徐仁
浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 315722
摘 要
工业锅炉在现代工业上占据着十分重要的地位，而水质是工业锅炉的血液，加强水处理是保证锅炉能效的关键。随着全球资源枯竭问题日益明显，节能减排成为重工业行业生存和生产的利剑。我国燃料行业整体呈现规模小，产业群分散，经营主体意识薄弱等问题，大部分锅炉企业对于水处理基本设施建设不到位，锅炉能效上不去，资源存在较大的浪费。同时，我国水质污染问题严峻，原水尚远达不到工业锅炉的要求。工业锅炉的水处理工作是连续关联的，可能发生在原水处理、锅水处理和冷凝水处理阶段，这些水处理都要依赖于水处理设备。锅炉水处理与锅炉能效密切相关，成为锅炉行业发展的瓶颈问题。本研究重点展示了工业锅炉水处理和锅炉能效间的关联，并提出有效的水处理方法，本文将为工业锅炉行业提供一定的参考意义。
关键词：水处理 除氧 冷凝水 排污率
1 工业锅炉水处理工作介绍
据调查，我国工业锅炉50～70%均处于低负荷运作状态，且实际能效比鉴定能效还要低10～15%，一方面是因为工业锅炉设计与实际能耗需求不匹配，另一方面是因为锅炉用水水质不稳定造成的。GB/T1576-2018[1]中明确规定了锅炉给水和锅水的水质要求，锅水需要加药处理，但给药后的水质不能影响正常的生活和生产需要。常见的工业锅炉的能效评价参数包括热效率、炉渣可燃物比例、锅炉外壁升温指数、锅炉排烟温度、排烟空气系数等。
工业原水中含有大量的杂质，如肉眼可见悬浮物、水溶性杂质、有机胶体、机械杂质、无机盐等，这些杂质进入到锅炉或管道后，易造成管道阻塞锈蚀、锅炉局部爆沸、破坏电离平衡，甚至这些杂质在高温下发生化学反应，如有机胶体在高温环境中产生大量泡沫，易诱发安全事故。实际上，我国超过70%能源行业未配置或低配置锅炉水处理装置，同时缺乏锅炉给药的工作习惯，尤其是在偏远落后的山区。锅炉水质不达标，安全事故频频发生，锅炉结垢严重，锅炉传热不均匀，锅炉能效也严重受限[2]。因此，锅炉水处理对于锅炉能效的提升具有重要的实践价值。
2 水处理对锅炉能效的影响
2.1 锅炉受热面受损
工业原水中存在大量的阳离子，如Ca2+，Mg2+，Zn2+，Na+，且水质越硬，阳离子浓度越高[3]。在常温常压下这些阳离子处于溶解状态，在锅炉高温环境中发生的变化包括：（1）盐的溶解度下降，离子析出；（2）碳酸氢盐及铵盐分解，CO2或NH3挥发，盐离子析出；（3）环境中电荷发生转移，阳离子间发生聚合反应，从而沉淀下来。这些盐离子附着在冷凝管或锅炉内壁，造成管道鼓包、腐蚀、蠕变甚至爆管。为了保证锅炉的热能效，通常需要加大燃料投入，受热面管道受高温腐蚀严重。冷却水中的杂质易在管道折角处堆积聚集产生大量水垢，水垢导致锅炉内壁受热不均匀，水循环遭受破坏，易发生爆管现象。水垢的堆积造成输送管道实际的流通直径变小，内壁变得粗糙，这会造成水流和气流输送受阻。受损的锅炉一方面出力效果变差，另一方面锅炉的寿命也受到严重的损害，这对于企业来说是必须努力避免的。
2.2锅炉热转化率降低
锅炉的出力效果是锅炉能效的重要指标之一，水垢的形成严重影响锅炉的能效。彭建华等人[4]研究中，随着工业锅炉水垢厚度增加，锅炉的热传导率呈现线性下降趋势，当水垢厚度达到0.5cm时，热传导率不足96%；当水垢厚度超过0.5cm后，锅炉的热传导率下降速度明显加快；当水垢厚度达到0.95cm时，热传导率下降至90%。同样地，随着水垢厚度增加，锅炉的能效损耗率呈线性上升；当水垢厚度为0.1cm时，锅炉能耗损伤约1%；当水垢厚度增加至0.6cm，能耗损失率达到4.0%。锅炉水垢的主要成分是钙、铁、镁等重金属盐离子，他们吸附能力极强，不易去除。后期通过外力强制去除水垢，还会对锅炉内壁造成不可修复的损伤。锅炉内壁的损伤通常也会影响锅炉的热能效。
2.3 除氧不足引起的锅炉腐蚀
锅炉长期处于高温环境中，冷却水除氧不完全会造成锅炉内壁腐蚀，氧气是锅炉管道腐蚀的重要元素。工业原水通常暴露在大气中，溶解氧处于饱和状态，直接食用工业原水会对其流经的管路均造成腐蚀，可能造成管道内壁金属氧化物的加速附着。通常，大型锅炉的进水口都需要安装除氧装置，常见的除氧方法是热力除氧、真空除氧、化学除氧、解析除氧等。热力除氧是目前应用最为广泛的除氧方法，其原理是通过加热加压，降低气体（包含O2、N2、CO2等）在水中的溶解度，挥发到液面上方的排气，随着蒸汽一起排放，即达到除氧目的。真空除氧是在低温下进行，需要的能耗较少，它利用真空泵对原水进行真空处理，保证原水在低温下沸腾，从而脱除溶解在水中的气体。化学除氧多用于锅炉给药处理，利用化学试剂的吸氧能力来达到除氧目的，常用的化学除氧剂包括亚硫酸盐、联氨、铁屑等。
2.4冷凝水回收率低
耗水量也是工业锅炉能耗的重要组成部分，对冷凝水的回收利用可形成工业循环水闭环，可以有效减少能耗，提高锅炉的实际热能效。冷凝水的主要特点是PH值较低，富含固体杂质或溶解性金属离子，直接回收会对锅炉造成腐蚀或阻塞。锅炉冷凝水的回收需要经过科学的净水处理后，才能再次利用。在我国，锅炉行业对于冷凝水的回收意识薄弱，大量60～90℃的冷凝水被直接排放，一方面造成资源浪费，另一方面可能会对环境造成污染。据调研数据显示，我国仅20%锅炉企业对冷凝水进行了科学地回收利用，如果将冷凝水的回收率提升至80%以上，可以减少10～20%锅炉能效损失率，这对于生产企业来说无疑是节省了一大笔成本费用[5]。尽管冷凝水回收及净水装置需要大量的投入，但从长远经济效益上考虑，对冷凝水的利用可大大提升锅炉能效。
2.5排污率
工业锅炉的排污是指定期将锅炉内残渣或析出的盐排出的过程，这是保证工业锅炉正常运行的重要环节。锅炉的给药处理，有效避免了水垢的形成，但水渣的产生是无法避免的，水渣就需要通过排污去除。工业排污不及时，水渣会堵塞管道，同时还会腐蚀锅炉内壁。但是过于频繁地排污会造成热能的大量损耗，不利于锅炉能效的保持。锅炉排污频率并不是固定的，它与原水质量、锅炉质量、运作时间、是否给药等密切相关，每个企业都应该制定因地制宜的排污计划。有研究表明，排污率每增加1%，锅炉能效会下降0.5%作用。工业上，常用的排污手段是连续排污和定期排污，目的都是在保证锅炉能效的前提下尽可能排污。
3水处理建议
基于锅炉效能的工业锅炉水处理建议如下：（1）加强原水水质控制 原水的水质不确定因素较多，是降低锅炉能效的重要诱因之一。水质PH是一项重要的参考指标，低PH的水容易腐蚀管道和锅炉内壁，高PH的水易形成水垢。常见的原水处理方式包括，自然沉淀、锅炉、反渗透、离子交换等。（2）锅炉给药 锅炉给药一方面是减少盐离子的附着形成水垢，另一方面是将水垢变得蓬松，易清除。常用的给药实际是，纯碱、磷酸盐、腐植酸钠等。此外，锅炉保护剂可以在锅炉内壁形成保护膜，减少金属离子附着，阻止水垢形成。（3）科学地排污 为了保证锅炉能效，科学、合理地排污是非常重要的。排污既要达到清除水渣的目的，还要避免造成能量的损耗。（4）积极引入先进水处理技术 水处理技术日益更新换代，而我国大多数工业锅炉还处于落后水平，政府应鼓励中小型企业引进国内外先进的水处理技术，加大水处理人才储备，实施可发展的战略路线。（5）建立完善的水处理体系 锅炉行业的水处理涉及到多个环节，一个环节点的把控并不能保证锅炉能效，需要加强整个链条的水质监控。企业应加大水处理基础设施的建设，从源头上提升锅炉能效。
参考文献
[1] GB/T 1576-2018.工业锅炉水质, 2018[S].
[2] 刘丹. 浅谈工业锅炉水处理与节能[J]. 工程技术与管理(英文), 2020, 4(2): 91-93.
[3] 张海蓉. 工业锅炉水处理对锅炉能效的影响分析[J]. 纳税, 2017, 10(18):169-169.
[4] 彭建华, 王晓晖, 李蜀伟,等. 提高锅炉能效的方法[J]. 科技和产业, 2013, 13(9): 155-158.
[5] Thomas H, Durkin P E. Boiler system efficiency[J]. ASHRE Journal, 2006, 48: 51-57.