煮除垢等因水垢類型的不同而異，堿煮完畢還要及時(shí)清除鍋內(nèi)脫落的水垢，以防止因脫落的水垢堵塞或淤積在受熱面而發(fā)生過(guò)熱燒損。運(yùn)行除垢可以避免停機(jī)的麻煩，但時(shí)間較長(zhǎng)，成本和運(yùn)行控制要求相對(duì)較高。運(yùn)行除垢時(shí)，鍋水水質(zhì)必須要符合GB/T 1576的規(guī)定，而且要科學(xué)控制加藥量、排污率和鍋爐負(fù)荷，防止除垢藥劑被蒸汽攜帶而影響蒸汽質(zhì)量。
一般情況下，工業(yè)鍋爐除垢采用堿煮加酸洗的方式或直接酸洗。酸洗除垢要制定合適的程序和工藝才能確保最大的除垢率和最小的腐蝕速度。
4．優(yōu)化鍋爐除氧方式
鍋爐房總蒸發(fā)量大于等于10t/h的鍋爐采用真空除氧技術(shù)代替熱力除氧。真空除氧是一種節(jié)能型除氧方法，最突出的特點(diǎn)就是除氧水的溫度與鍋爐給水溫度(20 0C～60 0C)相匹配，還可以解決低位安裝問(wèn)題。真空除氧器維持在8kpa時(shí)，給水溫度達(dá)到60 0C就能達(dá)到除氧目的，既節(jié)約蒸汽，又減少排煙損失。同大氣式熱力除氧相比它更能發(fā)揮鍋爐省煤器的作用，降低排煙溫度，提高鍋爐效率。對(duì)于蒸發(fā)量小或采用機(jī)械除氧有難度的鍋爐房，在給水系統(tǒng)或鍋內(nèi)添加高效化學(xué)除氧劑是一種有效、經(jīng)濟(jì)的除氧方式。除氧劑的添加應(yīng)采用密閉加藥系統(tǒng)和加藥泵，這樣可降低或消除氧腐蝕而引發(fā)的爐管損壞和腐蝕產(chǎn)物的生成。
5．合理控制再生比耗，回收利用制水過(guò)程廢水(液)
水處理設(shè)備再生過(guò)程的再生劑比耗必須控制在規(guī)定的范圍。同時(shí)加強(qiáng)水處理設(shè)備運(yùn)行管理，保證水處理設(shè)備正常的運(yùn)行周期。水處理設(shè)備再生過(guò)程產(chǎn)生的清洗水回收可以送回運(yùn)行系統(tǒng)，經(jīng)分析后根據(jù)實(shí)際情況，可以作為某一交換器的進(jìn)水；也可以將其收集起來(lái)，作為下次再生時(shí)的反洗用水，或作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水、沖灰水等。
工業(yè)鍋爐水處理節(jié)能降耗是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)從鍋外補(bǔ)給水處理系統(tǒng)選擇、鍋內(nèi)輔助加藥、水處理設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水垢預(yù)防與清除等各個(gè)方面綜合考慮。而且要同鍋爐的節(jié)能改造相配合，應(yīng)根據(jù)工業(yè)鍋爐的實(shí)際情況，認(rèn)真分析節(jié)能潛力來(lái)確定最佳的節(jié)能對(duì)策措施，這樣才能實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果。
(作者單位：廣州市特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院)