工业锅炉是高耗能特种设备之一，数量约占我国锅炉总量的96％以上。本文分析了目前我国工业锅炉水处理的现状，重点论述了给水、排污、冷凝水回收利用和除氧等对锅炉节能降耗的影响，并分别提出了具体的对策。
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工业锅炉约55万台，每年消耗燃煤近6亿吨。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。本文主要分析工业锅炉水处理节能降耗技术现状及存在的问题，并提出如何推广先进的水处理节能技术的对策和措施，为广大工业锅炉使用单位推动水处理节能提供技术指导。
一、工业锅炉水处理节能技术的现状
1．给水杂质含量较高，锅炉结垢问题普遍存在
当前我国约90％的工业锅炉采用一级软化处理的水作为补给水。软化水只除去了水中的硬度杂质，没有除去水中的阴离子杂质和溶解氧，是一种不纯净的水。工业锅炉水质国家标准中只要求给水硬度小于等于O．03mmol／L就合格，这种水也含有一定量的残余硬度的。一些单位由于水处理作业人员配备率低，设备运行管理水平差等原因，水处理设备长期处于失效运行状态。以上两方面导致工业锅炉结垢腐蚀率很高。沿海地区每年的枯水期(一般每年持续3～4个月)发生海水倒灌和高硬度、高碱度水地区，一级软化器出水无法除去全部硬度，也造成锅炉结垢严重。用软化水作补给水的锅炉没有办法完全避免结垢。
水垢平均厚度达到1.5mm，锅炉效率平均会降低5％。锅炉工作压力越高，水垢的导热率越低，水垢越厚，燃料浪费越大。少数单位采用反渗透出水作锅炉补给水，这本身相对于软化水做补给水在降低锅炉结垢方面是一个很大改进。但由于这些单位缺少熟悉反渗透装置运行的技术人员，日常维护管理较差，造成反渗透运行一段时间后膜结垢、堵塞严重，脱盐率下降很快，经常出现反渗透出水水硬度超标现象。
由于一半以上的小容量锅炉没有采取给水除氧措施，锅炉运行过程也未添加化学除氧剂，锅炉运行氧腐蚀严重。而且大部分单位不重视停炉保护，停炉腐蚀也十分普遍。运行氧腐蚀和停炉腐蚀的产物都是会沉积在受热面的导热率低的铁氧化物。
有的工业锅炉补给水进行沉淀处理时，常用偏硅酸钠作为助凝剂，这样就向补给水中引入了二氧化硅，使得受热面结生硅垢。
目前还有些单位单纯使用物理水处理设备(电场、磁场、电磁场或所谓的纳米处理)而盲目取消了锅外水处理设备，造成锅炉结垢速率很快。
2.锅炉排污率高，热量浪费严
排污是保证锅水水质达标，保证蒸汽品质的途径之一。用软化
水作补给水的工业锅炉锅水的溶解固形物量含量都很高，有的甚至
超标。使用单位为了保证锅水水质达标，就都通过提高排污率来降低
杂质浓缩倍率。目前绝大部分工业锅炉没有安装排污水热量回收装
置，排污更未实现自动控制，排污比较盲目、机械，随意性较大，造
成热量的极大浪费。很多锅炉排污率在10％～15％之间，有的甚至达到30％，高盐碱地区的沿海地区枯水期因特殊的水质排污率有时更高。远远高于一般控制标准的5％～10％。有资料表明，排污率每升高1％，锅炉热损失约增加1.2％～1.3％。锅炉排污率升高，锅炉热效率降低。锅炉排污会造成水损失、热损失，同时还因向环境排放热水而造成了热污染。
3．冷凝水未回收或因污染严重无法回收利用
锅炉冷凝水所具有的热量可达蒸汽全热量的20％～30％。回收冷凝水的热量并加以利用，既提高锅炉给水温度，也可减少锅炉补给水量，是提高锅炉的热效率有效途径。目前，工业锅炉冷凝水很多没有采取回收，主要有以下三个原因：一是锅炉设计安装时没有考虑冷凝水回收；二是企业因冷凝水回收装置一次性投资较大，企业不愿意安装；三是一些企业有回收装置，但凝结水杂质多因没有采取相应的水处理措施，冷凝水不合格而无法回收利用。软化水作补给水的锅炉冷凝水因含有C02而导致pH值偏低，回水系统C02的腐蚀严重，冷凝水含铁量高，水发红发浑，这种水若进入锅炉不仅会导致受热面结生铁垢，而且会引发受热面炉管电化学腐蚀，不进行净化是不能回收利用的。现场检测发现有的冷凝水铁含量高达3.4mg／L。有的冷凝水回收系统存在疏水器失灵，漏汽量过大的问题。
4．热力除氧效率偏低
容量较大的工业锅炉普遍使用热力除氧器热力除氧器。它存在以下问题，一是需要耗费大量蒸汽，使锅炉有效利用热量减少。二是锅炉给水温度提高使省煤器平均水温增高，省煤器传热温差减少，排烟温度增高，排烟热损失加大。有时热力除氧器补水量较大或运行管理不到位时，除氧器除氧温度达不到要求，除氧效果较差，一般除氧温度每降低10C，出水氧浓度会增加0.1 mg/L。据调查，80％的工业锅炉安装的热力除氧器都不同程度存在以上问题。
5．补给水水处理设备再生剂比耗高
补给水处理设备运行管理水平偏低，运行周期短，再生剂比耗偏高，排污水量大是目前比较普遍的问题。再生剂比耗高不仅浪费再生剂，而且因再生废液的过量排放造成环境的污染。当前我国普遍使
用的钠离子交换器其盐耗一般在250g/mol～500g/mol。既每置换出水中20g钙离子或12g镁离子，就需要使用250g～500g食盐。由于钠离子交换器的使用，使地下水不断地遭受食盐的污染，导致地下水中钠离子的含量逐年上升。医学上已经证明人过量摄入盐会导致人患高血、心脏病及患癌症的机率增加。离子交换除盐系统中废液和废水的量很大，一般约相当于其处理水量的10％。交换器再生后正洗用水的量一般对于H型树脂，约为其树脂体积的7倍；强碱性OH型树脂约为其体积的10倍；弱碱性OH型树脂的正洗水量更大。清洗水常采用的是纯水或是该交换器的前一级交换装置的出水，盐耗或比耗高，进而会造成再生用水量大。目前这些水基本上再生用水没有回收，导致用水浪费严重。降低所用再生剂的比耗，是提高离子交换除盐经济性的主要措施。
二、工业锅炉水处理节能对策
1．改进锅炉水处理方式
随着科技的发展和水质纯化技术的进步，把工业锅炉传统水处理方式进行改进优化的条件已经具备。实践证明，采用良好的锅外水处理辅以锅内加药水质调节是防止工业锅炉结垢的最佳方式。
工业锅炉的补给水率一般都超过50％，因此水处理工艺及补充水质量直接影响锅炉结垢倾向。锅炉补给水处理方面，当原水总硬度大于6.5mmol/L，一级软化器出水达不到要求时，可采用两级串联的钠离子交换系统。原水碳酸盐硬度较高时，可采用弱酸阳离子交换系统或不足量酸再生氢离子交换剂的氢钠离子串联系统处理。氢离子交换器应采用固定床顺流再生，出水应经除碳器脱气。这个系统运行控制相对复杂。
用软化加反渗透代替传统的软化或单纯锅内加药被认为是最佳的工业锅炉补给水处理方式。反渗透制水技术成熟，脱盐率高，自动化程度高，投资成本也较低。采用这种方式锅炉补给水质量大大提高，可极大降低锅炉的结垢速率和排污率，提高了蒸汽品质。但反渗透设备日常运行、维护要求相对较高。高盐碱地区和沿海地区锅炉采用这种方式可有效解决目前的一级软化处理存在的不足。反渗透系统脱盐率下降时要对膜进行清洗除污垢；较长时间停止运行时要对膜采取保养措施。采用这种水处理方式时，运行阶段锅水不用控制碱度指标，只控制pH即可，控制锅炉结垢速率<0.1 mm/a。和单纯软化方式相比，这种方式可平均提高锅炉效率1％～2％。
锅内水质调节方面应采用定期的加药方式。添加有机的阻垢缓蚀剂还可降低泄漏进入锅炉内少量的成垢杂质和残余硬度，运行清除部分炉管表面沉积物，而且不会增加锅水的溶解固形物。工业锅炉用缓蚀阻垢剂的性能应符合阻垢率≥85％、缓蚀率≥98％的要求。
在排污控制方面，应安装锅炉自动排污装置合理控制锅炉排污率。以软化水为补给水或单纯采用锅内加药处理的锅炉的正常排污率应控制在5％～10％；以除盐水(或纯水)为补给水的锅炉的正常排污率不超过2％。
2.对冷凝水采用净化回收
冷凝水的最佳回收利用方式是作为锅炉给水。冷凝水回收系统分为开式和闭式两种。开式系统简单，投资少，但由于内部有腐蚀性气体和杂质，水温下降幅度较大，已基本被闭式代替。目前的新型闭式冷凝水回收技术利用喷射泵的增压原理，解决了水泵的汽蚀问题，而且增加了净化的措施，回收效率很高，节能率在10％左右。工业锅炉冷凝水杂质主要以磁性氧化铁(Fe3O4)为主，因此净化装置主要是除铁过滤器，常用的有管式过滤器、覆盖过滤器和电磁过滤器。凝结水温过高的，可采用加钠型苯乙烯一二乙烯苯阳树脂的过滤器来除铁，其最高使用温度可达到150 0C。
无法安装净化装置或安装经济性不高的锅炉可以采用加药与一般回收系统相结合方式。在凝结回水系统或锅炉分汽缸通过加成膜胺或挥发性氨来防止回水系统腐蚀的发生，减少水中铁杂质。
3．定期对锅炉除垢
保持锅炉受热面清洁是确保锅炉高热效率的前提之一。对于工业锅炉，当水垢厚度达到1mm及以上或受热面严重锈蚀时，应进行除垢。直流和贯流锅炉出现排烟温度升高或出力下降时应进行除垢。工业锅炉清除受热面1mm的水垢可提高锅炉效率3％～5％。工业锅炉除垢的方式有酸洗除垢、碱煮除垢和运行除垢三种方式，其中酸洗除垢的效果最好。碱煮除垢等因水垢类型的不同而异，碱煮完毕还要及时清除锅内脱落的水垢，以防止因脱落的水垢堵塞或淤积在受热面而发生过热烧损。运行除垢可以避免停机的麻烦，但时间较长，成本和运行控制要求相对较高。运行除垢时，锅水水质必须要符合GB/T 1576的规定，而且要科学控制加药量、排污率和锅炉负荷，防止除垢药剂被蒸汽携带而影响蒸汽质量。
一般情况下，工业锅炉除垢采用碱煮加酸洗的方式或直接酸洗。酸洗除垢要制定合适的程序和工艺才能确保最大的除垢率和最小的腐蚀速度。
4．优化锅炉除氧方式
锅炉房总蒸发量大于等于10t/h的锅炉采用真空除氧技术代替热力除氧。真空除氧是一种节能型除氧方法，最突出的特点就是除氧水的温度与锅炉给水温度(20 0C～60 0C)相匹配，还可以解决低位安装问题。真空除氧器维持在8kpa时，给水温度达到60 0C就能达到除氧目的，既节约蒸汽，又减少排烟损失。同大气式热力除氧相比它更能发挥锅炉省煤器的作用，降低排烟温度，提高锅炉效率。对于蒸发量小或采用机械除氧有难度的锅炉房，在给水系统或锅内添加高效化学除氧剂是一种有效、经济的除氧方式。除氧剂的添加应采用密闭加药系统和加药泵，这样可降低或消除氧腐蚀而引发的炉管损坏和腐蚀产物的生成。
5．合理控制再生比耗，回收利用制水过程废水(液)
水处理设备再生过程的再生剂比耗必须控制在规定的范围。同时加强水处理设备运行管理，保证水处理设备正常的运行周期。水处理设备再生过程产生的清洗水回收可以送回运行系统，经分析后根据实际情况，可以作为某一交换器的进水；也可以将其收集起来，作为下次再生时的反洗用水，或作为循环冷却水系统的补充水、冲灰水等。
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对策措施，这样才能实现最大的节能效果。
(作者单位：广州市特种承压设备检测研究院)