工業鍋爐是高耗能特種設備之一，數量約占我國鍋爐總量的96％以上。本文分析了目前我國工業鍋爐水處理的現狀，重點論述了給水、排污、冷凝水回收利用和除氧等對鍋爐節能降耗的影響，并分別提出了具體的對策。
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工業鍋爐約55萬臺，每年消耗燃煤近6億噸。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。本文主要分析工業鍋爐水處理節能降耗技術現狀及存在的問題，并提出如何推廣先進的水處理節能技術的對策和措施，為廣大工業鍋爐使用單位推動水處理節能提供技術指導。
一、工業鍋爐水處理節能技術的現狀
1．給水雜質含量較高，鍋爐結垢問題普遍存在
當前我國約90％的工業鍋爐采用一級軟化處理的水作為補給水。軟化水只除去了水中的硬度雜質，沒有除去水中的陰離子雜質和溶解氧，是一種不純凈的水。工業鍋爐水質國家標準中只要求給水硬度小于等于O．03mmol／L就合格，這種水也含有一定量的殘余硬度的。一些單位由于水處理作業人員配備率低，設備運行管理水平差等原因，水處理設備長期處于失效運行狀態。以上兩方面導致工業鍋爐結垢腐蝕率很高。沿海地區每年的枯水期(一般每年持續3～4個月)發生海水倒灌和高硬度、高堿度水地區，一級軟化器出水無法除去全部硬度，也造成鍋爐結垢嚴重。用軟化水作補給水的鍋爐沒有辦法完全避免結垢。
水垢平均厚度達到1.5mm，鍋爐效率平均會降低5％。鍋爐工作壓力越高，水垢的導熱率越低，水垢越厚，燃料浪費越大。少數單位采用反滲透出水作鍋爐補給水，這本身相對于軟化水做補給水在降低鍋爐結垢方面是一個很大改進。但由于這些單位缺少熟悉反滲透裝置運行的技術人員，日常維護管理較差，造成反滲透運行一段時間后膜結垢、堵塞嚴重，脫鹽率下降很快，經常出現反滲透出水水硬度超標現象。
由于一半以上的小容量鍋爐沒有采取給水除氧措施，鍋爐運行過程也未添加化學除氧劑，鍋爐運行氧腐蝕嚴重。而且大部分單位不重視停爐保護，停爐腐蝕也十分普遍。運行氧腐蝕和停爐腐蝕的產物都是會沉積在受熱面的導熱率低的鐵氧化物。
有的工業鍋爐補給水進行沉淀處理時，常用偏硅酸鈉作為助凝劑，這樣就向補給水中引入了二氧化硅，使得受熱面結生硅垢。
目前還有些單位單純使用物理水處理設備(電場、磁場、電磁場或所謂的納米處理)而盲目取消了鍋外水處理設備，造成鍋爐結垢速率很快。
2.鍋爐排污率高，熱量浪費嚴
排污是保證鍋水水質達標，保證蒸汽品質的途徑之一。用軟化
水作補給水的工業鍋爐鍋水的溶解固形物量含量都很高，有的甚至
超標。使用單位為了保證鍋水水質達標，就都通過提高排污率來降低
雜質濃縮倍率。目前絕大部分工業鍋爐沒有安裝排污水熱量回收裝
置，排污更未實現自動控制，排污比較盲目、機械，隨意性較大，造
成熱量的極大浪費。很多鍋爐排污率在10％～15％之間，有的甚至達到30％，高鹽堿地區的沿海地區枯水期因特殊的水質排污率有時更高。遠遠高于一般控制標準的5％～10％。有資料表明，排污率每升高1％，鍋爐熱損失約增加1.2％～1.3％。鍋爐排污率升高，鍋爐熱效率降低。鍋爐排污會造成水損失、熱損失，同時還因向環境排放熱水而造成了熱污染。
3．冷凝水未回收或因污染嚴重無法回收利用
鍋爐冷凝水所具有的熱量可達蒸汽全熱量的20％～30％。回收冷凝水的熱量并加以利用，既提高鍋爐給水溫度，也可減少鍋爐補給水量，是提高鍋爐的熱效率有效途徑。目前，工業鍋爐冷凝水很多沒有采取回收，主要有以下三個原因：一是鍋爐設計安裝時沒有考慮冷凝水回收；二是企業因冷凝水回收裝置一次性投資較大，企業不愿意安裝；三是一些企業有回收裝置，但凝結水雜質多因沒有采取相應的水處理措施，冷凝水不合格而無法回收利用。軟化水作補給水的鍋爐冷凝水因含有C02而導致pH值偏低，回水系統C02的腐蝕嚴重，冷凝水含鐵量高，水發紅發渾，這種水若進入鍋爐不僅會導致受熱面結生鐵垢，而且會引發受熱面爐管電化學腐蝕，不進行凈化是不能回收利用的。現場檢測發現有的冷凝水鐵含量高達3.4mg／L。有的冷凝水回收系統存在疏水器失靈，漏汽量過大的問題。
4．熱力除氧效率偏低
容量較大的工業鍋爐普遍使用熱力除氧器熱力除氧器。它存在以下問題，一是需要耗費大量蒸汽，使鍋爐有效利用熱量減少。二是鍋爐給水溫度提高使省煤器平均水溫增高，省煤器傳熱溫差減少，排煙溫度增高，排煙熱損失加大。有時熱力除氧器補水量較大或運行管理不到位時，除氧器除氧溫度達不到要求，除氧效果較差，一般除氧溫度每降低10C，出水氧濃度會增加0.1 mg/L。據調查，80％的工業鍋爐安裝的熱力除氧器都不同程度存在以上問題。
5．補給水水處理設備再生劑比耗高
補給水處理設備運行管理水平偏低，運行周期短，再生劑比耗偏高，排污水量大是目前比較普遍的問題。再生劑比耗高不僅浪費再生劑，而且因再生廢液的過量排放造成環境的污染。當前我國普遍使
用的鈉離子交換器其鹽耗一般在250g/mol～500g/mol。既每置換出水中20g鈣離子或12g鎂離子，就需要使用250g～500g食鹽。由于鈉離子交換器的使用，使地下水不斷地遭受食鹽的污染，導致地下水中鈉離子的含量逐年上升。醫學上已經證明人過量攝入鹽會導致人患高血、心臟病及患癌癥的機率增加。離子交換除鹽系統中廢液和廢水的量很大，一般約相當于其處理水量的10％。交換器再生后正洗用水的量一般對于H型樹脂，約為其樹脂體積的7倍；強堿性OH型樹脂約為其體積的10倍；弱堿性OH型樹脂的正洗水量更大。清洗水常采用的是純水或是該交換器的前一級交換裝置的出水，鹽耗或比耗高，進而會造成再生用水量大。目前這些水基本上再生用水沒有回收，導致用水浪費嚴重。降低所用再生劑的比耗，是提高離子交換除鹽經濟性的主要措施。
二、工業鍋爐水處理節能對策
1．改進鍋爐水處理方式
隨著科技的發展和水質純化技術的進步，把工業鍋爐傳統水處理方式進行改進優化的條件已經具備。實踐證明，采用良好的鍋外水處理輔以鍋內加藥水質調節是防止工業鍋爐結垢的最佳方式。
工業鍋爐的補給水率一般都超過50％，因此水處理工藝及補充水質量直接影響鍋爐結垢傾向。鍋爐補給水處理方面，當原水總硬度大于6.5mmol/L，一級軟化器出水達不到要求時，可采用兩級串聯的鈉離子交換系統。原水碳酸鹽硬度較高時，可采用弱酸陽離子交換系統或不足量酸再生氫離子交換劑的氫鈉離子串聯系統處理。氫離子交換器應采用固定床順流再生，出水應經除碳器脫氣。這個系統運行控制相對復雜。
用軟化加反滲透代替傳統的軟化或單純鍋內加藥被認為是最佳的工業鍋爐補給水處理方式。反滲透制水技術成熟，脫鹽率高，自動化程度高，投資成本也較低。采用這種方式鍋爐補給水質量大大提高，可極大降低鍋爐的結垢速率和排污率，提高了蒸汽品質。但反滲透設備日常運行、維護要求相對較高。高鹽堿地區和沿海地區鍋爐采用這種方式可有效解決目前的一級軟化處理存在的不足。反滲透系統脫鹽率下降時要對膜進行清洗除污垢；較長時間停止運行時要對膜采取保養措施。采用這種水處理方式時，運行階段鍋水不用控制堿度指標，只控制pH即可，控制鍋爐結垢速率<0.1 mm/a。和單純軟化方式相比，這種方式可平均提高鍋爐效率1％～2％。
鍋內水質調節方面應采用定期的加藥方式。添加有機的阻垢緩蝕劑還可降低泄漏進入鍋爐內少量的成垢雜質和殘余硬度，運行清除部分爐管表面沉積物，而且不會增加鍋水的溶解固形物。工業鍋爐用緩蝕阻垢劑的性能應符合阻垢率≥85％、緩蝕率≥98％的要求。
在排污控制方面，應安裝鍋爐自動排污裝置合理控制鍋爐排污率。以軟化水為補給水或單純采用鍋內加藥處理的鍋爐的正常排污率應控制在5％～10％；以除鹽水(或純水)為補給水的鍋爐的正常排污率不超過2％。
2.對冷凝水采用凈化回收
冷凝水的最佳回收利用方式是作為鍋爐給水。冷凝水回收系統分為開式和閉式兩種。開式系統簡單，投資少，但由于內部有腐蝕性氣體和雜質，水溫下降幅度較大，已基本被閉式代替。目前的新型閉式冷凝水回收技術利用噴射泵的增壓原理，解決了水泵的汽蝕問題，而且增加了凈化的措施，回收效率很高，節能率在10％左右。工業鍋爐冷凝水雜質主要以磁性氧化鐵(Fe3O4)為主，因此凈化裝置主要是除鐵過濾器，常用的有管式過濾器、覆蓋過濾器和電磁過濾器。凝結水溫過高的，可采用加鈉型苯乙烯一二乙烯苯陽樹脂的過濾器來除鐵，其最高使用溫度可達到150 0C。
無法安裝凈化裝置或安裝經濟性不高的鍋爐可以采用加藥與一般回收系統相結合方式。在凝結回水系統或鍋爐分汽缸通過加成膜胺或揮發性氨來防止回水系統腐蝕的發生，減少水中鐵雜質。
3．定期對鍋爐除垢
保持鍋爐受熱面清潔是確保鍋爐高熱效率的前提之一。對于工業鍋爐，當水垢厚度達到1mm及以上或受熱面嚴重銹蝕時，應進行除垢。直流和貫流鍋爐出現排煙溫度升高或出力下降時應進行除垢。工業鍋爐清除受熱面1mm的水垢可提高鍋爐效率3％～5％。工業鍋爐除垢的方式有酸洗除垢、堿煮除垢和運行除垢三種方式，其中酸洗除垢的效果最好。堿煮除垢等因水垢類型的不同而異，堿煮完畢還要及時清除鍋內脫落的水垢，以防止因脫落的水垢堵塞或淤積在受熱面而發生過熱燒損。運行除垢可以避免停機的麻煩，但時間較長，成本和運行控制要求相對較高。運行除垢時，鍋水水質必須要符合GB/T 1576的規定，而且要科學控制加藥量、排污率和鍋爐負荷，防止除垢藥劑被蒸汽攜帶而影響蒸汽質量。
一般情況下，工業鍋爐除垢采用堿煮加酸洗的方式或直接酸洗。酸洗除垢要制定合適的程序和工藝才能確保最大的除垢率和最小的腐蝕速度。
4．優化鍋爐除氧方式
鍋爐房總蒸發量大于等于10t/h的鍋爐采用真空除氧技術代替熱力除氧。真空除氧是一種節能型除氧方法，最突出的特點就是除氧水的溫度與鍋爐給水溫度(20 0C～60 0C)相匹配，還可以解決低位安裝問題。真空除氧器維持在8kpa時，給水溫度達到60 0C就能達到除氧目的，既節約蒸汽，又減少排煙損失。同大氣式熱力除氧相比它更能發揮鍋爐省煤器的作用，降低排煙溫度，提高鍋爐效率。對于蒸發量小或采用機械除氧有難度的鍋爐房，在給水系統或鍋內添加高效化學除氧劑是一種有效、經濟的除氧方式。除氧劑的添加應采用密閉加藥系統和加藥泵，這樣可降低或消除氧腐蝕而引發的爐管損壞和腐蝕產物的生成。
5．合理控制再生比耗，回收利用制水過程廢水(液)
水處理設備再生過程的再生劑比耗必須控制在規定的范圍。同時加強水處理設備運行管理，保證水處理設備正常的運行周期。水處理設備再生過程產生的清洗水回收可以送回運行系統，經分析后根據實際情況，可以作為某一交換器的進水；也可以將其收集起來，作為下次再生時的反洗用水，或作為循環冷卻水系統的補充水、沖灰水等。
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對策措施，這樣才能實現最大的節能效果。
(作者單位：廣州市特種承壓設備檢測研究院)