鍋爐水處理技術的應用與問題分析

霍宏偉

(太原熱力公司，山西太原 030001)

1 概述

鍋爐是熱力設備的一種，它對能源的消耗占有很大的比重，而鍋爐用水作為傳熱介質，其所用水源水質的好壞對鍋爐能否經濟安全運行起著至關重要的作用。目前在鍋爐的運行中，由于鍋爐用水水質不良，受熱面結垢的現象比較普遍，從而降低鍋爐熱效率，造成鍋爐、管道的腐蝕，據有關專家研究結果顯示:當鍋爐結生1 mm水垢時，增加燃料消耗10%，水垢達到3 mm時，燃料消耗增加大約25%，鍋爐結垢嚴重時可能會造成熔孔或爆管，直接影響鍋爐的運行。鍋爐水處理是保證鍋爐安全經濟運行的一個重要環節，是貫徹執行水質標準，使鍋爐無垢無腐，延長其使用壽命的有力手段，因此加強水處理工作具有十分重要的意義。

2 水質對鍋爐的影響

2.1 水垢和泥渣

溶于水中的鹽類，積累到一定程度，會從水中析出，沉積在容器壁上，形成水垢，爐水不斷蒸發濃縮，某些難溶性鹽的離子濃度乘積大于在該溫度下的溶度積，就會以沉淀的形式析出，沉積在鍋筒及管壁等傳熱面上形成一層泥石狀的硬殼，叫水垢;形成疏松的懸浮物，沉積在鍋底或下聯箱底部，形成泥渣，可以通過排污的方法排出。在淡水中，溶解的重碳酸鹽 Ca(HCO3)2，Mg (HCO3)2最不穩定，很容易分解形成沉淀物CaCO3;Mg(OH)2，MgCO3形成泥渣，CaCO3在水的堿性較弱、水不沸騰時形成水垢，在沸騰狀態或堿性較強時則形成泥渣，能形成堅實的水垢。在處理鍋爐水垢時CaSO4和CaSiO3是主要的防垢對象。另外，CaCO3形成水垢時有菱形和方解石兩種晶體結構，方解石晶體結構容易形成泥渣，文石型晶體結構形成水垢。形成什么晶體結構，取決于溫度、壓力等條件。水垢為不良導體，會使得鍋爐傳熱受阻，由于水垢不均勻附在鍋壁及水管壁上，將會造成鍋爐局部過熱，從而導致管子鼓泡，燒彎或燒裂，爐膽及燃燒室燒塌等現象。

2.2 水對鍋爐爐壁的腐蝕

爐水對鍋爐的腐蝕屬于電化學腐蝕，主要形式有兩種，即吸氧腐蝕和析氫腐蝕，吸氧腐蝕與水中溶解氧的濃度有關，而析氫腐蝕與水的酸堿度(pH值)有關。1)吸氧腐蝕。水中溶解氧是造成水系統金屬腐蝕的主要因素，這種腐蝕不是在金屬表面均勻進行，而是局部性的腐蝕，這種局部性的腐蝕也是造成金屬最危險的破壞形式之一。試驗研究證明，腐蝕率與水中含氧量之間幾乎是呈線性關系，當溫度小于70℃時，溫度越高腐蝕率越大;當溫度大于70℃時，水中的溶解氧量減少，腐蝕率會呈現下降的趨勢。2)酸腐蝕。CO2溶于水中會增加H+，即:CO2+H2O?H2CO3?H++HCO－，H+為陰極極化劑，發生析氫腐蝕:2H++2e=H2↑。析氫腐蝕與水的pH值有關:鐵的腐蝕速度在pH＜4時迅速增加，在pH=10～12時腐蝕很小，所以只要把爐水pH值控制在10～12之間，就可以防止析氫腐蝕。CO2腐蝕會使得金屬均勻變薄，因此析氫腐蝕沒有吸氧腐蝕危害性大。但是如果大量的腐蝕產物產生，就能促進水垢的形成，會進一步促進沉積物下的氧腐蝕。

3 常用的鍋爐水處理方法

1)物理法。如永磁和電磁軟水器、高頻水改器等都屬于物理法。它們的優點是體積小、結構簡單、運行費用低、容易檢修等。應用在熱水采暖系統上有很好的防垢、除垢效果，但因鍋爐結構的不同和給水流速、水質等因素的影響，使得鍋爐防垢不能得到徹底保證。

2)化學法。化學軟化法是指在軟化水過程中發生化學反應生成新的物質。有爐內加藥法和爐外軟化法兩種。a.爐內加藥法。爐內加藥法即向爐內加化學藥劑，改變沉渣的結構，防止或減少硬垢的生成，目前應用廣泛的方法是加入定量的磷酸三鈉、純堿和含有單寧的有機物質。爐內加藥可以防垢、老垢脫落、防腐蝕等，經過多年運行后發現，系統的管網和散熱器有堵塞結垢的現象，此外，爐內加藥水處理雖然減輕了水垢的形成，但是還不能防止結垢，必須定期清理鍋爐，因此會影響鍋爐的連續運行。b.爐外軟化法。目前應用最多的是離子交換法，這種方法使用鈉離子作為交換劑，當被處理的水流過裝有交換劑的過濾器時，Ca2+和Mg2+離子被置換，并存留在交換劑中，使水得到軟化，處理后的水可獲得可靠的軟化效果，在熱水采暖鍋爐中得到廣泛的采用。因此著重介紹離子交換法鍋爐水處理技術。離子交換法原理。水中含有的Ca2+，Mg2+鹽類，為防止鍋爐受熱金屬面產生水垢，須將水中的Ca2+，Mg2+用其他不形成水垢的陽離子(Na+，H+)來置換，使水得到軟化。即當原水經過Na+離子交換劑(強酸性陽離子交換樹脂R吸附Na+制備)層時，水中的Ca2+，Mg2+等陽離子與交換劑中的Na+進行交換而被樹脂吸附，使水得到軟化。經過Na+交換后的軟化水含鹽量有所提高。鍋爐運行過程中水堿度過高會影響蒸汽品質，鍋水中較高濃度的游離NaOH會使金屬發生堿腐蝕。所以，對鍋外化學水處理的鍋爐要控制鍋水的pH值和堿度。為了使鍋水雜質濃度減少到指標范圍以內，防止由于鍋水的濃縮引起的上述問題防止排污設備堵死，都需要進行排污操作。隨著反應的不斷進行，交換劑中的Na+大部分被置換出來，出水中就含有Ca2+，Mg2+(即出現了硬度)，當硬度值達到一定范圍時，出水就不符合鍋爐給水標準，說明交換劑已經失效，此時就要對交換劑進行再生，恢復其軟化能力，再生劑是食鹽(NaCl)。再生過程中，含有大量Na+的氯化鈉濃溶液通過失效的樹脂層，將樹脂所吸附的Ca2+，Mg2+強行置換出來，而Na+被樹脂吸附，使離子交換樹脂恢復交換能力，其反應式如下:2Na++ CaR2→Ca2++2NaR;2Na++MgR2→Mg2++2NaR。離子交換法在爐水處理中存在的問題。離子交換法效果很好，但它不符合循環經濟和生態保護的要求。其中一個重要原因是:它產生的再生廢液必須排放。再生廢液的問題比較嚴重，它會使淡水咸化，因此這個方法已經受到部分發達國家的政策限制。為了保護人類賴以生存的環境，研究開發無污染的綠色鍋爐水處理技術勢在必行。

4 展望

水處理的發展隨水處理科學技術的進步也得以不斷提高，由過去的石灰沉淀軟化法，發展到離子交換處理法、電滲析以及反滲透等膜技術。綜合采用各種水處理技術，可大大降低鍋爐結垢速度，從而提高熱能利用率，通過采用適當的技術可以減少鍋爐水處理污染物排放，從而實現鍋爐的綠色環保運行。

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