基本介紹
- 中文名：工業鍋爐水處理技術
- 外文名：boiler water conditioning
- 水垢危害：影響熱效率和鍋爐壽命
- 處理方法：調節pH、機械除垢等
- 預防結垢：加入阻垢劑、除氧劑等
- 處理目的：節能、保證鍋爐安全運行等
背景,水處理工作的重要性,結垢,腐蝕,汽水共騰,鍋爐水處理技術現狀,給水加氨調節 pH 值,給水除氧,鍋內水處理,鍋爐水的pH值控制,鍋爐水 pH 值降低的原因,pH值的控制,鍋爐水中鹽和矽含量的控制,鍋爐水除氧,水垢的危害及去除,機械除垢法,化學除垢法,預防受熱面結垢及管道腐蝕的水處理,緩蝕阻垢劑,化學除氧劑,給水降鹼劑,蒸汽冷凝水處理劑,結語,
背景
水，是產生蒸汽的原料，其特殊性使其具有多種用途，在產生蒸汽的過程中因水質的影響會產生諸多問題，因水具有溶解、攜帶固體、液體或氣體的能力，這些物質會影響用水的純度，並影響管線和設備的安全運行，只有對其進行適宜的處理才能滿足使用的條件。鍋爐系統水處理不同階段的處理效果都會影響整個系統的正常運作。對於國內煉化企業普遍使用的 4.0MPa 中壓鍋爐和餘熱汽包，及 10.0MPa 的高壓鍋爐和餘熱汽包，一級和二級除鹽水指標已能控制在 GB/T 12145 的技術水平。但好的預處理並不能確保鍋爐系統安全、平穩和高效運行，後續階段產生的問題，如：給水加氨操作的危險性；鍋水磷酸鹽指標的不穩定控制，爐管腐蝕，排污率偏高，工業鍋爐的排污率每增大 1%，燃料的消耗量就增加 0.3%；
而鍋爐結垢也是鍋爐爆管的主要原因：蒸汽鈉、矽含量超標對用汽設備的不良影響；凝結水鐵、銅材質設備的腐蝕泄漏等問題仍然存在，且困擾著企業的連續生產和在設備選型方面的判斷。
在國家強調“能源開發與節能並舉，把節能放在首位”的今天，企業實行“節能減排”已是大勢所趨。因此，鍋爐水系統不僅要徹底解決傳統處理技術的不足，還要實現鍋爐水系統安全高效、減排節能的新目標。傳統處理技術正面臨一場前所未有的新挑戰，當前我國工業鍋爐能源資源浪費情況十分嚴重，節能潛力很大。因此，採用新型處理技術，使鍋爐設備在最優狀態下工作，對於促進“節能減排”具有十分重要的意義。
水處理工作的重要性
現在，在工業生產中，鍋爐的套用極為廣泛，而水是鍋爐運行的動力源泉,由於水處理工作的不到位,使鍋爐水質達不到國標要求，鍋爐出現嚴重結垢而導致事故發生，讓人追悔莫及。
工業鍋爐水處理的主要工作是去除水中的一些有害雜質，避免在鍋爐工作過程中形成水垢。鍋爐在運行過程中生成的水垢不僅導熱性很差,而且對金屬具有較強的腐蝕性 ,因此水垢對鍋爐運行有著極為不好的影響。另外水質不良時容易導致以下不良現象出現：
結垢
產生水垢，對鍋爐危害極大。
腐蝕
水質不良主要會引起三種腐蝕：氧腐蝕、苛性脆化、垢下腐蝕(鐵腐蝕)。
由於鐵離子被氧化後除了形成低價鐵化合物還會形成含高價鐵的化學物質到水垢中, 因此這種水垢在形成後還會進一步加速垢層下的鐵腐蝕,危害極大。
汽水共騰
當水中的溶解汽水固形物含量過高時就會出現共騰現象。會造成蒸汽嚴重污染以致無法使用，同時會影響水位計工作無法準確顯示鍋爐水位,這樣鍋爐的水位自控系統將無法起作用，危害無法想像。
綜上所述，水處理工作的良好完成是鍋爐的安全運行的保障，是十分重要的。
鍋爐水處理技術現狀
給水加氨調節 pH 值
加氨調節 pH，因原料易得，費用低廉，已在國內使用三十多年，但其不足之處也早已為人所知。通常除氧器出口與加氨後的除鹽水相比 pH 相差很大，且主要以偏低為主。在氨的富集區，容易引起銅合金材料的腐蝕。氨水有很難聞的氣味，使用不方便，操作環境比較惡劣，會對操作人員的建康造成傷害，操作存在嚴重安全隱患。
給水除氧
給水化學除氧是熱力除氧的必要補充，常規化學方法，如：聯氨、乙醛肟等正面臨安全和使用效果的諸多置疑。目前，聯胺因有毒，其作為除氧劑已基本被取消，其它除氧劑與氧反應速度受溫度、pH 和過剩量的影響很大，最重要的是無良好的鈍化效果，即使氧含量小於 5ppb，系統仍有腐蝕現象產生,無法從根本上抑制腐蝕的產生。因此，常規方法不能徹底解決鍋爐系統面臨的氧腐蝕問題。
鍋內水處理
目前中壓鍋爐一般使用磷酸三鈉、高壓鍋爐使用磷酸三鈉，並配合氫氧化鈉、磷酸氫二鈉進行處理，受自身性質的影響，有明顯的處理缺點，人為原因將嚴重影響鍋內水質指標的控制，進而影響處理效果。降低鍋爐的操作效率，中壓鍋爐夾帶現象嚴重，蒸汽品質受到影響，鍋爐排污率難以降低，排污量大，能耗較高。
鍋爐水的pH值控制
鍋爐水 pH 值降低的原因
許多工廠的爐水長期不能達標，很大程度上是由有機酸引起的。鍋爐水的pH值發生不正常變化是由於爐水中的有機物質所引起的。這些有機物有兩個來源，一是原水中的有機物形成了水溶性膠體，通過離子交換沒能去除掉，通過補給水系統直接進入了鍋爐；二是一些樹脂類高分子有機化合物（尤其是磺酸型陽樹脂）以粉末狀進入鍋爐，之後在高溫高壓作用下熱水解而產生了酸性物質，導致爐水pH值降低。樹脂粉末，特別是經高溫、高壓作用下分解生成硫酸，使爐水pH值降低，由此產生腐蝕的危害。
pH值的控制
爐水的pH過高會直接腐蝕管道，過低則會形成水垢，同時也會加速腐蝕。因此需定期測量，中和，最好改進水源。如果水源無法改變，一般採用添加藥物的辦法加以控制。為了防止給水系統的腐蝕，國標要求給水的pH值應控制8.8～9.2範圍內。以前經常用氨體，腐蝕銅合金材料等，因此使用氨水進行調節時含量不得超過1～2mg/L。爐水中的pH值應控制在9以上，一是為了避免對鍋爐鋼材的腐蝕，二是保證磷酸根與鈣離子發生反應，以產生容易排污的水渣；三是為了減少蒸汽中的矽酸攜帶量。再者pH值也不能無限度高，應儘量保持在9～11，一定不能超過12，否則游離NaOH太多則易引起鹼性腐蝕。
鍋爐水中鹽和矽含量的控制
如果爐水中鹽的含量高，就會增加爐水的粘度，水的氣泡難以長大，甚至會產生泡沫層，增加蒸汽中的水分。在高壓條件下，爐水中矽的含量越大，蒸汽的含矽量也就越高，如果含量超標則可能造成SiO2在汽輪機中沉積。因此，鹽（鈉）和矽的含量直接影響到蒸汽的品質。當其含有量控制在一定範圍內時，蒸汽的帶水量也是一定的，如果其含有量超過了一定數值，蒸汽的含水量就會明顯增加，致使蒸汽的品質變差。以含矽量為例，蒸汽對矽酸的溶解性攜帶與爐水中該物質的含量成正比。
因此，為了保證蒸汽的品質，爐水中的鹽和矽的含量都要進行嚴格監督和控制。除矽方法主要是降低給水中矽、鋁和其它氧化物含量，提高爐水pH值，減小矽酸的溶解攜帶。化學除鹽方法中最常用的是陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，在離子交換器中，含鹽水流經過樹脂時，鹽中的陰陽離子分別與樹脂中的陽離子和陰離子發生變換後除去。
鍋爐水除氧
鍋爐給水中的溶解氧也是造成設備腐蝕的原因之一，如腐蝕物進入鍋爐會影響換熱效率，導致爐管故障。在具體工作中，一般都採用高效除氧器來清除補充水中的氧，通常能達到15甚至7ppb以下的水平，在這個條件下鍋爐中殘留的濃縮氧還會繼續造成腐蝕，因此還需要通過化學方法將氧完全除去。化學除氧即在給水中加入化學藥劑除氧，一般是加入聯氨或者亞硫酸鈉，聯氨在鹼性的水溶液中是一種很強的還原劑，它與水中溶解氧的反應式是：
N2H2+O2→N2+2H2O
由以上可見，反應的生產物是N2和2H2O，對熱力系統無損害，但聯氨有易揮發、易爆易燃、致癌等缺點，因此在使用過程中需特別注意。物理除氧法一般是指先將給水用蒸汽加熱至沸騰，把水中的溶解氧脫出。
解吸除氧是利用物理—化學相結合原理將水中溶解氧脫除的方式。其原理是基於亨利定律，將無氧的氣體與含氧水強烈混合，使溶解在水中的氧析出至氣體中去，而使給水達到水質要求。含氧氣體在加熱反應器內反應成無氧的惰性氣體循環使用。解吸除氧器具有占地面積小、設備投資及運行費用少、操作簡便、給水不需加熱、除氧效率高、能適應已運行鍋爐加裝除氧器的要求等優點。
目前值得推廣的一種除氧方法是塊狀海綿鐵除氧法，其具有除氧水質穩定，成本低、環保節能，反洗頻率低，不板結，不粉化，不需更換除氧劑等優點，是其它除氧方式的替代產品，且完全符合國家低壓鍋爐水質《GB1576-96標準》。塊狀海綿鐵除氧劑是用進口富鐵礦直接還原再經活化而成，其工作原理如下：含氧軟化水進入除氧器，通過具有巨大表面積的海綿鐵濾料時，使鐵與水中溶解氧發生化學反應，其反應式如下：
2Fe+2H2O+O2→2Fe（OH）2
由於Fe（OH）2在含氧水中是不穩定的，必將氧化成3價鐵的氧化物，反應式如下：
2Fe（OH）2+H2O+½O2→2Fe（OH）3
Fe（OH）2、Fe（OH）3等為絮狀物，當積累到一定量後需通過反洗將其排出，以恢復海綿鐵初始的除氧能力。
水垢的危害及去除
水垢是種導熱性極差的物質, 僅有鍋爐鋼板的 1%左右的導熱率,鍋爐工作時熱傳導能力大大下降，從而極大影響了鍋爐的熱效率，導致燃料浪費，還可能在運行過程中導致危險，縮短鍋爐壽命。
按其化學成分的不同可分為：碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、矽酸鹽水垢、矽酸鹽水垢、混合水垢幾種，除垢方法主要有機械除垢法和化學除垢法。
機械除垢法
機械法除垢是利用各種機械工具如銑管器等直接將鍋爐壁的水垢剷除，高壓水射流利用水的衝擊力進行除垢，因為其較為簡單因此現在套用較多。機械法除垢容易操作，成本低，但勞動強度大，一些頑固水垢可能無法去除，容易導致鍋爐傳熱面凸凹不平。
化學除垢法
（1）鹼洗法。鹼洗法是根據鍋爐水垢的組成成分，將多種不同的鹼液（鹼含量在 3%左右）注入鍋爐內，保證在一定的壓力下對鹼液進行加熱從而達到除垢的目的。這種方法相比較於酸洗法來說更為簡單，同時所需成本費用也較低，但除垢所需時間更長，效率太低。
（2）酸洗法。酸洗法中採用的酸通常是鹽酸，因為鹽酸相對比較實惠。水垢中的鈣、鎂等碳酸鹽還有氫氧化物能與鹽酸發生化學反應，最後生成氣體或是能夠很好溶解在水中的鹽從而達到除垢的目的。鹽酸在除垢之後還能進一步的將鍋爐內表面的氧化物剝落。
酸洗時除了可以採用鹽酸還能夠採用硝酸、乙酸等。酸洗時需要注意，在進行酸洗之前工作人員需檢測水垢的厚度，根據厚度來選用所使用酸的濃度及用量多少，因為酸除了能對水垢起作用也能與鍋爐自己的表面反應，造成腐蝕，所以不宜過量。但如果在酸洗過程中加入一定量的緩蝕劑就能夠在一定程度上防止酸過量導致鍋爐本身遭腐蝕。
預防受熱面結垢及管道腐蝕的水處理
工業鍋爐的水處理一般分類為鍋外水處理和鍋內水處理，為了防止水垢產生以及水垢加速管道腐蝕，除了在水加入鍋爐前對水進行軟化的這種鍋外水處理方法，還常採用往鍋水中加添加劑的鍋內水處理方法。常用四種化學添加劑如下：
緩蝕阻垢劑
緩蝕阻垢劑是一種在高溫條件下進行複雜的物理化學反應從而有效阻斷水垢產生的混合化學劑，其中含有高效緩蝕劑、滲透劑等成分。對於配備了軟化、除氧設備的中、低壓蒸汽鍋爐,它可以對鍋爐的給水進行深層次的處理。
對於不配備軟化、除氧設備但在較低壓力下運行的一些中、小型鍋爐,也可使用緩蝕阻垢劑直接進行鍋內水處理。
化學除氧劑
化學除氧劑是一種對溶解氧有良好吸收作用的混合化學劑，其中含有氧吸收劑、滲透劑等成分,在有效解決溶解氧對鍋爐的腐蝕問題同時,不會產生危害鍋爐的物質。一般套用在中、小噸位低壓蒸汽鍋爐和熱水鍋爐實現低溫除氧。
給水降鹼劑
給水降鹼劑是一種中和水中鹼性物質從而降低液體鹼度的混合化學劑，其中含有高效緩蝕劑、催化劑、降鹼劑等化學成分,能夠有效降低鍋爐給水的鹼度從而提高鍋爐的煤汽比、水汽比。適用於給水鹼度高而氯根含量較低的低壓蒸汽鍋爐。
蒸汽冷凝水處理劑
蒸汽冷凝水處理劑含有有機表面活性劑、育膜劑，因此具有較強的滲透性,還含有高效緩蝕劑、酸鹼度調節劑從而能調節水的酸性強度，防止對鍋爐的內表面產生腐蝕。一般在各種中、低壓蒸汽鍋爐中套用較多。
結語
鍋爐水垢在影響鍋爐經濟運行的同時，還危害到生產的安全，並會對空氣造成嚴重污染。在清除水垢的同時，還應該預防水垢產生，這樣才能讓鍋爐遠離水垢。在進行鍋爐的水處理工作的同時，應該加強鍋爐水處理的監管力度，還要完善水處理設施，除此之外，培訓充實的水處理隊伍，增強科學理念注用技術優勢也是很重要的。
在鍋爐水處理過程中，最常見的問題主要有腐蝕、結垢/沉積物、鍋水夾帶等，為了控制這些問題，將鍋爐水質控制在正常範圍內，需結合鍋爐的具體情況採用綜合方案加以治理。在日後的工作實踐中還需進一步摸索和總結，以期提高鍋爐運行的穩定性和安全性。
