研究工业锅炉节能水处理工艺及其运行模式

工业锅炉在投入实际应用及运行时，必须要加强对节能水处理的重视程度，不仅能够保证锅炉在运行时的安全性和稳定性，而且还能够节约成本的投入。但是传统水处理工艺的应用仍然会带来一系列影响，无法保证工业锅炉节能处理水的效率和质量，甚至会威胁到锅炉的运行安全。所以为避免相关问题的发生，需要加强对工业锅炉处理水工艺的优化，研发出新型技术和设备，保证其运行模式的高效性、稳定性。

1 工业锅炉节能水处理工艺

1.1 锅外水处理工艺

1.1.1 离子交换树脂法

离子交换树脂法（如图1 所示）是工业锅炉锅外软化水处理的主流技术，该方法利用离子交换树脂的特性，其内部含有可交换的离子，当含有钙、镁离子的原水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，钙、镁离子会与树脂中的钠离子发生交换反应，从而被树脂吸附，促使原水硬度降低。这样不仅能够减少锅炉内部结垢现象，而且还能够提高热传递效率，以此来降低燃料消耗。离子交换树脂在使用一段时间后会饱和，失去交换能力，此时需要进行再生处理 [1]。通常利用食盐作为再生剂，再生剂中的钠离子会将树脂吸附的钙、镁离子置换出来，促使树脂逐渐恢复交换能力，以便循环使用。该类型操作方法相对简便，软化效果也比较明显，但是其存在再生剂消耗以及再生废水处理的问题，所以需要配套相应的废水处理设施才能够达到良好的效果。

1.1.2 石灰 - 纯碱软化法

石灰 - 纯碱软化法通过向水中投加石灰和纯碱，与水中的钙、镁离子发生化学反应生成难溶沉淀物，从而去除硬度，石灰能够去除水中的碳酸盐硬度，并能与部分镁离子反应，纯碱则用于去除非碳酸盐硬度。对含有碳酸氢钙、碳酸氢镁等碳酸盐硬度和氯化钙、氯化镁等非碳酸盐硬度的原水，石灰与碳酸氢钙反应生成碳酸钙沉淀和水，与碳酸氢镁反应生成碳酸钙、氢氧化镁沉淀和水。而纯碱与氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠，与氯化镁反应生成碳酸镁沉淀和氯化钠，反应后的沉淀物经过沉淀、过滤等后续处理步骤，能够有效降低水的硬度[2]。该方法比较适合应用在原水硬度高、碱度大等方面，处理成本相对较低，但是工艺过程较为复杂，需要精确控制药剂投加量，且会产生大量污泥，需要进行专门的污泥处理，这样能够避免二次污染。

1.1.3 热力除氧法

热力除氧法主要是根据气的原，将水加热至沸点，促使水中的溶解氧等气体逸出。在工业锅炉系器水箱，紧接着通过蒸汽加热至沸腾状态，蒸汽与水充分排气口排出。为增强除氧效果，除氧器内常设置填料层，以热力除氧法除氧效果良好，所以能够降低水中溶解氧[3]。但是需要需要消耗大量蒸汽，对设备密封性要求也较为严格，避免外界空气进入影响除氧效果（如图2 所示）

1.1.4 化学除氧法

化学除氧法通过向水中投加化学药剂，与溶解氧发生化学反应将其去除，目前常用的除氧剂有亚硫酸钠、联氨、肟类化合物等。其中亚硫酸钠与水中的溶解氧反应生成硫酸钠，在实际应用中要根据水中溶解氧含量精确计算并投加药剂，以此来保证除氧效果。化学除氧法操作简单，并不需要借助复杂设备，在小型工业锅炉或者对除氧要求不太高的场合都能够得到合理利用。但是部分化学药剂具有毒性，使用和储存时要严格遵循安全规范，其会产生化学物质残留，所以要做好后续的一系列处理。

1.1.5 膜分离处理工艺

纳滤、反渗透等膜分离技术在，纳滤膜能够截留水中的二价离子和部分有机物，同时允许膜过滤精度更高，能截留水中基本上所有的杂质和离硬度和含盐量大幅降低，能够有效减少锅炉结垢和腐蚀初期投资较大，但是从长期来看，其优异的处理效果能够减少的经济效益和环境效益，但是膜分离技术存在膜污染的问题，所以需要定期进证设备的稳定运行

1.2 锅内加药处理工艺

1.2.1 锅内加药处理工艺原理

锅内加药处理的核心原理是通过药剂与水中的钙、镁离子以及其他杂质发生化学反应，改变其存在形态，促使其无法形成坚硬的水垢，或者在属金属腐蚀不同类型的药剂能够发挥不同的作用，其中阻垢剂能与水中的钙、镁离子结合，形成稳定的络合物或螯合物，促使其分散在水中而不沉淀，而缓蚀剂则能够吸附在金属表面，逐渐形成一层致密的保护膜，阻止水中的溶解氧和其他腐蚀性物质与金属接触。

1.2.2 锅内加药处理工艺流程（1）药剂溶解与配制

首先，根据锅炉的类型、容量、水质情况以及药剂的使用说明，计算出所需药剂的投加量，并将固体药剂在溶解箱中溶解成一定浓度的溶液。对于部分难溶的药剂需要加热或者搅拌，这样能够加速溶解。

（2）药剂投加

药剂溶解完成后，通过加药装置将药剂溶液投加到锅炉水中，目前常见的加药装置有计量泵、重力投加装置等。其中计量泵能够精确控制药剂的投加量，根据锅炉的运行负荷和水质变化自动调节投加量，保证药剂浓度的稳定性，而重力投加装置则是利用药剂溶液的重力，通过管道将药剂输送至锅炉水中，该方法操作简单，但是投加量的准确性相对较差 [5]。在投加药剂时，一般选择在锅炉的给水管道或锅筒内进行，以此来保证药剂能迅速与锅炉水混合均匀。

（3）水质监测与调整

在锅内加药处理过程中，需要定期对锅水的水质进行监测，检测锅水的 pH 值、硬度、碱度、磷酸根含量等指标。根据监测结果，及时调整药剂的投加量和种类，一旦发现锅水硬度升高，意味着阻垢剂的投加量不足，需要适当增加投加量，而锅水 pH 值偏低时则需要增加碱性缓蚀剂的投加量。还要根据锅炉的排污情况，合理调整药剂投加量，以此来保证锅内药剂浓度的稳定。

（4）排污控制

锅内加药处理会产生一定量的沉淀物和杂质，需要通过排污将其排出锅炉，通过合理的排污操作能够保证锅内加药处理效果。排污时要根据锅水水质情况和锅炉的运行要求，确定合适的排污时间和排污量，一般选择利用连续排污和定期排污相结合的方式，连续排污主要排除锅水中的表面漂浮物和高浓度的盐类物质，定期排污能够及时排除锅水中的沉淀物和泥渣。

2 工业锅炉水处理运行模式的应用现状

工业锅炉在工业领域是非常关键的能源转换设备，在电力、供热、石化、化工、钢铁、有色金属等诸多行业广泛应用，其运行效率和能源利用情况对企业的生产成本与环保表现影响深远，而水处理运行模式在工业锅炉高效、安全、稳定运行中具有实质性意义。

首先，传统软化水处理模式中的离子交换树脂法凭借操作简便、软化效果稳定的特性，在低压工业锅炉场景中应用极为广泛，但是这类传统模式暴露出明显短板，不仅耗费大量人力与再生剂，而且还会产生一定量含盐废水，处理不当容易造成环境污染。尤其是当原水水质复杂多变时，单一的离子交换树脂法无法保证稳定的软化效果，对锅炉运行也会产生潜在威胁[6]。其次，除氧处理模式在应用时，其热力除氧法与化学除氧法各有千秋，热力除氧利用气体溶解度随温度升高而降低的原理，将水加热至沸点，促使溶解氧逸出，除氧效果良好。但是该方法能耗极高，需消耗大量蒸汽，且对设备密封性要求近乎苛刻，稍有不慎，外界空气进入便会严重影响除氧效果。

在实际应用中，工业锅炉水处理运行模式的选择要对锅炉的类型、规模、运行压力等进行分析，不同类型对水质要求也大不相同，其中原水水质的水质复杂、硬度高、杂质多，单一处理模式很难实施，所以要多种模式协同配合。目前工业锅炉水处理运行模式呈现传统与新型并存的局面，传统模式虽然存在不足，但是凭借成熟的技术与较低的成本，在部分场景中仍然占据主导地位，而新型模式优势明显，却由于受到成本、技术等问题的影响无法实现全面推广。

3 工业锅炉水处理运行模式分析

3.1 膜分离技术模式

纳滤、反渗透等膜分离技术模式近年来在工业锅炉水处理中逐渐得到广泛应用，纳滤膜能够截留水中的二价离子和部分有机物，允许一价离子（通过，具有较高的脱盐率和选择性，而反渗透膜的过滤精度更高。该模式处理后的水的硬度和含盐量大幅降低，能够有效减少锅炉结垢和腐蚀问题，促使锅炉热效率得到提升，即便是对水质要求极高的工业锅炉也能得到合理利用。但是膜分离技术模式初期投资较大，膜组件成本高昂，并且在运行过程中容易出现膜污染问题，需要定期进行清洗和维护，无形中也会增加运行成本和管理难度。

3.2“光伏 + 水处理”模式

“光伏 + 水处理”模式是一种创新型运行模式，其主要是利用太阳能光伏发电为水处理设备提供电力，实现能源的清洁利用和自给自足，该模式具有节能、环保的优势特点，符合可持续发展理念。但是该模式容易受到地域光照条件限制影响，在光照不足的地区无法发挥其优势，且光伏设备的安装、维护对技术要求较高，在推广过程中面临一定挑战。

3.3 混合运行模式

在实际应用中，单一的水处理运行模式无法满足复杂的水质要求和多样化的生产需求，因此可以选择利用混合运行模式，混合运行模式是将多种水处理技术和模式进行有机结合，取长补短，以此来达到更好的处理效果。比如将离子交换树脂软化模式与膜分离技术结合，利用离子交换树脂对原水进行初步软化，降低水中大部分钙、镁离子浓度，减轻膜分离设备的处理负荷，以此来延长膜的使用寿命。紧接着利用膜分离技术去除水中的微量杂质和离子，保证出水水质满足锅炉的严格要求，或者将热力除氧与化学除氧结合，在对除氧要求较高的工况下，先用热力除氧降低水中大部分溶解氧含量，并利用化学除氧去除残余的溶解氧，以此来提高除氧效果。基于此，混合运行模式能够根据不同的原水水质、锅炉类型和生产需求，灵活调整处理工艺和流程，具有较强的适应性和针对性，但是该模式的系统复杂、投资成本高、管理难度大等问题，所以需要企业具备较高的技术水平和管理能力。

3.4 检测加药联动模式

3.4.1 检测加药联动模式的原理

检测加药联动模式是依靠闭环控制系统原理运行，该模式通过 pH 计、电导率仪、硬度分析仪等在线水质检测仪表实时监测锅炉水的关键水质参数，这些仪表将检测到的水质数据转化为电信号、数字信号，并传输至控制系统。控制系统将接收到的实时数据与预先设定的水质标准进行对比分析，当检测数据偏离标准范围时，控制系统会根据偏差程度，结合预设的控制算法，自动计算出所需添加药剂的种类和剂量，并向加药装置发出指令。此时加药装置接收到指令后迅速准确将相应剂量的药剂投加到锅炉水中，投加药剂后的水质检测仪表继续实时监测水质变化，将新的数据反馈给控制系统，逐渐形成动态的闭环控制过程，保证锅炉水质始终维持在合理的范围内。

3.4.2 检测加药联动模式的系统构成

（1）水质检测系统是检测加药联动模式的基础，主要由各类水质检测仪表组成，除了 pH 计、电导率仪、硬度分析仪外，还会涉及到溶解氧分析仪、浊度仪等，这些仪表分布在锅炉水的不同取样点，能够全面、精准检测锅炉水的酸碱度、离子浓度、溶解氧含量等关键指标。

（2）控制系统是整个模式的重点，由可编程逻辑控制器业计算机或专用的水处理控制器构成，不仅负责接收水质检测系统传来的数据， H请生成加药指令。控制系统还具备数据存储、历史曲线显示、报警等功能，当水质数据或者系统出现故障时，控制系统能够及时发出声光报警信号，并记录相关信息，方便操作人员进行故障排查和处理。

（3）加药装置是实现药剂投加的执行机构，主要包括药剂储存罐、计量泵、搅拌器、管道及阀门等，药剂储存罐能够存放如缓蚀剂、阻垢剂、pH 调节剂等各种水处理药剂，而计量泵根据控制系统发出的指令，精确控制药剂的投加量，保证药剂能够按照实际需求准确投加到锅炉水中，有利于提高药剂的使用效果。

4 结语

工业锅炉节能水处理是保证工业锅炉稳定运行的基础，也是实现节能降耗的前提，所以合理选择和利用节能水处理工艺，保证其运行模式的合理利用，以此来保证锅炉高效、稳定以及安全的运行。

参考文献：

[1] 周连惠，邓静，胡卫朋 . 某市工业锅炉能效状况及节能策略研究 [J]. 中国特种设备安全，2024，40（06）：87-90.

[2] 刘纳 . 电导法在锅炉水质检测中的应用分析 [J]. 山西化工，2023，43（07）：35-36+43.

[3] 王超，王喆 . 工业锅炉节能状况分析与建议 [J]. 中国金属通报，2023，（05）：198-20

[4] 向婷婷 . 工业锅炉水处理节能方法探讨 [J]. 西部特种设备，2023，6（01）：30-33.

[5] 李运泉，江志铭，朱波，等 . 工业锅炉节能环保产业发展的问题与对策研究 [J]. 仪器仪表标准化计量，2022，（05）：19-21+34.

[6] 李云，杨子易，杜军堂 . 锅炉水处理检验及节能措施探析 [J]. 应用能源技术，2022，（01）：41-44.