锅炉自动消垢净与水处理技术现状介绍

专家姓名：朱明君　　类别：无酸型、无腐蚀、无清洗操作的高效清洗技术

锅炉自动消垢净与水处理技术现状介绍
一、前言
为保证工业锅炉安全、经济运行，对锅炉给水品质和水处理技术的要求越来越高。目前广泛使用的炉外水处理设备钠离子交换器虽然严格操作也能达到锅炉给水水质的要求，但因其操作繁琐，分析结果受药品质量、化验人员素质、水平等诸多因素的影响，交换终点往往不能准确判定，从而不可避免地造成锅炉结垢。鉴于这种状况，科研人员经过多年努力，成功研制出了新型炉内水处理药剂——自动消垢净。该产品具有操作简单、阻垢效率高、费用低等优点，经多年实际工业应用，已逐渐被用户接受、采用，成为一种理想的代替炉外水处理的锅内水处理药剂。
二、钠离子交换器及其基本工作原理
最早出现的连续式离子交换水处理设备是移动床和流动床，其主要特点是：离子交换的各主要过程，是在不同的设备中同时进行的，而在交换过程中，树脂是移动或流动的。此类设备由于系统庞大，工艺流程较为复杂，对操作者的水平要求较高，而不能被一般锅炉房采用。近年来，经过水处理科学工作者的不断探索试验，研制出一种新型的连续式离子交换水处理设备——自动切换钠离子交换器，它是采用以液体移动代替树脂移动的一种新型连续水处理设备，具有设备结构简单、运行可靠、自动化工作等优点，目前锅炉房常见的为四柱型自动切换钠离子交换器。
四柱型自动切换钠离子交换器基本工作原理：
四柱型自动切换钠离子交换器在运行状态时，原水由交换柱底部进入，经下部配水装置配匀后，进入床层（交换树脂RNa），靠上升水流将交换树脂以密实的状态向上托起，使交换树脂在整个运行过程中呈悬浮状态，并在其交换柱底部形成高度约100mm的水垫层空间，作为床层体积变化的缓冲高度和使水流分配均匀。在水流经床层时，原水中的Ca2+、 Mg2+等阳离子与交换剂中的Ca+进行交换反应，从而使水得到了软化，其反应式如下：
2RNa+Ca2(Mg2+)→R2Ca(R2Mg)+2Na+
处理好的软化水经上部配水装置引出交换柱体外，当床层失效后，进入交换柱底部的水流强度减弱，床层靠自重整体下落（称为落床），于是交换柱由运行状态转入再生状态。
再生状态其过程与软化过程相反，Na+与交换剂中的Ca2+、 Mg2+离子进行再生反应，使交换剂重新恢复其交换能力，其反应式如下：
R2Ca(R2Mg)+2Na+→2RNa+Ca2(Mg2+)
再生液及清洗水由交换器底部排出。
四柱型自动切换钠离子交换器由四个交换柱交换工作，四个交换柱用外部管系连接协调工作，从而实现连续产水。
三、低压锅炉水质标准（GB1575-1996）
钠离子交换器的正常使用有效防止了Ca2+、 Mg2+的结垢，但锅水中溶解氧腐蚀问题在高温下便显得尤为突出。为有效解决防垢、防腐问题，劳动部制定了低压锅炉水质标准。
（一）名词解释
1.锅水：指锅炉运行时，在其本体（锅筒、水冷壁管）的蒸发系统中流动着的水。
2.排污水：为了防止锅炉结垢和改善蒸汽品质，有意识的用排污的方法排出一部分锅水，这部分排出的锅水称为排污水。
3.硬度：指水中重金属离子含量总和，可简化为水中Ca2+与 Mg2+的总和。
符号： H 单位：mmol/l(1/2Ca2+、1/2 Mg2+)
4.碱度：指水中能被酸中和的所有物质，即水中HCO-3、CO2-3、OH-含量的总和。
OH-+H+→H2O
CO2-3+H+→HCO-3
HCO-3+H+→H2O+CO2
符号：A其中A给－给水碱度；A锅－锅水碱度；单位：mmol/l。
（二）水质标准有关规定
1.pH=10～12；
2.A锅=6～24；
3.H≤0.03mmol/l（蒸汽锅炉）；
H≤0.6mmol/l（热水锅炉）；
4.溶解氧≤0.1mg/l（热水锅炉）。
（三）有关解释
锅水维持足够碱度的作用：
1.加大形成水渣的可能性，起到防垢作用。
2OH-+Mg2+→Mg(OH)2↓水渣形成过程也是自然碱度的软化过程。
CO2-3+Ca2+→CaCO3↓
上述反应从而减少了CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2等非碳酸盐硬度出现的可能性，起到了抑制作用（减少形成硬垢的可能性）。
2.维持锅水pH值在10－12范围可减少氧的腐蚀作用，OH-大小决定了锅水中pH
值大小。
在一定范围内，O2腐蚀速度可以降低为零。
维持锅水碱度达标、pH值达标是防垢、防腐的首要条件。碱度与pH值的关系：碱度达标pH值一定合格；但pH值达标，碱度不一定合格。
由于锅水中的碱度成份能防止锅炉设备结生坚硬的硅酸盐垢和因给水中的残留硬度引起的水垢。因此，锅水必须含有一定的碱度成份，锅水碱度规定了上限值是为了防止锅炉设备发生碱性腐蚀、苛性脆化和发生汽水共腾，保证蒸汽品质。
由以上说明可以看出，低压锅炉水质标准的制定，是为了有效解决锅炉设备防垢、防腐的问题，而锅炉阻垢灵的开发恰恰满足了这一要求，且操作简单。
四、锅炉自动消垢净的性能特点
1．高效防垢
锅炉自动消垢净是根据水中各种结垢离子的性质研制的螯合型高效阻垢剂，它采用化学配位场原理，使水中Ca2+、 Mg2+等重金属离子与锅炉阻垢灵发生螯合反应，形成稳定的可溶性螯合物（但不改变水中Ca2+、 Mg2+含量），从而有效防止锅炉水中的结垢离子沉积形成水垢，对于给水中硫酸根离子和硅化合物含量较高的地区，可有效防止锅炉及其它热交换设备生成难溶性水垢。
2．防腐
其防腐原理主要来自两个方面：
首先，锅炉阻垢灵本身含有防腐成份，可在锅炉金属表面形成防腐保护膜，从而防止金属腐蚀；
其次，使用锅炉阻垢灵可在锅炉金属表面形成0.1～0.2mm的自脱性垢层，当垢层再增加时，由于阻垢灵的介入，使垢层分子与金属间的排斥力大于垢层与金属间的粘合力，从而使其脱落随排污排出。如此周而复始，锅炉金属表面始终有一层0.1～0.2mm左右的水垢层，这好比给金属穿上了一层保护衣，防止了水及水中溶解氧与金属的直接接触，从而有效防止了锅炉运行过程中的腐蚀损伤。
理论研究和锅炉实际运行状况都证明，当锅炉保持绝对干净运行时，水及水中溶解氧的腐蚀问题便尤为突出。当水垢小于0.5mm时，垢层对金属导热性影响不大，但可防止水及溶解氧对金属的腐蚀；当垢层大于0.5mm时，对热传导的影响增大，造成能耗增加；当垢层大于2mm时，对锅炉的安全运行不利，且造成能源的极大浪费。因此可以看出，锅炉自动消垢净的作用机理适应了实际应用中防腐的要求。
五、锅炉自动消垢净的使用范围、方法及注意事项
1.使用范围
各种低压蒸汽锅炉、热水锅炉、蒸汽发生器、蒸馏水器、内燃机水冷却系统及其它热交换设备。
2.使用方法
按每吨25克将本品加入给水箱，混匀后注入锅炉，补水时同比例加入。
蒸汽锅炉每班排污1次，排污率8-10%；蒸汽发生器、蒸馏水器每天排污1次。
3.注意事项
硬度小于3mmol/L时，用量可减至13-15克。
硬度较高时（地下水）应增加本品用量，并加强排污。
排污时各排污点均应排到。停炉时应将各排污阀全开，使污水排尽，并用清水冲净水渣，以防堵塞。
本品安全无毒，不进入蒸汽，食品、酿酒、生活等蒸汽锅炉也可使用。
六、锅炉自动消垢净代替钠离子交换器的可行性分析
锅炉自动消垢净是研制开发的代替锅外水处理装置——钠离子交换器的新型炉内水处理药剂，它具有稳定Ca2+、 Mg2+等结垢离子能力强，简化水处理操作程序，降低水处理成本等特点，可对企业起到减员、增效、节能等作用，具有广泛的应用前景。
（一）钠离子交换器在实际应用中存在的几个问题
1.在实际操作过程中，其分析化验结果与化验药品质量、化验人员操作水准及化验人员的责任心等有很大关系，这些因素常造成不能准确判断交换终点或不能及时判断交换终点，从而难免结垢离子通过交换树脂直接进入炉内而引起结垢，达不到有效防垢的目的。
2.钠离子交换器制取软化水限于一定能力，当企业生产需水量大时，或因体系失水补充频繁时，其处理能力达不到实际需水量，这种情况下难免有生水直接进入炉内现象（热水锅炉普遍存在）。
3.钠离子交换器的树脂遇见铁罐或给水管线内带来的锈垢极易发生中毒现象，使软化水处理不能正常进行。
4.树脂在使用过程中难免有破碎及失效现象，需不定期进行更换、填充。
（二）钠离子交换器在实际应用中产生的费用
钠离子交换器在使用过程中产生的费用一般由以下几个部分组成：
1.软化罐一次性投资费用及其折旧费；
2.再生剂（食盐）费用；
3.树脂费用；
4.再生时耗用的水费和清洗泵耗用的电费；
5.化验药品、器材费用；
6.化验人员工资费用。
另外，在实际应用中，尽管使用了钠离子交换器，使用锅炉仍不可避免造成了结垢的事实。这样，仍需不定期对锅炉进行化学清洗，需支付清洗费用。同时，酸洗还会对锅炉造成腐蚀损伤，缩短锅炉的使用寿命。
（三）部分小型锅炉无任何水处理措施
对一些小锅炉，往往因为经济或其它方面的因素，人们不会花较大费用为其配备软化水设备——钠离子交换器，而直接以生水进锅，这样造成锅炉迅速结垢以致能耗增加的现象也很普遍。
（四）锅炉自动消垢净的技术经济优势
1.技术可靠性
如前所述，只要在给水中按比例投入锅炉阻垢灵，便可起到高效防垢、防腐的作用，且阻垢灵的投加并没有严格的要求，可将药品按比例均匀加入给水，将一天的药量分2～3次投入锅炉。如果某一天因各种因素漏加，只需在第二天将用量加大（补足漏加的数量）投入即可，从整体上并不影响其防垢防腐的效果。
2.经济
用钠离子交换器进行处理，据各地水质状况的差异其处理也不尽相同，水质好的地区其处理成本最低可达2.50元/吨（包括水成本），水质差的地区其处理成本可达5.00元/吨（包括水成本），由此可以看出，以锅炉自动消垢净代替钠离子交换器进行水处理，可节约一定的成本费用。
3.使用方便性
省去离子交换处理繁琐的分析化验和树脂再生工艺，可不加碱调整锅水pH值，只备自动消垢净一种药品，将药按量投入供水箱内混匀即可。
由上述种种因素可以看出，锅炉自动消垢净的广泛应用具有现实意义，它不仅可有效防垢防腐，保证锅炉及其它热交换设备清洁运行，避免化学清洗，而且简化了水处理操作程序，只需将药品加入补水箱便可完成处理过程，且成本低廉。因此，锅炉自动消垢净代替钠离子交换器是切实可行的，具有广泛的应用前景。
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发表时间：2015-07-17

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