工業鍋爐水處理對其能效的影響及其基于水處理的能效改進措施研究

羅 虎

（寧夏鍋爐壓力容器檢驗所 固原所，寧夏 固原756100）

0 引言

工業鍋爐水處理既關系到鍋爐的安全運行，也關系到鍋爐的節能降耗。據統計，我國目前有各類工業和生活用鍋爐約55萬臺，每年消耗燃煤達數億噸。做好工業鍋爐水處理節能工作，對提高鍋爐熱效率，促進企業節能降耗具有重要作用。

1 鍋爐水處理問題

1.1 形成水垢

水中都溶有一定的鹽類，鍋爐內的爐水經過不斷的蒸發和濃縮，某些難溶性鹽的離子會以沉淀的形式析出，當鹽類積累到一定的程度時，就會在鍋爐內壁上沉積，形成水垢，不均勻地依附在鍋爐壁和水管壁上，很容易導致鍋爐的局部過熱，為鍋爐管鼓泡、繞彎、燒裂以及燃燒室燒塌等嚴重安全事故的發生埋下了重大的隱患。

1.2 腐蝕鍋爐爐壁

爐水通過吸氧和吸氫等形式對鍋爐爐壁進行電化學腐蝕。爐水中溶解氧會對鍋爐系統金屬造成不均勻的局部潰瘍性腐蝕，對金屬的損壞非常嚴重，而爐水的PH值呈強酸性時，會對金屬產生均勻變薄的酸腐蝕。

1.3 苛性脆化金屬

當爐水中出現苛性堿濃度過高而未及時排出、鍋爐發生泄漏致使局部的苛性堿濃度過高或者鍋爐內部金屬材料變質等現象時，苛性鈉會引起金屬變脆，并最終導致其龜裂。

1.4 汽水共騰

鍋爐運行時，如果水質不良，鍋內上部的蒸發面可能會產生泡沫，大量聚集的泡沫會造成鍋爐水面出現汽中含水、水中有汽的混沌現象，導致鍋爐的水位難以得到準確顯示，最終造成蒸汽管路堵塞甚至機械損壞等嚴重的后果。

2 常見的鍋爐水處理方法

2.1 原水的預處理方法

1）對于要進入鍋爐的水應該進行一定的預處理，通過采用混凝、沉淀、過濾等方法除掉水內的懸浮物及膠體雜質；

2）通過鈉離子交換和串聯系統對鍋爐給水進行鈉離子的交換軟化處理，除去給水中的硬度離子；

3）用電滲析或者反滲透方法對含有過多溶解固形物或者鹽類的給水進行預脫鹽，進而軟化和除堿。

4）通過熱力、鐵屑或者亞硫酸鈉等方法對溶解氧含量超標的給水進行除氧。

2.2 鍋內加藥處理爐內水方法

對于爐內水，可以通過往鍋爐內添加藥劑的方法對其進行處理。投入鍋爐內的藥劑會使水中的結垢物質發生化學或者物理變化，生成松散且不具備粘附性的泥渣，再通過排污排出鍋爐。添加藥劑時，一定要控制好鍋爐的排污，防止二次水垢的形成。

2.3 離子交換器法處理爐內水方法

運用離子交換器法處理爐內水使用到的設備主要有固定床的離子交換器、移動床的離子交換器、流動床的離子交換器以及浮動床的離子交換器等。目前使用最普遍的一種離子交換器設備是固定床的離子交換器。這種設備主要有逆流再生和順流再生兩種運行模式，其中逆流再生離子交換使用較多。實行逆流再生的交換，水流會自上而下進出，再生液則通過交換器的底部進入，向上運動，再生液再生度較高，底部交換劑也得到了比較徹底的再生。

3 工業鍋爐水處理對鍋爐能效的影響

3.1 工業鍋爐水處理原理因素

當前我國工業鍋爐水處理可分為鍋外水、鍋內水處理兩個環節，二者的目的均是防止鍋爐的腐蝕、結垢。鍋外水重點在于水的軟化，以物理、化學及電化學處理方法去除原水中存在的鈣、氧、鎂硬度鹽等雜質；而鍋內水則以工業藥劑添加為主要處理手段。作為鍋爐水處理關鍵性環節的鍋外水處理包含 3個部分，其中，預處理、除氧處理的應用較少，效果不盡理想，而軟化處理所采用的鈉離子交換法在陰離子HCO3-的去除上難以完成預期目標，水的堿度不能有效降低。

3.2 水質對鍋爐能效的關鍵性影響

水處理不當造成的水質問題往往會引發鍋爐結垢、腐蝕以及排污率增大等現象，導致鍋爐熱效率下降，而鍋爐熱效率每個百分點的下降都會增加1.2-1.5的能耗。GB/T1576-2008《工業鍋爐水質》即針對于此提出了鍋爐水質新標準。

首先，結垢對鍋爐能效的影響。鍋爐結垢可分為硫酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽水垢以及混合水垢，其導熱性能相較于普通鍋爐鋼，僅為后者的1/20-1/240。由傅立葉公式推導可知，結垢會極大降低鍋爐傳熱性能，使燃燒熱量為排煙所帶走，造成鍋爐出力、蒸汽品質的下降，通常而言，1mm結垢會造成3%-5%的燃煤損失；其次，鍋爐排污率的影響。如前文對水處理原理的分析，目前軟化處理中采用的鈉離子交換法無法完成除堿目標，為保障受壓元件免受腐蝕，工業鍋爐需通過排污及鍋內水處理加以控制，確保原水堿度達標。因此，我國工業鍋爐排污率長期保持在10%-20%之間，而排污率每增長1%，就會造成燃料損耗增長0.3%-1%，鍋爐能效嚴重受限；再次，汽水共騰造成的蒸汽含鹽量上升也會造成設備損害及鍋爐能耗的增加。

3.3 熱力除氧效率偏低造成的熱量損耗

受工藝技術的影響，容量較大的工業鍋爐通常需要安裝熱力除氧器。其應用普遍存在這些問題：第一，大量蒸汽的耗費降低了鍋爐熱量的有效利用率；第二，鍋爐給水溫度與省煤器平均水溫的溫差增大，致使排煙熱損失的增加。

4 基于鍋爐水處理的能效改進措施

鑒于我國目前所推行的“綠色經濟”模式與能源緊張形式，從鍋爐水處理方面進行節能減耗的技術改造，無疑將從每年約數千萬噸燃煤的損耗中節約大量能源及資金，投入企業再生產過程。

第一，以反滲透水處理技術取代現有的鈉離子交換法水處理技術。這一技術原理是通過將純水與鹽水的過濾、隔離，利用半透膜阻止鹽類通過的特性，在繼續去除鈣、鎂硬度鹽的同時有效除鹽。據相關實驗數據顯示，該技術對原水中的鈣、鎂、鐵、氯、四氧化硫等離子的脫除率高達95%以上，經過二級反滲透處理的原水水質在硬度、電導率以及二氧化硅含量上均可達到鍋爐無垢運行的標準，降低燃煤能耗及鍋爐排污率，在化學藥劑與再生水的費用上也進一步做到了成本控制。

第二，鍋爐水處理設備設施的安裝驗收應與特種設備監察、檢測機構密切合作，強化水處理工作的制度性、規范性，督促中小企業在鍋爐運行上及早進行技術革新，實現高效、經濟的運行。

第三，盡量實現鍋爐冷凝水與排污水的再回收利用。通過設置定期或連續排污膨脹器，向除氧器、換熱器進行預熱給水，并盡量對如烘筒、烘箱等設備的冷凝水進行再利用，回收熱能。

第四，就現有設備設施的利用而言，企業應進一步加強鍋內水處理環節的認識與精力投入，落實崗位責任制，配備持有水處理操作證的專兼職人員，提高司爐工作業技術及水處理作業意識，減少工作隨意性，規范作業環節，合理排污，科學投藥，在鍋內、鍋外水處理環節上科學配置，確保水質達標。

第五，選擇適當形式對鍋爐結垢作定期清理。當工業鍋爐受熱面出現銹蝕或結垢厚度超過1mm時，應及時去垢以保證能源熱量的充分利用及設備的完好性。通常來說，可采用酸洗除垢或堿煮加酸洗的方式進行除垢作業。

5 結束語

總之，工業鍋爐水處理節能降耗是一個系統工程，應從鍋外補給水處理系統選擇、鍋內輔助加藥、水處理設備經濟運行、水垢預防與清除等各個方面綜合考慮，而且要同鍋爐的節能改造相配合。應根據工業鍋爐的實際情況，認真分析節能潛力來確定最佳的節能措施，才能實現最大的節能效果。

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