一、 前言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷提高，水處理技術(shù)在用水過程中也得到了迅猛發(fā)展，目前在鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用日益成為提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵，對(duì)于這一點(diǎn)我國(guó)鍋爐設(shè)計(jì)、管理、操作人員雖已有認(rèn)識(shí)，但真正在運(yùn)行中做到規(guī)范要求的卻只有高壓及超高壓鍋爐，占份額極大的中小鍋爐，卻只有極少數(shù)能達(dá)到水處理的要求。
鍋爐以產(chǎn)生蒸汽的稱蒸汽鍋爐，以采暖、供應(yīng)熱水的稱熱水鍋爐，本文將集中介紹。
二、 鍋爐水處理的要求
做好給水處理就是要實(shí)現(xiàn)三個(gè)基本要求，即防止蒸汽夾帶（蒸汽鍋爐）、結(jié)垢、腐蝕。
1、夾帶 蒸汽夾帶指的是由于鍋爐設(shè)計(jì)問題或爐水發(fā)泡而使蒸汽中夾帶了爐水，蒸汽夾帶在任何情況下都是不允許的，它將使蒸汽質(zhì)量變壞，鍋爐能力下降。如果爐水已經(jīng)加入化學(xué)藥劑處理，夾帶仍然得不到抑制，這種蒸汽送入廚房使用可能導(dǎo)致人身事故。通過分析其冷凝液即可弄清蒸汽夾帶情況，必要時(shí)加入清泡劑的用量。
2、結(jié)垢 碳酸鈣的沉淀是鍋爐結(jié)垢的主因，在鍋爐運(yùn)行中常有發(fā)生，另外一些化合物，如磷酸鈣、硅酸鈣，磷酸鎂、硅酸鎂，氫氧化鎂、鐵氧化物等也是造成鍋爐結(jié)垢的一部分原因，結(jié)垢會(huì)造成能耗增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生事故，對(duì)此鍋爐工程人員是十分了解的，他們一般只能以加大排污量來減少結(jié)垢的生成，這對(duì)于降低能耗來說更是雪上加霜。
3、腐蝕 腐蝕在鍋爐操作中是令人非常煩心的事。腐蝕，在水處理專家看來，是鐵云素返回鐵礦的的自然趨勢(shì)，在熱力學(xué)上講是自由能增加的過程，基于這一點(diǎn)，必須用人工防護(hù)，否則不可避免。產(chǎn)生腐蝕的因素很多也很復(fù)雜，若從藥水處理角度來看，則主要依據(jù)爐水的pH值及給水中的溶解氧來確定藥劑配方，一般來說，蒸汽溫度高，腐蝕增加；另外一種對(duì)中小鍋爐影響較大的是堿腐蝕，堿腐蝕是由于爐水中含有游離氫氧化鈉而造成的腐蝕，所以操作中控制爐水含鹽量（TDS）及堿值就可以避免爐水中易溶物質(zhì)氫氧化鈉的濃縮，從而避免堿腐蝕的發(fā)生。以上各種腐蝕都有氧氣參加，為了進(jìn)行在線控制，分析蒸汽中氧氣含量就可以關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的腐蝕情況。比較簡(jiǎn)便的方法是分析爐水、蒸汽冷凝水的鐵含量。防止腐蝕的主要手段是去除水中的溶解氧和提高回水的pH值。
三、 蒸汽鍋爐水處理的方法及實(shí)踐
蒸汽夾帶、結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)格來說是很難絕對(duì)避免的，它們會(huì)相互影響，相互作用，所以水處理時(shí)必須統(tǒng)一考慮，歸納起來可分為兩方面的處理，即爐外處理和爐內(nèi)處理。爐外處理是根本，其目的是防止補(bǔ)水雜質(zhì)進(jìn)入爐內(nèi)及蒸汽系統(tǒng)；爐內(nèi)處理則是保證。即使是爐外處理做得十分地道，排污也做到自動(dòng)化，但也難免會(huì)產(chǎn)生腐蝕而影響鍋爐的熱效應(yīng)和壽命。只有爐外、爐內(nèi)處理的合理結(jié)合才能保證鍋爐水的質(zhì)量要求，使鍋爐在高質(zhì)量下運(yùn)行。
1、爐外處理
爐外處理主要方法為樹脂軟化及熱除氧，我國(guó)執(zhí)行GB1576-2001 低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐補(bǔ)水要求硬度小于0.03mmol/ L，據(jù)我們了解大部分鍋爐操作時(shí)還能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于大于400ppm的補(bǔ)水，軟化過程中不僅用鹽量大，而且會(huì)造成環(huán)境污染，所以應(yīng)考慮采用化學(xué)軟化法，即以石灰或純堿預(yù)處理，但這一方法勞動(dòng)條件苛刻，且由于除永久硬度不佳，所以是否可以完全取代樹脂軟化尚待實(shí)踐驗(yàn)證。
2、爐內(nèi)處理
爐內(nèi)處理是使?fàn)t內(nèi)結(jié)垢、腐蝕、蒸汽夾帶得到控制而實(shí)現(xiàn)鍋爐安全運(yùn)行的最佳操作。只有良好的爐外處理而沒有爐內(nèi)處理，對(duì)鍋爐安全而言只能是事倍功半。我國(guó)絕大數(shù)中心鍋爐之所以不做爐內(nèi)處理，這與上述國(guó)標(biāo)中提出2噸/小時(shí)以下鍋爐可以不做爐外處理是分不開的，使鍋爐運(yùn)行人員放松了爐內(nèi)處理，導(dǎo)致大量鍋爐無故消耗能源，至少縮短一半壽命。
爐內(nèi)處理一般以加藥劑實(shí)現(xiàn)，使用的藥劑有五部分，即阻垢劑、淤渣分散劑、除氧劑、消泡劑，蒸汽系統(tǒng)保護(hù)劑。
(1)阻垢劑
具有防止鍋爐主體結(jié)垢和腐蝕的功效，主要成分為磷酸鹽及有機(jī)高分子化合物。磷酸鹽在pH值為10-12的條件下能結(jié)合鈣而生成堿式磷酸鈣，并促使鎂與水中硅酸根生成硅酸鎂鹽（又稱蛇紋石）。后兩種化合物均屬難溶于水鹽類，在爐水中由于淤渣分散劑的作用而呈松軟、分散狀態(tài)，隨排污排出。
(2)淤渣分散劑
種類繁多，過去使用天然物質(zhì)如丹寧、淀粉、木質(zhì)素磺酸鹽等，近來認(rèn)為合成高分子化合物性能穩(wěn)定，效果顯著，有后來居上之勢(shì)，這類合成高分子以聚丙烯酸或丙烯酸和不飽和乙烯的共聚物為主，還可使氧化鐵懸浮于水中而不沉積在傳熱面上。
(3)除氧劑
一般而言，軟化后補(bǔ)水中溶有8ppm氧，這部分補(bǔ)水在熱水儲(chǔ)罐中與蒸汽冷凝液混合，并經(jīng)蒸汽加熱到90度以上后即成為質(zhì)量較好的鍋爐給水，但其中溶解氧還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到規(guī)范要求即小于0.1ppm，實(shí)際含量可能在1-2ppm。絕大多數(shù)鍋爐管理工程技術(shù)人員對(duì)此并不重視，爐內(nèi)除氧藥劑不加使用，孰不知就是這1-2ppm氧成年累月地破壞鍋爐的的材質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)使用的除氧藥劑主要有亞硫酸鈉及聯(lián)氨。聯(lián)氨不增加爐水的溶鹽值（TDS），但毒性大，使用條件苛刻，所以民用以亞硫酸鈉為主。還有一些使用靜電、電離、電磁處理的方法，效益雖然十分誘人，但效果有待證實(shí)。
(4)消泡劑
爐水中TDS的增加，油類與有機(jī)物的混入，可引起爐水表面其泡，加入消泡劑可防止蒸汽夾帶。消泡劑為長(zhǎng)鏈有機(jī)化合物，如酰胺類、醇類及脂肪酸脂化合物等。消泡劑加入量1-2ppm即可，消泡效果十分顯著。
(5)蒸汽系統(tǒng)保護(hù)劑
也稱作冷凝水pH保護(hù)劑。有機(jī)胺類組成，這類保護(hù)劑分兩大類，一類為揮發(fā)性胺，它由嗎啉、脂環(huán)胺類等物質(zhì)組成。它們都能與蒸汽一道揮發(fā)而進(jìn)入系統(tǒng)，在蒸汽冷凝時(shí)中和CO2從而起到保護(hù)金屬表層的作用。它們性能不同，嗎啉用于蒸汽冷凝鍋爐近端的金屬保護(hù)，其它胺類物質(zhì)則保護(hù)遠(yuǎn)斷。另一種是成膜胺，屬于脂肪胺，其通式為RNH2，R=C12-C20。成膜胺不易揮發(fā)，必須用分散噴嘴在蒸汽出口處加入。成膜胺一旦使用，具有長(zhǎng)效性后一般劑量可以降低。
以上五種藥劑個(gè)別藥劑如阻垢、分散劑，在鍋爐操作中得到了一定程度的推廣，但大都使用極不規(guī)范，如不少現(xiàn)場(chǎng)是每天加一次磷酸三鈉或磷酸二鈉與聚磷酸鈉。目前一些高級(jí)賓館、飯店、小區(qū)采用了許多高效燃?xì)忮仩t，操作中規(guī)定要求使用藥劑保護(hù)，一般是先加阻垢分散劑后加蒸汽保護(hù)劑，操作比較麻煩，費(fèi)用也較高，效果也可能由于藥劑不穩(wěn)定而有所下降。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上由北京潔利尼水處理工程公司推出的JL-510“五合一”水處理劑（即除氧、阻垢、分散、緩蝕和冷凝回水功能），滿足了絕大多數(shù)用戶的要求。在北京麗都假日飯店三臺(tái)20噸/小時(shí)、2.5Mpa鍋爐上使用多年，效果顯著，由于結(jié)垢、腐蝕很大程度上被抑制，每噸蒸汽成本明顯下降，鍋爐使用20年多年，同樣條件下不注意使用爐內(nèi)處理的單位已換了一批鍋爐，而加了JL-510藥劑的鍋爐則依然運(yùn)行穩(wěn)定，從投資、人工、能耗綜合考慮，使用JL-510的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。
四、 采暖熱水鍋爐水處理
壓力小于2.5兆帕的工業(yè)鍋爐在工業(yè)及生活應(yīng)用中十分廣泛，約占全國(guó)鍋爐總數(shù)的95%以上，其中絕大多數(shù)為熱水鍋爐。由于各地的水質(zhì)狀況不一樣，很多熱水鍋爐出現(xiàn)問題，當(dāng)鍋爐結(jié)垢時(shí)，不但增加能耗，而且由于鍋爐壁溫增高，導(dǎo)致鍋爐鋼板及爐管強(qiáng)度大幅度下降，引發(fā)事故。所以，水處理的問題處理得當(dāng)，關(guān)系到鍋爐能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
熱水鍋爐水處理與蒸汽鍋爐水處理有很大的不同，這是因?yàn)樗跓崴仩t內(nèi)絕大多數(shù)情況下是循環(huán)使用的，對(duì)于純粹用于采暖的熱水鍋爐，鍋爐與管道是充滿水而且水的損耗應(yīng)該極少，由于補(bǔ)水少，所以對(duì)于水質(zhì)的要求沒有蒸汽鍋爐補(bǔ)水嚴(yán)格，因此，系統(tǒng)的腐蝕危險(xiǎn)大大超過結(jié)垢，而由于以前的設(shè)計(jì)誤區(qū)，導(dǎo)致了許多熱水系統(tǒng)加裝了軟化水系統(tǒng)，實(shí)際上，軟化水是有害的，因?yàn)檐浕疅o鈣層保護(hù)，對(duì)鍋爐，管道，尤其是風(fēng)機(jī)盤管的腐蝕十分嚴(yán)重，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，已慢慢拆除了軟化水裝置。為了防止腐蝕，設(shè)計(jì)中常采用加入亞硝酸鈉及氫氧化鈉的方法，循環(huán)的水中應(yīng)保持亞硝酸根800-1200ppm，pH值大于11。亞硝酸鈉是一種氧化性緩蝕劑，能使鋼鐵表面生成以γ-Fe2O3為主的鈍化保護(hù)膜而起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。
亞硝酸鈉已被公認(rèn)為有毒化學(xué)品，一些國(guó)家已禁止排放。同時(shí)它在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中被還原為氨而使含銅的換熱元件受損，所以在加入亞硝酸鈉的同時(shí)還要加入高分子分散劑及銅緩蝕抑制劑（如苯并噻唑，BTA等），用于防止腐蝕，一旦生成腐蝕產(chǎn)物也不至于沉積在設(shè)備表面上。亞硝酸鈉的另外一個(gè)缺點(diǎn)是它可以成為細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。一個(gè)系統(tǒng)由加熱轉(zhuǎn)熱為冷卻，反之亦然，亞硝酸鈉的濃度會(huì)大幅度下降，因?yàn)榭傆幸欢螘r(shí)間循環(huán)泵停轉(zhuǎn)，這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的細(xì)菌就會(huì)借助亞硝酸根中的氨大量繁殖，以致設(shè)備結(jié)垢，管道堵塞，尤其是永遠(yuǎn)不能放空的風(fēng)機(jī)盤管，不但易結(jié)垢堵塞，還會(huì)招致腐蝕，其后果是即使可以繼續(xù)使用，其冷熱效率將大幅下降。
以上說明對(duì)具有中央空調(diào)或密閉采暖循環(huán)水系統(tǒng)，尤其是目前在建筑業(yè)中大量采用的雙管制（即冷熱在同一對(duì)管道中實(shí)現(xiàn)），使用亞硝酸鈉保護(hù)是極不恰當(dāng)?shù)模壳皣?guó)際上廣泛推廣的鉬系藥劑，它無毒性，不對(duì)細(xì)菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且活性高，用量少，屬于環(huán)保型藥劑，北京潔利尼水處理工程有限公司開發(fā)的以鉬系為主的藥劑，名稱為管凈K-700，已廣泛應(yīng)用各大賓館以及各大使館，其阻垢、緩蝕效果非常明顯，用量為每立方米水只需0.5公斤藥劑，鉬酸納在150℃溫度下是十分穩(wěn)定的。所以特別適用于采暖密閉系統(tǒng)。
五、 生活熱水鍋爐水處理
對(duì)于提供生活熱水的熱水鍋爐，或者是目前大量推廣的分戶采暖生活兩用熱水爐，考慮到成本以及空間大小，一般不采用軟化和電子水處理來解決結(jié)垢，不能采用鉬酸納，更不能采用亞硝酸鈉來防腐阻垢。目前唯一得到推廣的是采用聚磷酸鹽來進(jìn)行水處理，歸麗精即屬于此種藥劑，熱水鍋爐，包括小型開水爐、茶爐、換熱器只需在補(bǔ)水管線上串裝一個(gè)歸麗精加藥罐，即可達(dá)到保護(hù)鍋爐及管道的目的。如不經(jīng)保護(hù)，熱水會(huì)因管線的腐蝕而變黃，稱作紅黃水現(xiàn)象，此外，加熱管線還會(huì)由于鈣、鎂等暫時(shí)硬度受熱析出而出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，歸麗精具有極強(qiáng)的螯合能力可使鈣、鎂離子懸浮于水中而不沉積，同時(shí)與鈣離子生成聚磷酸鈣鐵保護(hù)層而起到防腐的作用。
大量的實(shí)踐表明，在熱水鍋爐方面應(yīng)用化學(xué)處理方法能使用戶減少很多麻煩，特別是我國(guó)北方地區(qū)水質(zhì)硬度較高，采用歸麗精技術(shù)保護(hù)鍋爐及設(shè)備，改善水質(zhì)，提高熱效，是值得大力推廣的水處理技術(shù)，但由于各地的水質(zhì)狀況的差異，最好是先對(duì)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)作水質(zhì)全面分析，再做方案設(shè)計(jì)。
六、 結(jié)語
綜合以上，我們認(rèn)為為了真正實(shí)施GB1576-2001標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐水處理是不可或缺的工藝工程，這不僅需要我們鍋爐運(yùn)行管理人員自覺執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將鍋爐水處理重視起來，而且希望執(zhí)法部門以嚴(yán)加管理，規(guī)范要求，使我國(guó)為數(shù)眾多的中小鍋爐能在高效、安全、經(jīng)濟(jì)條件下運(yùn)行。
