孫 磊 錢 銳

（煙臺(tái)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東 煙臺(tái) 265500）

鍋爐進(jìn)水過程中，高導(dǎo)電性給水在溫度和壓力的協(xié)同作用下會(huì)引起爐內(nèi)水及其雜質(zhì)的物理和化學(xué)反應(yīng)。在水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中，由于水分的揮發(fā)，因此水中的雜質(zhì)會(huì)被濃縮、結(jié)晶，并最終沉淀在鍋爐表面。通常情況下，該過程會(huì)隨著一定的化學(xué)反應(yīng)[1]。如果爐水中的不溶物含量超過相應(yīng)的溶解程度，會(huì)在爐水中生成沉淀物，并在爐水中不斷析出。

1 某貫流蒸汽鍋爐的運(yùn)行工況

1.1 鍋爐房設(shè)備運(yùn)行工藝與技術(shù)參數(shù)

將水放入鍋爐中加熱，既可以為水中雜質(zhì)提供一個(gè)合適的反應(yīng)條件，又可以使水中雜質(zhì)快速析出。從鍋爐中析出的固體如果懸浮在鍋爐內(nèi)，被稱為爐渣；如果沉積于受熱面，被稱作鈣鎂水垢。無論何種方式產(chǎn)生的鍋爐水，都會(huì)增加鍋爐的排污及其運(yùn)行、維修費(fèi)用[2]。為解決此方面問題，應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目的具體需求進(jìn)行鍋爐水處理技術(shù)的研究。本文以某貫流蒸汽鍋爐為例，對(duì)鍋爐房的工藝流程進(jìn)行分析。其中鍋爐水流程如圖1所示。

圖1 鍋爐水流程

在該過程中應(yīng)明確，倒入鍋爐中的自來水需要經(jīng)過H-Na 交換床進(jìn)行離子交換。交換后的自來水進(jìn)入水箱，與凝結(jié)水進(jìn)行混合（凝結(jié)水來自熱交換裝置）。混合過程中由加壓泵進(jìn)行水體的加壓，將水送至鍋爐入口，再由鍋爐中的水泵將水送至鍋爐內(nèi)部進(jìn)行加熱、蒸發(fā)處理。在水泵將水送至鍋爐的過程中，自動(dòng)加藥裝置將同步向鍋爐中注入鍋爐水的處理藥劑[3]。鍋爐水加熱過程中產(chǎn)生的蒸汽將匯聚到分汽包中，由分汽包將蒸汽輸送到終端不同的用汽裝置內(nèi)。對(duì)該過程中的鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，見表1。在該基礎(chǔ)上，對(duì)貫流蒸汽鍋爐房中附屬設(shè)備的規(guī)格進(jìn)行分析，具體內(nèi)容見表2。

表1 某貫流蒸汽鍋爐運(yùn)行參數(shù)

表2 貫流蒸汽鍋爐房中附屬設(shè)備的規(guī)格

1.2 鍋爐給水設(shè)計(jì)

在上文基礎(chǔ)上進(jìn)行貫流蒸汽鍋爐房的鍋爐給水設(shè)計(jì)。給水設(shè)計(jì)方案由反滲透設(shè)備、預(yù)處理設(shè)備2 個(gè)主要設(shè)備構(gòu)成。鍋爐給水工藝流程如圖2所示。

圖2 鍋爐給水工藝步驟

在圖2 所述的步驟中，需要重點(diǎn)關(guān)注反滲透處理環(huán)節(jié)。原水經(jīng)過多道工序后，最終由反滲透裝置處理后進(jìn)入純水箱，為確保反滲透裝置可以在使用中取得預(yù)期效果，本文將超低壓反滲透膜作為裝置的主要構(gòu)成，其中超低壓反滲透膜的使用性能見表3。

表3 超低壓反滲透膜的使用性能

反滲透清洗時(shí)，無論前期鍋爐水經(jīng)過何種預(yù)處理工序，只要使用時(shí)間長(zhǎng)，反滲透膜上總會(huì)存在各種污染物與沉積物，會(huì)導(dǎo)致裝置整體性能下降（使水處理裝置的脫鹽率、產(chǎn)水量下降）。因此在日常的設(shè)備啟停時(shí)段，應(yīng)進(jìn)行反滲透膜的低壓沖洗與化學(xué)沖洗。沖洗過程如圖3所示。

圖3 反滲透膜的清洗工藝

2 高電導(dǎo)率給水條件下貫流蒸汽鍋爐水處理方案確定

處理貫流蒸汽鍋爐水時(shí)所需材料包括除氧劑、亞硫酸鈉（Na2SO3）。腐蝕試片包括鹽酸、丙酮和無水乙醇等。所需化學(xué)藥品均為分析純。除此之外，用到的材料還包括純水和EQ3F-N。處理過程中所需設(shè)備包括溶解氧測(cè)定裝置、光電天平、干燥箱、電導(dǎo)率儀和pH 值測(cè)量裝置等。

為選擇恰當(dāng)?shù)某鮿?，可稱取5 種不同的除氧劑，并分別配制濃度為20mg/L 的溶液，將其投入灌流蒸汽鍋爐中。鍋爐內(nèi)盛有溫度為55℃的軟水[4]。通過在線測(cè)定的方式，在1h 內(nèi)觀察溶解氧的變化情況，結(jié)合得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算溶解氧的殘留率，并將殘留最少的一組所對(duì)應(yīng)的除氧劑為最佳除氧劑。溶解氧殘留率的計(jì)算如公式（1）所示。

式中：E代表溶解氧的殘留率；W代表總含氧量；T表示氣溫；Pb表示溶解氧的飽和度；Ps表示實(shí)際測(cè)得的溶解氧飽和度。

完成對(duì)除氧劑的選擇后，還需要進(jìn)行緩蝕掛片測(cè)試。將選取的腐蝕掛片分別編號(hào)并稱重，將其放置在貫流蒸汽鍋爐中，并分上、中、下3 個(gè)部分放置[5]。啟動(dòng)貫流蒸汽鍋爐，分別在加入復(fù)合除氧劑和未加入復(fù)合除氧劑的情況下持續(xù)運(yùn)行100h，分析刮片的質(zhì)量變化。最后，在除氧劑投入濃度為100mg/L 的情況下設(shè)置3 組水樣條件，編號(hào)為A、B、C，記錄每組水樣加藥前、后的電導(dǎo)率，見表4。

分析表4 中的數(shù)據(jù)可知，3 組水樣加藥后的電導(dǎo)率平均提升了50μs/cm 以上。結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可知，在原水電導(dǎo)率為950μs/cm 的條件下，經(jīng)過反滲透處理后，理論上電導(dǎo)率可降至6.5μs/cm～9.8μs/cm，但實(shí)際上電導(dǎo)率可降至25.0μs/cm～29.0μs/cm[6]。因此，通過適量增加除氧劑，可以使貫流蒸汽鍋爐水電導(dǎo)率在60μs/cm 以上，從而滿足水處理所需的水位電極棒正常運(yùn)行的條件。

3 水處理系統(tǒng)中的主要設(shè)備操作

進(jìn)行水處理時(shí)，所需設(shè)備包括計(jì)量泵、機(jī)械過濾裝置、活性炭過濾裝置以及反滲透部分。為確保水處理效果滿足預(yù)期要求，需要明確各設(shè)備的操作規(guī)范，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)。計(jì)量泵又可分為絮凝劑計(jì)量泵和阻垢劑計(jì)量泵。水中投入的絮凝劑的主要作用是將水中的膠體、有機(jī)物等進(jìn)行絮凝處理，以此提升機(jī)械過濾裝置的過濾效果。如果原水的濁度較低，機(jī)械過濾裝置直接過濾產(chǎn)水能符合規(guī)定要求，可以不加入絮凝劑。在操作過程中需要注意，絮凝劑應(yīng)當(dāng)存放在避光陰涼處，其保存期限為1年[7]。配制好的溶液應(yīng)當(dāng)放置在不超過15℃的環(huán)境中，并保證在4 天內(nèi)用完。如果放置的環(huán)境溫度超過15℃，則必須確保在2 天內(nèi)用完。向水中加入阻垢劑的主要作用是防止RO 膜元件結(jié)垢。阻垢劑計(jì)量泵采用的阻垢劑為PC-191 阻垢劑，遇到水中的鈣鎂離子后會(huì)發(fā)揮阻垢作用，同時(shí)對(duì)二氧化硅、鐵等均有一定屏蔽作用。

機(jī)械過濾w 裝置內(nèi)部填充物可選用石英砂和無煙碳。該裝置出水質(zhì)量會(huì)直接影響反滲透裝置的使用壽命。機(jī)械過濾裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 機(jī)械過濾裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)械過濾裝置操作程序與閥門開關(guān)位置要求見表5。進(jìn)行機(jī)械過濾裝置操作時(shí)，其基本程序及閥門的開關(guān)位置應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照表5 中的內(nèi)容執(zhí)行。

按照表5 中記錄的程序和閥門開關(guān)規(guī)定位置進(jìn)行水處理操作，不同程序步驟有不同的工藝要求。運(yùn)行時(shí)，要求將流量控制為工作流量；需要排氣閥出水后才能停止排氣；防水需要降至濾層的20cm～30cm；反沖松層的流量應(yīng)從小到大循序漸進(jìn)，時(shí)間應(yīng)控制在5min～10min；正洗時(shí)流量應(yīng)從大到小，出水合格后才能進(jìn)入活性炭過濾裝置。在反滲透操作中，涉及的計(jì)算包括對(duì)脫鹽率和回收率的測(cè)定，可將公式（2）、公式（3）作為依據(jù)完成相應(yīng)操作。

式中：Ry代表脫鹽率；Cp代表產(chǎn)水時(shí)的電導(dǎo)率；Cf代表進(jìn)水時(shí)的電導(dǎo)率。

式中：Y代表裝置的回收率；Vp代表產(chǎn)水時(shí)的流量；Vf代表進(jìn)水時(shí)的流量；Vr代表濃水流量。

機(jī)械過濾裝置過濾出的水從RO 泵增壓進(jìn)入RO 組件，第一段RO 組件濃水作為第二段RO 組件進(jìn)水，第二段RO組件濃水排放地溝，第一段與第二段RO 組件產(chǎn)生的水經(jīng)過管道輸送到純水箱，即完成了鍋爐水處理。

4 結(jié)語(yǔ)

由于鍋爐水中含有雜質(zhì)，隨著鍋爐中的水分不斷蒸發(fā)、凝聚，鍋爐中的鹽含量逐漸增加，同時(shí)，鍋爐中水的表面張力越來越大，水開始沸騰，鍋爐中會(huì)產(chǎn)生大量氣泡。氣泡破碎后，會(huì)有大量水滴從熔爐中分離出來。由于水蒸氣會(huì)帶出一定鹽分，造成水蒸氣渾濁，因此鍋爐使用過程會(huì)導(dǎo)致水蒸氣污染，降低水蒸氣品質(zhì)。另外，當(dāng)鍋爐水出現(xiàn)汽水蒸騰現(xiàn)象時(shí)，由于汽水液面不透明，使鍋爐水水位產(chǎn)生大幅波動(dòng)，形成假水位，影響鍋爐安全運(yùn)行，因此需要采取一定措施進(jìn)行鍋爐水處理。為規(guī)范鍋爐水處理，本文研究、設(shè)計(jì)了規(guī)范的鍋爐水處理技術(shù)方案，在明確鍋爐運(yùn)行工況的基礎(chǔ)上，提出了水處理方案中不同設(shè)備的操作與維護(hù)方法，以期降低鍋爐運(yùn)行過程中的排污率。在后續(xù)研究中，還需加大對(duì)冷凝水處理藥劑研究的投入，通過回收并再利用鍋爐水中的冷凝水改進(jìn)鍋爐運(yùn)行過程。