工业锅炉水处理对其能效的影响及其基于水处理的能效改进措施研究

【摘 要】在工业生产中，锅炉是一个广泛使用的设备，但是它也有爆炸的危险。这几年来，锅炉水质不符合规范造成的事故数量越来越多，所以我们必须要采取相应的措施使锅炉水能够得到合理的解决。在处理锅炉水时最主要的目的就是防止锅炉结垢、尽可能的减少腐蚀。

【关键词】工业锅炉；锅炉能效；节能降耗；锅炉水处理；材料变质；热量损耗；经济运行

0 引言

工业锅炉水处理既关系到锅炉的安全运行，也关系到锅炉的节能降耗。据统计，我国目前有各类工业和生活用锅炉约55万台，每年消耗燃煤达数亿吨。做好工业锅炉水处理节能工作，对提高锅炉热效率，促进企业节能降耗具有重要作用。

1 锅炉水处理问题

1.1 形成水垢

水中都溶有一定的盐类，锅炉内的炉水经过不断的蒸发和浓缩，某些难溶性盐的离子会以沉淀的形式析出，当盐类积累到一定的程度时，就会在锅炉内壁上沉积，形成水垢，不均匀地依附在锅炉壁和水管壁上，很容易导致锅炉的局部过热，为锅炉管鼓泡、绕弯、烧裂以及燃烧室烧塌等严重安全事故的发生埋下了重大的隐患。

1.2 腐蚀锅炉炉壁

炉水通过吸氧和吸氢等形式对锅炉炉壁进行电化学腐蚀。炉水中溶解氧会对锅炉系统金属造成不均匀的局部溃疡性腐蚀，对金属的损坏非常严重，而炉水的PH值呈强酸性时，会对金属产生均匀变薄的酸腐蚀。

1.3 苛性脆化金属

当炉水中出现苛性碱浓度过高而未及时排出、锅炉发生泄漏致使局部的苛性碱浓度过高或者锅炉内部金属材料变质等现象时，苛性钠会引起金属变脆，并最终导致其龟裂。

1.4 汽水共腾

锅炉运行时，如果水质不良，锅内上部的蒸发面可能会产生泡沫，大量聚集的泡沫会造成锅炉水面出现汽中含水、水中有汽的混沌现象，导致锅炉的水位难以得到准确显示，最终造成蒸汽管路堵塞甚至机械损坏等严重的后果。

2 常见的锅炉水处理方法

2.1 原水的预处理方法

1）对于要进入锅炉的水应该进行一定的预处理，通过采用混凝、沉淀、过滤等方法除掉水内的悬浮物及胶体杂质；

2）通过钠离子交换和串联系统对锅炉给水进行钠离子的交换软化处理，除去给水中的硬度离子；

3）用电渗析或者反渗透方法对含有过多溶解固形物或者盐类的给水进行预脱盐，进而软化和除碱。

4）通过热力、铁屑或者亚硫酸钠等方法对溶解氧含量超标的给水进行除氧。

2.2 锅内加药处理炉内水方法

对于炉内水，可以通过往锅炉内添加药剂的方法对其进行处理。投入锅炉内的药剂会使水中的结垢物质发生化学或者物理变化，生成松散且不具备粘附性的泥渣，再通过排污排出锅炉。添加药剂时，一定要控制好锅炉的排污，防止二次水垢的形成。

2.3 离子交换器法处理炉内水方法

运用离子交换器法处理炉内水使用到的设备主要有固定床的离子交换器、移动床的离子交换器、流动床的离子交换器以及浮动床的离子交换器等。目前使用最普遍的一种离子交换器设备是固定床的离子交换器。这种设备主要有逆流再生和顺流再生两种运行模式，其中逆流再生离子交换使用较多。实行逆流再生的交换，水流会自上而下进出，再生液则通过交换器的底部进入，向上运动，再生液再生度较高，底部交换剂也得到了比较彻底的再生。

3 工业锅炉水处理对锅炉能效的影响

3.1 工业锅炉水处理原理因素

当前我国工业锅炉水处理可分为锅外水、锅内水处理两个环节，二者的目的均是防止锅炉的腐蚀、结垢。锅外水重点在于水的软化，以物理、化学及电化学处理方法去除原水中存在的钙、氧、镁硬度盐等杂质；而锅内水则以工业药剂添加为主要处理手段。作为锅炉水处理关键性环节的锅外水处理包含 3个部分，其中，预处理、除氧处理的应用较少，效果不尽理想，而软化处理所采用的钠离子交换法在阴离子HCO3-的去除上难以完成预期目标，水的碱度不能有效降低。

3.2 水质对锅炉能效的关键性影响

水处理不当造成的水质问题往往会引发锅炉结垢、腐蚀以及排污率增大等现象，导致锅炉热效率下降，而锅炉热效率每个百分点的下降都会增加1.2-1.5的能耗。GB/T1576-2008《工业锅炉水质》即针对于此提出了锅炉水质新标准。

首先，结垢对锅炉能效的影响。锅炉结垢可分为硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐水垢以及混合水垢，其导热性能相较于普通锅炉钢，仅为后者的1/20-1/240。由傅立叶公式推导可知，结垢会极大降低锅炉传热性能，使燃烧热量为排烟所带走，造成锅炉出力、蒸汽品质的下降，通常而言，1mm结垢会造成 3%-5%的燃煤损失；其次，锅炉排污率的影响。如前文对水处理原理的分析，目前软化处理中采用的钠离子交换法无法完成除碱目标，为保障受压元件免受腐蚀，工业锅炉需通过排污及锅内水处理加以控制，确保原水碱度达标。因此，我国工业锅炉排污率长期保持在10%-20%之间，而排污率每增长1%，就会造成燃料损耗增长0.3%-1%，锅炉能效严重受限；再次，汽水共腾造成的蒸汽含盐量上升也会造成设备损害及锅炉能耗的增加。

3.3 热力除氧效率偏低造成的热量损耗

受工艺技术的影响，容量较大的工业锅炉通常需要安装热力除氧器。其应用普遍存在这些问题：第一，大量蒸汽的耗费降低了锅炉热量的有效利用率；第二，锅炉给水温度与省煤器平均水温的温差增大，致使排烟热损失的增加。

4 基于锅炉水处理的能效改进措施

鉴于我国目前所推行的“绿色经济”模式与能源紧张形式，从锅炉水处理方面进行节能减耗的技术改造，无疑将从每年约数千万吨燃煤的损耗中节约大量能源及资金，投入企业再生产过程。

第一，以反渗透水处理技术取代现有的钠离子交换法水处理技术。这一技术原理是通过将纯水与盐水的过滤、隔离，利用半透膜阻止盐类通过的特性，在继续去除钙、镁硬度盐的同时有效除盐。据相关实验数据显示，该技术对原水中的钙、镁、铁、氯、四氧化硫等离子的脱除率高达95%以上，经过二级反渗透处理的原水水质在硬度、电导率以及二氧化硅含量上均可达到锅炉无垢运行的标准，降低燃煤能耗及锅炉排污率，在化学药剂与再生水的费用上也进一步做到了成本控制。

第二，锅炉水处理设备设施的安装验收应与特种设备监察、检测机构密切合作，强化水处理工作的制度性、规范性，督促中小企业在锅炉运行上及早进行技术革新，实现高效、经济的运行。

第三，尽量实现锅炉冷凝水与排污水的再回收利用。通过设置定期或连续排污膨胀器，向除氧器、换热器进行预热给水，并尽量对如烘筒、烘箱等设备的冷凝水进行再利用，回收热能。

第四，就现有设备设施的利用而言，企业应进一步加强锅内水处理环节的认识与精力投入，落实岗位责任制，配备持有水处理操作证的专兼职人员，提高司炉工作业技术及水处理作业意识，减少工作随意性，规范作业环节，合理排污，科学投药，在锅内、锅外水处理环节上科学配置，确保水质达标。

第五，选择适当形式对锅炉结垢作定期清理。当工业锅炉受热面出现锈蚀或结垢厚度超过1mm时，应及时去垢以保证能源热量的充分利用及设备的完好性。通常来说，可采用酸洗除垢或碱煮加酸洗的方式进行除垢作业。

5 结束语

总之，工业锅炉水处理节能降耗是一个系统工程，应从锅外补给水处理系统选择、锅内辅助加药、水处理设备经济运行、水垢预防与清除等各个方面综合考虑，而且要同锅炉的节能改造相配合。应根据工业锅炉的实际情况，认真分析节能潜力来确定最佳的节能措施，才能实现最大的节能效果。

【参考文献】

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[责任编辑：薛俊歌]

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