高電導率給水條件下貫流蒸汽鍋爐水處理技術研究

孫 磊 錢 銳

（煙臺市特種設備檢驗研究院，山東 煙臺 265500）

鍋爐進水過程中，高導電性給水在溫度和壓力的協同作用下會引起爐內水及其雜質的物理和化學反應。在水由液態變為氣態的過程中，由于水分的揮發，因此水中的雜質會被濃縮、結晶，并最終沉淀在鍋爐表面。通常情況下，該過程會隨著一定的化學反應[1]。如果爐水中的不溶物含量超過相應的溶解程度，會在爐水中生成沉淀物，并在爐水中不斷析出。

1 某貫流蒸汽鍋爐的運行工況

1.1 鍋爐房設備運行工藝與技術參數

將水放入鍋爐中加熱，既可以為水中雜質提供一個合適的反應條件，又可以使水中雜質快速析出。從鍋爐中析出的固體如果懸浮在鍋爐內，被稱為爐渣；如果沉積于受熱面，被稱作鈣鎂水垢。無論何種方式產生的鍋爐水，都會增加鍋爐的排污及其運行、維修費用[2]。為解決此方面問題，應根據工程項目的具體需求進行鍋爐水處理技術的研究。本文以某貫流蒸汽鍋爐為例，對鍋爐房的工藝流程進行分析。其中鍋爐水流程如圖1所示。

圖1 鍋爐水流程

在該過程中應明確，倒入鍋爐中的自來水需要經過H-Na 交換床進行離子交換。交換后的自來水進入水箱，與凝結水進行混合（凝結水來自熱交換裝置）。混合過程中由加壓泵進行水體的加壓，將水送至鍋爐入口，再由鍋爐中的水泵將水送至鍋爐內部進行加熱、蒸發處理。在水泵將水送至鍋爐的過程中，自動加藥裝置將同步向鍋爐中注入鍋爐水的處理藥劑[3]。鍋爐水加熱過程中產生的蒸汽將匯聚到分汽包中，由分汽包將蒸汽輸送到終端不同的用汽裝置內。對該過程中的鍋爐運行參數進行分析，見表1。在該基礎上，對貫流蒸汽鍋爐房中附屬設備的規格進行分析，具體內容見表2。

表1 某貫流蒸汽鍋爐運行參數

表2 貫流蒸汽鍋爐房中附屬設備的規格

1.2 鍋爐給水設計

在上文基礎上進行貫流蒸汽鍋爐房的鍋爐給水設計。給水設計方案由反滲透設備、預處理設備2 個主要設備構成。鍋爐給水工藝流程如圖2所示。

圖2 鍋爐給水工藝步驟

在圖2 所述的步驟中，需要重點關注反滲透處理環節。原水經過多道工序后，最終由反滲透裝置處理后進入純水箱，為確保反滲透裝置可以在使用中取得預期效果，本文將超低壓反滲透膜作為裝置的主要構成，其中超低壓反滲透膜的使用性能見表3。

表3 超低壓反滲透膜的使用性能

反滲透清洗時，無論前期鍋爐水經過何種預處理工序，只要使用時間長，反滲透膜上總會存在各種污染物與沉積物，會導致裝置整體性能下降（使水處理裝置的脫鹽率、產水量下降）。因此在日常的設備啟停時段，應進行反滲透膜的低壓沖洗與化學沖洗。沖洗過程如圖3所示。

圖3 反滲透膜的清洗工藝

2 高電導率給水條件下貫流蒸汽鍋爐水處理方案確定

處理貫流蒸汽鍋爐水時所需材料包括除氧劑、亞硫酸鈉（Na2SO3）。腐蝕試片包括鹽酸、丙酮和無水乙醇等。所需化學藥品均為分析純。除此之外，用到的材料還包括純水和EQ3F-N。處理過程中所需設備包括溶解氧測定裝置、光電天平、干燥箱、電導率儀和pH 值測量裝置等。

為選擇恰當的除氧劑，可稱取5 種不同的除氧劑，并分別配制濃度為20mg/L 的溶液，將其投入灌流蒸汽鍋爐中。鍋爐內盛有溫度為55℃的軟水[4]。通過在線測定的方式，在1h 內觀察溶解氧的變化情況，結合得到的數據，計算溶解氧的殘留率，并將殘留最少的一組所對應的除氧劑為最佳除氧劑。溶解氧殘留率的計算如公式（1）所示。

式中：E代表溶解氧的殘留率；W代表總含氧量；T表示氣溫；Pb表示溶解氧的飽和度；Ps表示實際測得的溶解氧飽和度。

完成對除氧劑的選擇后，還需要進行緩蝕掛片測試。將選取的腐蝕掛片分別編號并稱重，將其放置在貫流蒸汽鍋爐中，并分上、中、下3 個部分放置[5]。啟動貫流蒸汽鍋爐，分別在加入復合除氧劑和未加入復合除氧劑的情況下持續運行100h，分析刮片的質量變化。最后，在除氧劑投入濃度為100mg/L 的情況下設置3 組水樣條件，編號為A、B、C，記錄每組水樣加藥前、后的電導率，見表4。

分析表4 中的數據可知，3 組水樣加藥后的電導率平均提升了50μs/cm 以上。結合實際工程經驗可知，在原水電導率為950μs/cm 的條件下，經過反滲透處理后，理論上電導率可降至6.5μs/cm～9.8μs/cm，但實際上電導率可降至25.0μs/cm～29.0μs/cm[6]。因此，通過適量增加除氧劑，可以使貫流蒸汽鍋爐水電導率在60μs/cm 以上，從而滿足水處理所需的水位電極棒正常運行的條件。

3 水處理系統中的主要設備操作

進行水處理時，所需設備包括計量泵、機械過濾裝置、活性炭過濾裝置以及反滲透部分。為確保水處理效果滿足預期要求，需要明確各設備的操作規范，并對其進行運行維護。計量泵又可分為絮凝劑計量泵和阻垢劑計量泵。水中投入的絮凝劑的主要作用是將水中的膠體、有機物等進行絮凝處理，以此提升機械過濾裝置的過濾效果。如果原水的濁度較低，機械過濾裝置直接過濾產水能符合規定要求，可以不加入絮凝劑。在操作過程中需要注意，絮凝劑應當存放在避光陰涼處，其保存期限為1年[7]。配制好的溶液應當放置在不超過15℃的環境中，并保證在4 天內用完。如果放置的環境溫度超過15℃，則必須確保在2 天內用完。向水中加入阻垢劑的主要作用是防止RO 膜元件結垢。阻垢劑計量泵采用的阻垢劑為PC-191 阻垢劑，遇到水中的鈣鎂離子后會發揮阻垢作用，同時對二氧化硅、鐵等均有一定屏蔽作用。

機械過濾w 裝置內部填充物可選用石英砂和無煙碳。該裝置出水質量會直接影響反滲透裝置的使用壽命。機械過濾裝置的基本結構示意圖如圖4所示。

圖4 機械過濾裝置的基本結構示意圖

機械過濾裝置操作程序與閥門開關位置要求見表5。進行機械過濾裝置操作時，其基本程序及閥門的開關位置應當嚴格按照表5 中的內容執行。

按照表5 中記錄的程序和閥門開關規定位置進行水處理操作，不同程序步驟有不同的工藝要求。運行時，要求將流量控制為工作流量；需要排氣閥出水后才能停止排氣；防水需要降至濾層的20cm～30cm；反沖松層的流量應從小到大循序漸進，時間應控制在5min～10min；正洗時流量應從大到小，出水合格后才能進入活性炭過濾裝置。在反滲透操作中，涉及的計算包括對脫鹽率和回收率的測定，可將公式（2）、公式（3）作為依據完成相應操作。

式中：Ry代表脫鹽率；Cp代表產水時的電導率；Cf代表進水時的電導率。

式中：Y代表裝置的回收率；Vp代表產水時的流量；Vf代表進水時的流量；Vr代表濃水流量。

機械過濾裝置過濾出的水從RO 泵增壓進入RO 組件，第一段RO 組件濃水作為第二段RO 組件進水，第二段RO組件濃水排放地溝，第一段與第二段RO 組件產生的水經過管道輸送到純水箱，即完成了鍋爐水處理。

4 結語

由于鍋爐水中含有雜質，隨著鍋爐中的水分不斷蒸發、凝聚，鍋爐中的鹽含量逐漸增加，同時，鍋爐中水的表面張力越來越大，水開始沸騰，鍋爐中會產生大量氣泡。氣泡破碎后，會有大量水滴從熔爐中分離出來。由于水蒸氣會帶出一定鹽分，造成水蒸氣渾濁，因此鍋爐使用過程會導致水蒸氣污染，降低水蒸氣品質。另外，當鍋爐水出現汽水蒸騰現象時，由于汽水液面不透明，使鍋爐水水位產生大幅波動，形成假水位，影響鍋爐安全運行，因此需要采取一定措施進行鍋爐水處理。為規范鍋爐水處理，本文研究、設計了規范的鍋爐水處理技術方案，在明確鍋爐運行工況的基礎上，提出了水處理方案中不同設備的操作與維護方法，以期降低鍋爐運行過程中的排污率。在后續研究中，還需加大對冷凝水處理藥劑研究的投入，通過回收并再利用鍋爐水中的冷凝水改進鍋爐運行過程。