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[摘 要]本文提出了分析了工业锅炉水处理对于锅炉安全运行的重要性，水质对锅炉节能的影响，说明锅内水处理的重要性以及使用锅内水处理的优点，介绍了工业锅炉锅内水质处理的各种方法和技术以及添加药剂的使用方法，并对工业锅炉锅内水处理技术的未来发展方向作了展望。工业锅炉是工业发展的重点，锅炉的运行对工业生产有着重要的意义.
[关键词]锅炉 水处理 方法 趋势
中图分类号：X741 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0013-02
0、 前言
锅炉是工农业生产和人民生活中广泛使用的一类特种设备，是产生蒸气或热水的热工设备之一，它的传能介质原料是水。锅炉用水水质的好坏与否，对其安全运行及能源消耗有着极大的影响。当锅炉用水不合要求时，极易使受热面上产生结垢，腐蚀等现象，不仅浪费能源，而且易引发事故，影响锅炉的安全运行，并且降低了锅炉的使用寿命。所以正确认识到锅炉水质处理的重要性，并且采取有效的水质处理方法才是锅炉管理的重中之重。按照锅炉产生的蒸汽压力和流量可分为：高压锅炉、中压锅炉、低压锅炉及大容量（大型）锅炉、中容量（中型）锅炉、小容量（小型）锅炉。工业锅炉一般是低压小容量锅炉，其所产生的蒸汽或热水均不需要过高的压力和温度，容量也不太大，压力一般在2.5MPa以下，温度一般为饱和蒸汽温度（或有过热，过热蒸汽温度也不太高，一般400℃以下）。[1-4]
锅炉是工业的心脏，锅炉使用符合标准要求的水质，对锅炉安全经济运行有着很重要的意义，由于有连续不断的汽水混合物的冷却，锅炉金属受热面方能在高温条件下工作，否则管壁温度会很快升高，进而出现一系列影响锅炉安全的事故，影响生产和人民生活，经济上也会造成很大的损失。[4-6]
1、锅炉水处理的目的
鍋水在锅炉运行中发生受热、蒸发、浓缩、结晶及物质间反应等一系列的物理和化学变化，为水中的杂质进行化学反应提供了有利的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，便有沉淀物质析出。所析出的沉淀物质，如果悬浮在锅水中，就称为水渣。如果沉积在受热面上，则称为水垢。水垢的生成会极大的影响锅炉的导热能力，增加锅炉的煤耗量，降低受热面金属的强度，降低锅炉的效率，影响锅炉的水循环，缩短锅炉的寿命，增加燃料对大气的污染。为此，就必须进行锅炉内的加药水处理。锅内水处理是向锅炉给水或锅水中投加适当的药剂（称为防垢剂），与锅水中Ca2+，Mg2+和SiO2等容易结垢的物质发生物理或化学作用形成松散的水渣，通过排污排出锅炉外，或使结垢离子成为溶解状态存在于炉水中，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。因此锅炉水质处理工作，具有十分重要的现实意义。
2、水处理的方法和流程
工业锅炉水处理方法很多，总体可分为锅外水处理和锅内水处理。锅外水处理主要是水的软化，即在水进入锅炉之前，通过物理的、化学的及电化学的方法除去水中的钙、镁硬度盐和氧气，防止锅炉结垢和腐蚀。锅内水处理就是往锅炉（或给水箱、给水管道）内投加药剂达到防止或减轻锅炉结垢和腐蚀的目的。
2.1 锅炉外水处理
锅外水处理流程图如下图1所示。
1）预处理。在原水使用前应进行沉淀、过滤、凝聚等净化处理。对于高硬度或高碱度的原水，在离子交换软化前，还应采用化学方法进行预处理。
2）软化处理。采用离子交换软化，基本原理是原水流经阳离子交换剂时，水中的Ca2+，Mg2+等阳离子被交换剂吸附，而交换剂中的可交换离子（Na+或H+）则溶入水中，从而除去了水中钙镁离子，使水得到了软化。
3）除氧处理。水中往往溶解有氧（O2）、二氧化碳（CO2）等气体，使锅炉易发生腐蚀。GB/T1576-2008《工业锅炉水质》规定：额定蒸发量≥10t/h的锅炉给水应除氧，且含氧指标≤0.1mg/L（此指标范围内氧腐蚀的速度缓慢），而淡水中氧的溶解极限如表1，水的温度升高，溶解度减小。
2.2 锅炉内水处理
锅炉给水在炉外进行软化处理，可有效防止锅炉受热面上的结垢。但需要较多的设备和投资，增加了人员和维护费用，这对某些小型锅炉房是比较难实现的，此时采用锅内水处理。我们为用户提供的水处理药剂是根据水质分析、垢样分析后有针对性制订的相应配方，主要运用了纯碱、磷酸三钠、腐殖酸钠为主要成分还有一些添加剂，这些药品在锅内水处理过程中的主要作用为：锅内水处理是通过向锅炉给水投加一定数量的药剂，与形成水垢的盐类起化学作用，生成松散的泥垢沉淀，然后通过排污将泥垢从锅内排出，以达到减缓或防止产生水垢的目的。
1） 加纯碱（Na2CO3）处理。在锅炉水质中加入纯碱Na2CO3作为作用药剂，利用水中过剩的CO3-2离子与Ca2+、Mg2+离子作用，有效地消除给水中的钙、镁硬度。反应如下：
Ca2++CO3-2→CaCO3↓ （1）
CO3-2+H2O→2OH-1+CO2↑ （2）
Mg2++2OH-1→Mg（OH）2↓ （3）
反应生成的CaCO3及Mg（OH）2呈泥渣状态，可随排污除去。
2） 加磷酸三钠（（Na3 PO4·12H2O）处理当炉内压力较高时，纯碱会发生水解，其反应如下：
Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2↑ （4）
因此炉水中不能保持必要的CO3-2浓度，并且产生了苛性钠，使炉水碱度过高，对锅炉工作不利。这时通常采用磷酸三钠（Na3 PO4·12H2O）作为锅内水处理的处理药剂。炉水中的钙镁离子与磷酸根离子PO4-3结合生成溶解度小的钙镁磷酸盐类，反应式如下：
CaSO4 + Na3 PO4→Ca3（PO4）2↓ + Na2SO4 （5）
CaCl2 + Na3 PO4→Ca3（PO4）2↓ + NaCl （6） MgSO4 + Na3 PO4→Mg3（PO4）2↓ + Na2SO4 （7）
MgCl2 + Na3 PO4→Mg3（PO4）2↓ + NaCl （8）
Ca3（PO4）2、Mg3（PO4）2沉淀，是具有高度分散的胶体颗粒，在锅水中能作为补充的结晶中心，使CaCO3和Mg（OH）2在其周围析出，变的细小、分散，而不易在金属表面附着，生成流动性较强的泥垢，可随排污除去。
3） 加入腐植酸钠。加入腐植酸钠的作用有：腐植酸鈉在碱性条件下，它的羧基或酚羟基上的钠离子可与水中的钙、镁离子进行交换，生成腐植酸钙、镁的沉淀而使水质得到软化；腐植酸钠胶溶物对钙、镁盐的分散、吸附、络合等作用的结果，不但阻止了晶体的增长，而且所生泥垢粘度小、流动性增强、很易随排污排除；腐植酸钠在碱性条件下，可与锅炉金属生成一层黑色的保护膜，且结构紧密，覆盖均匀，附着力强，是一种良好的缓蚀保护膜；腐植酸钠有较强的渗透作用，它能渗透到水垢和金属接触面上，与钙、镁盐发生复分解作用，使老水垢与金属表面的附着力降低而脱落。
4）辅助添加剂
火碱（NaOH）主要调节锅水PH 值和碱度，使主要水处理药剂在最适当的环境下渗透到沉积物内部，从而更有效地达到除垢的目的。投加量视锅炉的压力、温度以及纯碱的水解量而定。
3、趋势
在锅炉水处理的传统发展战略中，安全和节能占据了非常在重要的地位。锅内水处理技术的发展也是围绕着提高锅炉的安全、经济运行水平来考虑的，即如何减少腐蚀以提高安全性，如何减少结垢以降低能源的消耗等。从前面的介绍不难看出，目前工业锅炉锅内水处理以磷酸盐处理技术最为成熟，应用也最为广泛，但它的排污量较大且会对水体形成磷污染，造成环境问题。今后应重点研究
以下几方面：
（1）药剂的成分配比、剂量、水质及使用效果方面的关联性研究。从定性向定量、机理方面转变。
（2）研究适用于锅炉水质条件，具有优良分散、缓蚀的水溶性共聚物。近年来，工业锅炉锅内用阻垢剂逐渐由单一化、复配型向多元化方向发展。利用不同基团之间的增效作用，研制成了二元、三元甚至四元共聚物及其改性产品。包括新物质的合成及应用效果研究。
（3）更多地巧妙利用药剂之间的协同效应，研究开发新型复合药剂，以提高其水处理的综合效果。
总之，锅炉水处理的目的就是，除去对锅炉有危害杂质，防止锅炉结垢和腐蚀，保证蒸汽品质良好，保证锅炉安全经济运行，同时达到节能降耗、节约能源的目的。
参考文献
[1] 张永照，陈听宽，黄祥新，等. 工业锅炉[M]. 北京：机械工业出版社，1982：245-249，259-261.
[2] 锅炉水处理原理与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，1997：3-6，208-209.
[3] 魏刚，徐 斌，熊蓉春.21世纪锅炉水处理发展战略研究[J].工业水处理，2001， 20 （3）：1-3，15.
[4] 乔淑滨，程剑秋，刘文铁.低压锅炉水处理运行的现状分析[J].节能技术，2002，20（6）：42- 43.
[5] 贺玉萍.锅炉水处理方法的分析和比较[J].山西建筑，2005，31（13）：151-152
[6] 王立明.锅炉水质与运行安全[J].水利电力劳动保护，2001，（1）：26-28
作者简介
杨满堂（1982-），男，纳西族，云南香格里拉，本科，中级工程师，从事于特种设备监督检验和定期检验工作。
[关键词]锅炉 水处理 方法 趋势
中图分类号：X741 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0013-02
0、 前言
锅炉是工农业生产和人民生活中广泛使用的一类特种设备，是产生蒸气或热水的热工设备之一，它的传能介质原料是水。锅炉用水水质的好坏与否，对其安全运行及能源消耗有着极大的影响。当锅炉用水不合要求时，极易使受热面上产生结垢，腐蚀等现象，不仅浪费能源，而且易引发事故，影响锅炉的安全运行，并且降低了锅炉的使用寿命。所以正确认识到锅炉水质处理的重要性，并且采取有效的水质处理方法才是锅炉管理的重中之重。按照锅炉产生的蒸汽压力和流量可分为：高压锅炉、中压锅炉、低压锅炉及大容量（大型）锅炉、中容量（中型）锅炉、小容量（小型）锅炉。工业锅炉一般是低压小容量锅炉，其所产生的蒸汽或热水均不需要过高的压力和温度，容量也不太大，压力一般在2.5MPa以下，温度一般为饱和蒸汽温度（或有过热，过热蒸汽温度也不太高，一般400℃以下）。[1-4]
锅炉是工业的心脏，锅炉使用符合标准要求的水质，对锅炉安全经济运行有着很重要的意义，由于有连续不断的汽水混合物的冷却，锅炉金属受热面方能在高温条件下工作，否则管壁温度会很快升高，进而出现一系列影响锅炉安全的事故，影响生产和人民生活，经济上也会造成很大的损失。[4-6]
1、锅炉水处理的目的
鍋水在锅炉运行中发生受热、蒸发、浓缩、结晶及物质间反应等一系列的物理和化学变化，为水中的杂质进行化学反应提供了有利的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，便有沉淀物质析出。所析出的沉淀物质，如果悬浮在锅水中，就称为水渣。如果沉积在受热面上，则称为水垢。水垢的生成会极大的影响锅炉的导热能力，增加锅炉的煤耗量，降低受热面金属的强度，降低锅炉的效率，影响锅炉的水循环，缩短锅炉的寿命，增加燃料对大气的污染。为此，就必须进行锅炉内的加药水处理。锅内水处理是向锅炉给水或锅水中投加适当的药剂（称为防垢剂），与锅水中Ca2+，Mg2+和SiO2等容易结垢的物质发生物理或化学作用形成松散的水渣，通过排污排出锅炉外，或使结垢离子成为溶解状态存在于炉水中，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。因此锅炉水质处理工作，具有十分重要的现实意义。
2、水处理的方法和流程
工业锅炉水处理方法很多，总体可分为锅外水处理和锅内水处理。锅外水处理主要是水的软化，即在水进入锅炉之前，通过物理的、化学的及电化学的方法除去水中的钙、镁硬度盐和氧气，防止锅炉结垢和腐蚀。锅内水处理就是往锅炉（或给水箱、给水管道）内投加药剂达到防止或减轻锅炉结垢和腐蚀的目的。
2.1 锅炉外水处理
锅外水处理流程图如下图1所示。
1）预处理。在原水使用前应进行沉淀、过滤、凝聚等净化处理。对于高硬度或高碱度的原水，在离子交换软化前，还应采用化学方法进行预处理。
2）软化处理。采用离子交换软化，基本原理是原水流经阳离子交换剂时，水中的Ca2+，Mg2+等阳离子被交换剂吸附，而交换剂中的可交换离子（Na+或H+）则溶入水中，从而除去了水中钙镁离子，使水得到了软化。
3）除氧处理。水中往往溶解有氧（O2）、二氧化碳（CO2）等气体，使锅炉易发生腐蚀。GB/T1576-2008《工业锅炉水质》规定：额定蒸发量≥10t/h的锅炉给水应除氧，且含氧指标≤0.1mg/L（此指标范围内氧腐蚀的速度缓慢），而淡水中氧的溶解极限如表1，水的温度升高，溶解度减小。
2.2 锅炉内水处理
锅炉给水在炉外进行软化处理，可有效防止锅炉受热面上的结垢。但需要较多的设备和投资，增加了人员和维护费用，这对某些小型锅炉房是比较难实现的，此时采用锅内水处理。我们为用户提供的水处理药剂是根据水质分析、垢样分析后有针对性制订的相应配方，主要运用了纯碱、磷酸三钠、腐殖酸钠为主要成分还有一些添加剂，这些药品在锅内水处理过程中的主要作用为：锅内水处理是通过向锅炉给水投加一定数量的药剂，与形成水垢的盐类起化学作用，生成松散的泥垢沉淀，然后通过排污将泥垢从锅内排出，以达到减缓或防止产生水垢的目的。
1） 加纯碱（Na2CO3）处理。在锅炉水质中加入纯碱Na2CO3作为作用药剂，利用水中过剩的CO3-2离子与Ca2+、Mg2+离子作用，有效地消除给水中的钙、镁硬度。反应如下：
Ca2++CO3-2→CaCO3↓ （1）
CO3-2+H2O→2OH-1+CO2↑ （2）
Mg2++2OH-1→Mg（OH）2↓ （3）
反应生成的CaCO3及Mg（OH）2呈泥渣状态，可随排污除去。
2） 加磷酸三钠（（Na3 PO4·12H2O）处理当炉内压力较高时，纯碱会发生水解，其反应如下：
Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2↑ （4）
因此炉水中不能保持必要的CO3-2浓度，并且产生了苛性钠，使炉水碱度过高，对锅炉工作不利。这时通常采用磷酸三钠（Na3 PO4·12H2O）作为锅内水处理的处理药剂。炉水中的钙镁离子与磷酸根离子PO4-3结合生成溶解度小的钙镁磷酸盐类，反应式如下：
CaSO4 + Na3 PO4→Ca3（PO4）2↓ + Na2SO4 （5）
CaCl2 + Na3 PO4→Ca3（PO4）2↓ + NaCl （6） MgSO4 + Na3 PO4→Mg3（PO4）2↓ + Na2SO4 （7）
MgCl2 + Na3 PO4→Mg3（PO4）2↓ + NaCl （8）
Ca3（PO4）2、Mg3（PO4）2沉淀，是具有高度分散的胶体颗粒，在锅水中能作为补充的结晶中心，使CaCO3和Mg（OH）2在其周围析出，变的细小、分散，而不易在金属表面附着，生成流动性较强的泥垢，可随排污除去。
3） 加入腐植酸钠。加入腐植酸钠的作用有：腐植酸鈉在碱性条件下，它的羧基或酚羟基上的钠离子可与水中的钙、镁离子进行交换，生成腐植酸钙、镁的沉淀而使水质得到软化；腐植酸钠胶溶物对钙、镁盐的分散、吸附、络合等作用的结果，不但阻止了晶体的增长，而且所生泥垢粘度小、流动性增强、很易随排污排除；腐植酸钠在碱性条件下，可与锅炉金属生成一层黑色的保护膜，且结构紧密，覆盖均匀，附着力强，是一种良好的缓蚀保护膜；腐植酸钠有较强的渗透作用，它能渗透到水垢和金属接触面上，与钙、镁盐发生复分解作用，使老水垢与金属表面的附着力降低而脱落。
4）辅助添加剂
火碱（NaOH）主要调节锅水PH 值和碱度，使主要水处理药剂在最适当的环境下渗透到沉积物内部，从而更有效地达到除垢的目的。投加量视锅炉的压力、温度以及纯碱的水解量而定。
3、趋势
在锅炉水处理的传统发展战略中，安全和节能占据了非常在重要的地位。锅内水处理技术的发展也是围绕着提高锅炉的安全、经济运行水平来考虑的，即如何减少腐蚀以提高安全性，如何减少结垢以降低能源的消耗等。从前面的介绍不难看出，目前工业锅炉锅内水处理以磷酸盐处理技术最为成熟，应用也最为广泛，但它的排污量较大且会对水体形成磷污染，造成环境问题。今后应重点研究
以下几方面：
（1）药剂的成分配比、剂量、水质及使用效果方面的关联性研究。从定性向定量、机理方面转变。
（2）研究适用于锅炉水质条件，具有优良分散、缓蚀的水溶性共聚物。近年来，工业锅炉锅内用阻垢剂逐渐由单一化、复配型向多元化方向发展。利用不同基团之间的增效作用，研制成了二元、三元甚至四元共聚物及其改性产品。包括新物质的合成及应用效果研究。
（3）更多地巧妙利用药剂之间的协同效应，研究开发新型复合药剂，以提高其水处理的综合效果。
总之，锅炉水处理的目的就是，除去对锅炉有危害杂质，防止锅炉结垢和腐蚀，保证蒸汽品质良好，保证锅炉安全经济运行，同时达到节能降耗、节约能源的目的。
参考文献
[1] 张永照，陈听宽，黄祥新，等. 工业锅炉[M]. 北京：机械工业出版社，1982：245-249，259-261.
[2] 锅炉水处理原理与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，1997：3-6，208-209.
[3] 魏刚，徐 斌，熊蓉春.21世纪锅炉水处理发展战略研究[J].工业水处理，2001， 20 （3）：1-3，15.
[4] 乔淑滨，程剑秋，刘文铁.低压锅炉水处理运行的现状分析[J].节能技术，2002，20（6）：42- 43.
[5] 贺玉萍.锅炉水处理方法的分析和比较[J].山西建筑，2005，31（13）：151-152
[6] 王立明.锅炉水质与运行安全[J].水利电力劳动保护，2001，（1）：26-28
作者简介
杨满堂（1982-），男，纳西族，云南香格里拉，本科，中级工程师，从事于特种设备监督检验和定期检验工作。