節能減排視角下鍋爐內加藥水處理方法及應用

陳小國（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院莆田分院 351100)

節能減排視角下鍋爐內加藥水處理方法及應用

陳小國（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院莆田分院 351100)

新時期，科技不斷發展，鍋爐水處理技術也取得了很大進步，人們已能夠通過改進鍋爐水處理方式來避免鍋爐結垢。事實證明，采用鍋外水處理與鍋內加藥水質相結合的方法，能有效減輕和消除鍋爐結垢。

鍋爐水；加藥水處理；方法；節能減排

鍋爐是工業的心臟，水是鍋爐的血液。而鍋爐水處理則是能夠為心臟注入新鮮的血液，是鍋爐能夠在經濟、安全和環保狀態下運行的重要手段。從節能減排角度上看，選擇合適的鍋爐內加藥水處理方法，搞好鍋爐水處理有著非常重要的現實意義。2009年5月初出臺的《特種設備安全監察條例》中，對鍋爐水處理監管等方面內容做了詳細規定，如提倡國家鍋爐水處理行業協會加強行業自律，在水處理設備、藥劑及鍋爐化學清洗等單位自愿的前提下，合理注冊鍋爐水處理設備、樹脂及藥劑，并科學評定鍋爐化學清洗單位的資質，從而不斷改善鍋爐水處理產品及化學清洗質量。這表明，國家已逐步重視對鍋爐水處理的節能減排工作。

一、我國工業鍋爐水處理藥劑現狀

我國工業鍋爐水處理現狀

國內大部分工業鍋爐均已配備軟化設備，有些甚至還配了除氧設備。然而，調查結果顯示，很多軟化設備管理水平不高，運行狀況較差。除氧設備使用率較低，約有85%的鍋爐補給氧含量不合格。在北方部分地區，原水總硬度超過了25mmol/L,而沿海地區則達到80mmol/L。上述兩種情況下，一級軟化根本不能保障鍋爐水的給水硬度合格，從而導致大量腐蝕結垢產生。據統計，超過90%的工業鍋爐都有結垢和腐蝕現象出現，其鍋爐熱效率不斷降低，維修頻率則相應增加。要解決這些問題，我們可通過在鍋內加藥（如除垢劑、緩蝕劑等）來調節水質，從而達到防腐除垢之目的。

二、節能視角下幾種鍋爐水處理鍋內加藥處理方法

鍋內加藥處理是對鍋爐補給水、生成返回水處理及凝結水所做的補充處理。它的作用在于：讓給水帶入鍋爐內的結垢物質和所加藥劑發生反應，從而形成分散的果懸浮顆粒，而后經鍋爐排污排入鍋內，或是將其溶解后留在鍋水中，從而實現防垢的功效。

1.純堿處理法

純堿，俗稱工業碳酸鈉。純堿處理法可使鍋水中和在某種濃度范圍，避免鍋內產生各種形狀不一的水渣，降低鍋爐水的濃度，從而達到防垢的效果。純堿處理通常擁有0.2M pa<壓力<1.3M pa的鍋爐，也可用在火管、臥式三回程快裝等鍋爐中。使用純堿處理法時，如果鍋爐壓力<0.2MPa，可當添加一些氫氧化鈉。

2.磷酸鹽處理法

（1）磷酸鹽處理

通常而言，中、高壓鍋爐可采用磷酸鹽處理法，具體是指在鍋水呈堿性的狀態下，添加一些磷酸鹽溶液，使其磷酸能夠維持在某個濃度范圍內，水中的鈣離子也會和磷酸根發生反應，并形成堿式磷酸鈣，有部分鎂離子還會與鍋水中硅酸根發生作用，并生成蛇紋石。

堿式磷酸鈣與蛇紋石均屬于難溶化合物，在鍋水中會形成分散性水渣，并會在鍋爐排污時被排出鍋爐，不會在受熱面上粘附成二次水垢。

（2）平衡磷酸鹽處理

平衡磷酸鹽處理（簡稱EPT法），其基本原理為：降低鍋水磷酸鹽含量，使其達到與硬度成分反應的最低濃度，從而避免沉淀物產生，該種情況下，PO33-濃度將處于“平衡”狀態。采用平衡磷酸鹽處理法時，還需添加部分NaOH。實際上，“平衡”磷酸鹽處理的基本原理類似于低磷酸鹽處理法，對于鍋爐防垢現行，有較為明顯的控制作用。

（3）混合防垢劑處置法

是根據各類防垢劑所產生的不同效果，將兩類或兩類以上的防垢劑，根據適當配比混合制成，從而起到防垢作用的一類防垢劑。常見的類型有：碳酸鈉—磷酸鈉鹽混合防垢劑、碳酸鈉一栲膠混合防垢劑、磷酸鈉鹽一火堿混合防垢劑、碳酸鈉一胡敏酸鈉混合防垢劑、四鈉((含純堿、燒堿、磷酸鈉及腐鈉))混合防垢劑、三鈉一膠(含碳酸鈉、氫氧化鈉、磷酸鈉及栲膠在內)混合防垢劑。

（4）聚合物處理法

聚合物處理法，主要是采用有機聚合物或同其他藥劑聯合使用，來處理鍋水的一種方法。該法是利用聚合物的分散作用，來減少和避免鍋內水垢沉積。使用較多的聚合物，大體可分為聚丙烯酸、水解聚馬來酸酐、聚甲基丙烯等多種。聚合物處理法既能夠大都使用，同時也可聯合其他水處理法一起使用，聯合處理效果要比其單獨使用的效果更明顯。

（5）螯合劑處理法

上世紀中后期，人們開始采用螯合劑來處理鍋內水。使用較多的螯合劑，大體了分為乙二胺四乙酸（EDTA）和氨基三乙酸（NTA）等。如鍋爐通常以除鹽水作為補給水，在較高的熱負荷情況下，運用螯合劑EDTA對鍋內水進行處理，能避免鐵垢沉積在鍋內，其效果較為明顯。

（6）其他處理方法

全揮發性處理

全揮發性處理（AVT）無需向鍋內加入磷酸鹽等藥劑，而是只需在給水中加入少量氨和聯氨。該方法能有效避免熱力系統金屬材料被腐蝕，避免給水中產生腐蝕產物和沉積物，不該種方法未添加磷酸鹽，因而也不存在磷酸鹽“隱藏”現象。實際中，給水純度較高的超高參數汽包鍋爐與直流鍋爐，更適宜使用該種處理方法。

中性水處理

中性水處理（NWT）是在高純度給水中加入氧化劑，其pH值通常為6.5-7.5，是一種穩定性較好的水處理方法。溶解氧的含量應維持在50-500mg/L之間，實際中多為50-150mg/L。該種方法能在金屬表面產生一層保護膜，從而增強了碳鋼材料的耐蝕性，有效控制了給水含鹽量與鍋爐受熱面的結垢程度。

聯合水處理

聯合水處理（CWT）法，是指向電導率<0.15μS/cm的高純度給水中添加一定含量的氨，從而將無銅系統鍋爐給水的pH值增加到8.0-8.5，或使有銅系統給水的pH值增加到8.7-8.9之間，而后添加少量溶解氧。鍋內水的濃度通常在30-500mg/L（現實中以50-150mg/L為多）。

聯合水處理法與中性處理相比，其共同之處在于，都需加入一定含量的氧，不過，中性處理的pH值不高，如果是有銅系統機組，其在處理過程中，銅管很容易被腐蝕和溶出，這就會給系統帶來污染；聯合水處理使pH值增加了，它不僅能降低碳鋼的腐蝕程度，同時還可減少凝汽器與低壓加熱器中銅合金的腐蝕現象，使加氧處理工藝能夠在有銅系統機組的給水處理中得到充分應用。

氫氧化鈉處理

自鍋爐被發現會發生堿性腐蝕后，人們最擔心的問題則為鍋水中產生了游離NaOH。現實中，很多國家都在采用氫氧化鈉來處理鍋爐水，尤其是在鍋水pH值下降的情況下，該種處理方法更為有效，如果可以有效控制其含量，氫氧化鈉處理法的安全性也會被大大提升。

三、案例分析

本次對某生產企業的5臺鍋爐水質情況做了詳細統計，其結垢超過0.5mm的運行鍋爐有3臺。工業鍋爐以前采用軟化法，也就是將水中硬度(多為水中鈣、鎂離子)去除或降低一定程度的水，并輔之運用鈉離子交換法水處理技術。據實驗數據顯示,這種技術能有效脫除原水中的鈣、鎂、鐵、氯、四氧化硫等離子,原水水質經二級反滲透處理后,硬度、電導率和二氧化硅含量方面均可,通過該種方法，水水質被軟化，結垢問題也有有所減少，但水質并未得到本質上改善，且鍋爐容易結垢，水質較差，清除水垢的難度較大，同時還造成了大量的資源浪費；之后，該生產企業對幾臺鍋爐采用鍋外處理與鍋內加藥處理相結合的方式進行處理。其中兩臺還采用了鈉離子交換處理方法，鍋爐結垢現象明顯減少，清洗鍋爐的頻率也大大降低，3臺結垢鍋爐設備進行處理后，水質已基本合格。從上述資料中我們可看出，采用鍋外水處理與鍋內加藥水處理相結合的方法，能夠有效減輕和消除鍋爐結垢問題，現行東莞市鍋爐的水質合格率也有了逐步提升。

1.鍋內水處理藥劑處置應注意的問題

鍋內添加藥水處置是向鍋爐供水或鍋水里添加一定的藥劑(又稱防垢試劑)，使之同鍋水中的鈣離子、二氧化硅及鎂離子等容易結垢的物質發生物理或化學反應，從而形成形態較為分散的水渣，并通過排污措施將其排放到鍋爐外，或使結垢的離子逐步在爐水中溶解，從而達到預防或降低鍋爐結垢的效果。在實際操作過程中，鍋內水處理藥劑處置應注意下列幾個問題：

（1)空爐給水應投入藥，使水質能達到基本的標準和要求；（2)應盡可能使鍋水指標維持穩定狀態，避免其頻繁變動(添加藥水的間隔時間不應太長)；（3)藥物必須在充分溶解后，才能被投入到鍋爐中，加藥前還應先對鍋爐進行排污；（4)一旦鍋內存在老垢，加藥后的一個月內，就應該將所有的孔蓋打開，通過人工來進行清理，以便后續使用；（5)加藥后，也應做好相應的排污工作，直到停爐檢查時，鍋內不會存在大量垢片脫落或堆積的現象后，才能予以正常使用；（6)應在高水位、低負荷的狀態下對鍋爐定期進行排污；7)應認真觀察鍋爐水的狀況以及加藥產生的效果，如果鍋爐水清，則表示加藥處理效果不佳，反之，如果水變渾濁，則表示除垢效果較為良好。

2.鍋內水處理藥劑的發展方向

工業鍋爐爐內水處理藥劑的發展方向大體為：逐步實現以有機藥劑為主，以無機藥劑為輔的復配藥劑，積極研發用量少、成本低、效率高、適合多種水質狀況、不會產生副作用，且有利于節能環保的高性能藥劑。未來的研究方向為：藥劑的成分配比將逐步由定性轉向定量和機理方面；研究與多種鍋爐水質條件相適應，且分散性較好、緩蝕和螯合功能較為突出的水溶性共聚物；進一步深入和發揮藥劑間的協同效應；深入研究綠色鍋內水處理藥劑，如聚環氧琥珀酸等。

結論

從上述我們對鍋爐內加藥水處理的方法及注意事項中，我們看出，鍋爐水加藥水處理及其監管，是實現節能降耗的一種有效途徑。選擇正確的加藥水處理方法，搞好鍋爐水質處理工作，使鍋爐能在低成本、高效率的狀態下運行，減少起檢修次數及費用，能在經濟和生態方面取得可觀的效益。

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