高电导率给水条件下贯流蒸汽锅炉水处理技术研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（上）-62-工 业 技 术锅炉进水过程中，高导电性给水在温度和压力的协同作用下会引起炉内水及其杂质的物理和化学反应。在水由液态变为气态的过程中，由于水分的挥发，因此水中的杂质会被浓缩、结晶，并最终沉淀在锅炉表面。通常情况下，该过程会随着一定的化学反应1。如果炉水中的不溶物含量超过相应的溶解程度，会在炉水中生成沉淀物，并在炉水中不断析出。1 某贯流蒸汽锅炉的运行工况1.1 锅炉房设备运行工艺与技术参数将水放入锅炉中加热，既可以为水中杂质提供一个合适的反应条件，又可以使水中杂质快速析出。从锅炉中析出的固体如果悬浮在锅炉内，被称为炉渣；如果沉积于受热面，被称作钙镁水垢。无论何种方式产生的锅炉水，都会增加锅炉的排污及其运行、维修费用2。为解决此方面问题，应根据工程项目的具体需求进行锅炉水处理技术的研究。本文以某贯流蒸汽锅炉为例，对锅炉房的工艺流程进行分析。其中锅炉水流程如图 1 所示。在该过程中应明确，倒入锅炉中的自来水需要经过H-Na 交换床进行离子交换。交换后的自来水进入水箱，与凝结水进行混合（凝结水来自热交换装置）。混合过程中由加压泵进行水体的加压，将水送至锅炉入口，再由锅炉中的水泵将水送至锅炉内部进行加热、蒸发处理。在水泵将水送至锅炉的过程中，自动加药装置将同步向锅炉中注入锅炉水的处理药剂3。锅炉水加热过程中产生的蒸汽将汇聚到分汽包中，由分汽包将蒸汽输送到终端不同的用汽装置内。对该过程中的锅炉运行参数进行分析，见表 1。在该基础上，对贯流蒸汽锅炉房中附属设备的规格进行分析，具体内容见表 2。1.2 锅炉给水设计在上文基础上进行贯流蒸汽锅炉房的锅炉给水设计。给水设计方案由反渗透设备、预处理设备 2 个主要设备构成。锅炉给水工艺流程如图 2 所示。在图2所述的步骤中，需要重点关注反渗透处理环节。原水经过多道工序后，最终由反渗透装置处理后进入纯水箱，为确保反渗透装置可以在使用中取得预期效果，本文高电导率给水条件下贯流蒸汽锅炉水处理技术研究孙磊钱锐（烟台市特种设备检验研究院，山东 烟台 265500）摘 要：本文针对目前贯流蒸汽锅炉无法实现安全、经济运行的问题，在高电导率给水条件下研究贯流蒸汽锅炉水处理技术。本文以某贯流蒸汽锅炉运行工况为研究背景，明确锅炉房设备运行工艺与技术参数，并对锅炉进行给水设计。通过选择材料、设备等，确定锅炉水处理的方案，并对水处理系统中用到的各设备的基本操作进行规范设计。应用新的水处理技术后，可以将锅炉内水的 pH 值和电导率控制在规定范围内，同时减少锅炉炉水的排污量，减少热量损失，达到安全、经济运行的目的。关键词：高电导率；给水条件；贯流；蒸汽；锅炉；水处理中图分类号：TK22文献标志码：A表 1 某贯流蒸汽锅炉运行参数额定蒸发量（kg/h）发生热量（J）设定压力（Pa）热效率（%）使用燃料燃料消耗量（kg/h）主机设备电力（kW）电源（V）3000812976068588607848093天然气2109.5三相200图 1 锅炉水流程中国新技术新产品2024 NO.1（上）-63-工 业 技 术将超低压反渗透膜作为装置的主要构成，其中超低压反渗透膜的使用性能见表 3。表 2 贯流蒸汽锅炉房中附属设备的规格设备材质数量或规格分汽包20#1台烟囱不锈钢3套给水加压泵不锈钢2台；流量为12.5m3/h自动台数控制盘/单相；50Hz配电盘/1台分水包Q235-A1台回水包Q235-A1台除污器Q235-A1台采暖循环泵/2台供暖汽水换热器换热管为不锈钢2台；扬程：20m；流量为160m3/h淋浴用循环水泵/2台淋浴换热器/2台落地膨胀水箱/1台反渗透清洗时，无论前期锅炉水经过何种预处理工序，只要使用时间长，反渗透膜上总会存在各种污染物与沉积物，会导致装置整体性能下降（使水处理装置的脱盐率、产水量下降）。因此在日常的设备启停时段，应进行反渗透膜的低压冲洗与化学冲洗。冲洗过程如图 3 所示。2 高电导率给水条件下贯流蒸汽锅炉水处理方案确定处理贯流蒸汽锅炉水时所需材料包括除氧剂、亚硫酸钠（Na2SO3）。腐蚀试片包括盐酸、丙酮和无水乙醇等。所需化学药品均为分析纯。除此之外，用到的材料还包括纯水和EQ3F-N。处理过程中所需设备包括溶解氧测定装置、光电天平、干燥箱、电导率仪和 pH 值测量装置等。为选择恰当的除氧剂，可称取 5 种不同的除氧剂，并分别配制浓度为 20mg/L 的溶液，将其投入灌流蒸汽锅炉中。锅炉内盛有温度为 55的软水4。通过在线测定的方式，在 1h 内观察溶解氧的变化情况，结合得到的数据，计算溶解氧的残留率，并将残留最少的一组所对应的除氧剂为最佳除氧剂。溶解氧残留率的计算如公式（1）所示。EWT PPW?0 00306100.%bs（1）式中：E 代表溶解氧的残留率；W 代表总含氧量；T 表示气温；Pb表示溶解氧的饱和度；Ps表示实际测得的溶解氧饱和度。完成对除氧剂的选择后，还需要进行缓蚀挂片测试。将选取的腐蚀挂片分别编号并称重，将其放置在贯流蒸汽锅炉中，并分上、中、下 3 个部分放置5。启动贯流蒸汽锅炉，分别在加入复合除氧剂和未加入复合除氧剂的情况下持续运行 100h，分析刮片的质量变化。最后，在除氧剂投入浓度为 100mg/L 的情况下设置 3 组水样条件，编号为A、B、C，记录每组水样加药前、后的电导率，见表 4。分析表 4 中的数据可知，3 组水样加药后的电导率平均提升了 50s/cm 以上。结合实际工程经验可知，在原水电导率为 950s/cm 的条件下，经过反渗透处理后，理论上电导率可降至 6.5s/cm9.8s/cm，但实际上电导率可降至25.0s/cm29.0s/cm6。因此，通过适量增加除氧剂，可以使贯流蒸汽锅炉水电导率在 60s/cm 以上，从而满足水处理所需的水位电极棒正常运行的条件。3 水处理系统中的主要设备操作进行水处理时，所需设备包括计量泵、机械过滤装置、活性炭过滤装置以及反渗透部分。为确保水处理效果满足预期要求，需要明确各设备的操作规范，并对其进行运行维护。计量泵又可分为絮凝剂计量泵和阻垢剂计量泵。水中投入的絮凝剂的主要作用是将水中的胶体、有机物等进图 2 锅炉给水工艺步骤图 3 反渗透膜的清洗工艺表 3 超低压反渗透膜的使用性能反渗透膜材质单支膜元件水回收率最高操作压力最高进水流量最高进水温度进水pH范围最高进水自由氯浓度单支膜元件上浓缩水与透过水量的最小比例芳香族聚酷胺复合材料15%600MPa75m3/h453100.1mol/L51中国新技术新产品2024 NO.1（上）-64-工 业 技 术行絮凝处理，以此提升机械过滤装置的过滤效果。如果原水的浊度较低，机械过滤装置直接过滤产水能符合规定要求，可以不加入絮凝剂。在操作过程中需要注意，絮凝剂应当存放在避光阴凉处，其保存期限为 1 年7。配制好的溶液应当放置在不超过 15的环境中，并保证在 4 天内用完。如果放置的环境温度超过 15，则必须确保在 2 天内用完。向水中加入阻垢剂的主要作用是防止 RO 膜元件结垢。阻垢剂计量泵采用的阻垢剂为 PC-191 阻垢剂，遇到水中的钙镁离子后会发挥阻垢作用，同时对二氧化硅、铁等均有一定屏蔽作用。表 4 电导率测试结果数据记录表水样编号加药前电导率（s/cm）加药后电导率（s/cm）A5.157.9B29.554.7C2.361.3机械过滤w装置内部填充物可选用石英砂和无烟碳。该装置出水质量会直接影响反渗透装置的使用寿命。机械过滤装置的基本结构示意图如图 4 所示。机械过滤装置操作程序与阀门开关位置要求见表 5。进行机械过滤装置操作时，其基本程序及阀门的开关位置应当严格按照表 5 中的内容执行。表 5 机械过滤装置操作程序与阀门开关位置要求表程序阀门排气阀 进气阀 上排阀 下排阀 上进阀 出水阀 下进阀运行OFFOFFOFFOFFONONOFF排气ONOFFOFFOFFONOFFOFF反洗-放水ONOFFOFFONOFFOFFON反洗-反冲松层OFFOFFONOFFOFFOFFON反洗-水大反洗OFFOFFONOFFOFFOFFON正洗OFFOFFOFFONOFFOFFOFF按照表 5 中记录的程序和阀门开关规定位置进行水处理操作，不同程序步骤有不同的工艺要求。运行时，要求将流量控制为工作流量；需要排气阀出水后才能停止排气；防水需要降至滤层的 20cm30cm；反冲松层的流量应从小到大循序渐进，时间应控制在 5min10min；正洗时流量应从大到小，出水合格后才能进入活性炭过滤装置。在反渗透操作中，涉及的计算包括对脱盐率和回收率的测定，可将公式（2）、公式（3）作为依据完成相应操作。RCCypf?1100%（2）式中：Ry代表脱盐率；Cp代表产水时的电导率；Cf代表进水时的电导率。YVVVVV?pfppr100%（3）式中：Y 代表装置的回收率；Vp代表产水时的流量；Vf代表进水时的流量；Vr代表浓水流量。机械过滤装置过滤出的水从 RO 泵增压进入 RO 组件，第一段 RO 组件浓水作为第二段 RO 组件进水，第二段 RO组件浓水排放地沟，第一段与第二段 RO 组件产生的水经过管道输送到纯水箱，即完成了锅炉水处理。4 结语由于锅炉水中含有杂质，随着锅炉中的水分不断蒸发、凝聚，锅炉中的盐含量逐渐增加，同时，锅炉中水的表面张力越来越大，水开始沸腾，锅炉中会产生大量气泡。气泡破碎后，会有大量水滴从熔炉中分离出来。由于水蒸气会带出一定盐分，造成水蒸气浑浊，因此锅炉使用过程会导致水蒸气污染，降低水蒸气品质。另外，当锅炉水出现汽水蒸腾现象时，由于汽水液面不透明，使锅炉水水位产生大幅波动，形成假水位，影响锅炉安全运行，因此需要采取一定措施进行锅炉水处理。为规范锅炉水处理，本文研究、设计了规范的锅炉水处理技术方案，在明确锅炉运行工况的基础上，提出了水处理方案中不同设备的操作与维护方法，以期降低锅炉运行过程中的排污率。在后续研究中，还需加大对冷凝水处理药剂研究的投入，通过回收并再利用锅炉水中的冷凝水改进锅炉运行过程。参考文献1 牛国印，全勤俭，潘伟峰，等.新型锅炉水处理剂在锅炉运行中的应用总结 J.氮肥与合成气，2023，51（7）：48-49.2 程会芹，田国良.全膜法水处理技术在电厂锅炉补给水处理中的应用 J.现代工业经济和信息化，2022，12（11）：142-144.3 孙玉豹，崔刚，张卫行，等.海上油田过热蒸汽锅炉水处理设备设计及应用 J.石油化工应用，2022，41（11）：36-39，58.4 宫景雯，窦培举，高鹏，等.膜式除氧器在海上热采锅炉给水处理中的应用 J.科技和产业，2022，22（10）：390-393.5 王克尔.对工业锅炉节能水处理工艺及其运行模式的分析J.中国设备工程，2022（13）：98-100.6 张晶晶，吴梦怡.探讨电厂锅炉补给水处理中全膜法处理工艺的应用 J.清洗世界，2022，38（6）：24-25，92.7 张宝军，王永.某锅炉补给水处理系统周期制水量下降的原因分析及解决措施 J.给水排水，2021，57（增刊2）：281-283.图 4 机械过滤装置的基本结构示意图