鍋爐用水的處理一般采用3種方法，即水的凈化處理、鍋內加藥及鍋外離子交換處理。其中，水的凈化處理屬于預處理，通常由城市自來水廠或本單位制水工廠來完成，常用的方法是沉淀、過濾和混凝，本節(jié)不做介紹。

一、鍋內加藥處理

鍋內加藥處理是往鍋內投加合適的藥劑，與鍋水中結垢物質(主要是鈣、鎂鹽類)發(fā)生化學作用，生成松散的水渣，通過鍋爐排污，達到防止或減輕鍋內結垢和腐蝕的目的。

(一)純堿法

純堿法是以純堿(Na2CO3)作為鍋內水處理藥劑的水處理方法。

其基本原理是向鍋水中投加一定數(shù)量的[Na2C03]，維持鍋水有足夠數(shù)量的[CO32-]，根據(jù)濃度積規(guī)則，當鍋水中[Ca2+]或[Mg2+]和[CO32-]的乘積達到其溶度積時，便可生成難溶的CaCO3和較難溶的MgC03，MgC03又可以在堿性條件下進一步水解成更難溶的Mg(OH)2。其化學反應式為：

Ca2++C032-（→）= CaCO3↓

Mg2++ C032-（→）= MgCO3↓

MgCO3+H20（→）= Mg(OH)2↓+C02↑

CaCO3和Mg(OH)2是流動性的松散水渣，可在鍋爐排污時排出鍋外，達到防止鍋爐結垢的目的。

在鍋水中會部分水解成NaOH，因此具有氫氧化鈉的作用。其水解反應為：

Na2CO3+H20 ? 2NaOH+C02↑

由于碳酸鈉的水解率隨著鍋爐壓力的增高而增大，見表7-10。碳酸鈉水解后生成的C02將隨著鍋水的蒸發(fā)而進入蒸汽系統(tǒng)，當碳酸鈉水解率較大時，大量的C02易引起熱網管線和用汽設備的腐蝕，尤其當鍋爐給水未除氧或除氧效果不好時，氧和二氧化碳的共同作用將使腐蝕更為嚴重，因此，碳酸鈉只適用于壓力較低的工業(yè)鍋爐單純鍋內加藥處理，而不宜用作軟化處理后的調節(jié)處理，也不宜用作中、高壓鍋爐的鍋內加藥處理。

表7-10　不同鍋爐壓力下碳酸鈉的水解率

加堿量應根據(jù)原水中的硬度和堿度、鍋水需維持的堿度以及鍋爐排污率大小來確定。

鍋爐開始投用運行時給水所需加堿量：X1=[JD鍋-(JD-YD)]MV

鍋爐運行時給水所需加堿量：X2=[JD鍋P-(JD-YD)]M

式中：X1為鍋爐開始投用運行時，需加的NaOH或Na2CO3的量(g)；JD鍋為鍋水需維持的堿度(mmol/L)；JD為給水總堿度(mmol/L)；YD為給水總硬度(mmol/L)；M為堿性藥劑的摩爾質量，用NaOH為 40(g/mmol)，用Na2CO3為53 (g/mmol)；V為鍋爐水容量(t)；：X2為每噸給水中需加的NaOH或Na2CO3的量(g/t)；P為鍋爐排污率(%)。

（以原水總硬度為3～4mmol/L，總堿度為2～2.5mmol/L，排污率5%為例，蒸發(fā)量為lt/h的鍋爐，其空鍋上水時，給水用堿量約為500g，運行時每班給水加堿量約為50g，其他不同蒸發(fā)量的鍋爐可依此類推。）

(二)磷酸鹽法

鍋內處理使用的磷酸鹽主要是：磷酸三鈉(Na3P04·12H20)。其基本原理是向鍋水中投加一定數(shù)量的Na3P04、維持鍋水有較高的[P04

3-]濃度，從而與水中的[Ca2+]、[Mg2+]化合而生成磷酸鈣、磷酸鎂的膠狀沉淀，可在鍋爐排污時排出鍋外，其化學反應式為：

3Ca2++2PO43-→Ca3(P04)2↓

3Mg2++2PO43-→Mg3(P04)2↓

此外，由于鍋水處在沸騰條件下，當鍋水的pH值控制在10～12時，鍋水中的鈣離子和磷酸根會發(fā)生反應生成堿性磷酸鈣；

10Ca2++6PO43- +20H-→Ca10(OH)2(P04)6↓

堿性磷酸鈣是一種松軟的水渣，易隨鍋爐排污除去，且不會黏附在鍋內形成二次水垢。

向鍋內投加磷酸三鈉還有一個重要作用是在鍋內生成磷酸鹽保護膜，防止鍋爐金屬的腐蝕，而且可以使硫酸鹽和碳酸鹽等老垢疏松脫落。

用磷酸鹽處理鍋水時，由于磷酸鹽與水中鈣、鎂離子的實際化學反應很復雜，所以不能精確計算加藥量。實際加藥量只能根據(jù)鍋水應維持的PO43-含量，通過調整來求得。

鍋爐剛投入運行時磷酸三鈉用量的經驗計算式：Y1=65+5YD；鍋爐運行時磷酸三鈉用量的經驗計算式：Y2=5YD（根據(jù)估算，磷酸鹽投加量約為加堿量的50%左右）。

(三)復合防垢劑法

復合防垢劑又稱軟水劑，就是在鍋內加藥處理時，根據(jù)不同水質將幾種藥劑按一定比例混合起來使用，通常由磷酸三鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉和栲膠組成。

在鍋爐內加入復合防垢劑，使鍋爐能減輕結垢和腐蝕，是由于復合防垢劑中各成分的多種效能的綜合作用的結果。現(xiàn)簡單分述如下。

(1)碳酸鈉。在鍋爐水沸騰條件下，與鈣生成水渣狀碳酸鈣，而不黏附在鍋爐的受熱面上。從而防止硫酸鈣和硅酸鈣水垢的產生。

(2)磷酸三鈉。與水中的鈣化合生成分散狀的磷酸鈣；當鍋內[PO4

3-]和[OH-]較大時，還可生成水渣狀的堿式磷酸鈣，可使老垢脫落，并與鍋爐內表面作用，生成磷酸亞鐵保護膜，防止腐蝕。

(3)栲膠。可在金屬表面上生成丹寧酸鐵的保護膜，防止腐蝕；使鍋水中懸浮的雜質的水渣凝聚，形成大顆粒絮狀物，沉積于鍋爐下部；栲膠與水中氧化合，防止氧的去極化腐蝕。

(4)氫氧化鈉。主要除去水中的鎂硬度，生成水渣狀的氫氧化鎂沉淀；使細小分散的碳酸鈣微粒穩(wěn)定，碳酸鈣因吸附OH-而表面帶負電荷，從而不易互相黏結，處于分散、穩(wěn)定狀態(tài)，而且?guī)в胸撾姾傻奶妓徕}微粒不易被鍋爐金屬表面吸附而結垢；使鍋水保持一定堿度，防止金屬酸性腐蝕。

(四)加藥劑量與操作

復合防垢劑有制成的成品，也有臨時自行配制的，一般鍋爐房都臨時配制，現(xiàn)配現(xiàn)加。

加藥時，將幾種堿劑與栲膠混在一起，用60℃左右的溫水溶解。過濾棄去栲膠中的雜質，然后加入鍋爐給水系統(tǒng)中。

加藥方式，可以加在專用的加藥儲罐中，借助給水壓力帶進鍋內；也可加在給水箱內，與給水混合后，一同加入鍋內。后一種加藥方式的優(yōu)點是藥液濃度均勻。

防垢劑的加入量，各鍋爐房的加入標準不一，加藥量的多少，一般與進鍋爐的（生）給水硬度、鍋水堿度、鍋爐排污量有關。表7-11是根據(jù)不同的生水硬度所推薦的劑量標準，供參考。

表7-11　防垢劑劑量

二、鍋內處理的有關注意問題

(一)先除垢后防垢

采用鍋內處理前，應將鍋內老垢清除，以免鍋爐運行后，造成大量水垢脫落，引起水循環(huán)回路與排污管路堵塞。

(二)加藥裝置與操作

鍋內處理加藥裝置如圖7-l所示。

圖7-l(a)是利用注水器將藥液加入鍋爐，加藥管最好裝在注水器之后(如圖所示)。這樣不易堵塞注水器。操作時先關閥門4，然后打開閥2及放水閥5，將存水放盡，關閉放水閥5，從漏斗l加入適量藥液(劑)；關閉閥門2，再開閥門4，圖7-l(b)用孔板加藥的原理與直流混凝系統(tǒng)相同。也可以將藥劑溶解后直接加到給水箱內，經混合均勻后，再加入鍋內。這種加藥方法的優(yōu)點是加藥濃度均勻。

圖7-1　鍋內處理加藥裝置示意

(a)用注水器加藥　1.漏斗 2、4、5.閥門　3.加藥器　6.節(jié)流孔板　7.鍋爐
(b)用孔板加藥　1.儲藥罐　2.放氣閥　3.加藥器　4.放水閥　5.給水泵

(三)運行控制與管理

采用鍋內處理除對水源水質有嚴格要求外(如硬度在3.5mmol/L以下)，應經常注意水源水質，如硬度、堿度和氯離子的變化情況。運行中要控制鍋水水質在水質標準范圍內，并檢查鍋爐防垢效果以及觀察排污水清、濁情況。

(四)鍋爐排污

鍋內處理都必須注意排污。如果排污不當，鍋內沉積水渣過多，將會影響鍋爐水循環(huán)或在鍋爐受熱面上生成二次水垢。因此，鍋內處理必須通過排污使鍋水水質維持在水質標準范圍之內。

(五)定期停爐檢查

鍋內處理效果如何，只有在停爐檢查時才能看到，所以，一般鍋爐運行（1.3個月）半年時，應停爐檢查防垢效果。根據(jù)GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質》標準規(guī)定，單純采用鍋內加藥處理的鍋爐，受熱面平均結垢率不得大于0.5mm/a。根據(jù)實際情況調整鍋內加藥量和（排污方式）藥劑種類，并及時清除鍋內水渣或水垢。

(六)水處理方法的選擇

各用爐單位應根據(jù)設備條件，對蒸汽品質的要求及處理材料來源等不同情況，本著因爐因水，因地制宜的原則，合理地選擇水處理方法。

三、離子交換處理

為了除去水中的離子態(tài)雜質，通常采用離子交換的方法，這種方法可以將水中離子態(tài)雜質除得比較徹底，能滿足各種形式的鍋爐對給水水質的要求。因此，隨著離子交換技術的發(fā)展，這種方法應用越來越廣。

(一)離子交換處理的原理

離子交換處理，是用一種稱之為離子交換劑的物質來進行的。當水通過這種物質時，某種離子交換中不能形成水垢的陽離子，與水中容易生成水垢的陽離子相互交換，從而使水得到軟化，如(Na) (鈉)型離子交換劑遇到含有Ca2+、Mg2+的水時，水中的Ca2+、Mg2+被吸附在交換劑上，Na型離子交換劑轉變成Ca、Mg型離子交換劑，而離子交換劑中原來的Na+則進入水中，從而除去了水中的Ca2+和Mg2+。當Na型交換劑完全變成Ca、Mg型離子交換劑時，這種交換反應就停止了，此時稱為離子交換劑的失效。為了恢復離子交換劑的交換能力，可將食鹽溶液通過失效的離子交換劑進行再生，使失效的離子交換劑又重新變成Na型離子交換劑，從而恢復了交換能力，便可重新投入使用。因此離子交換技術在水處理工作中得到廣泛的應用。

水的鈉離子軟化處理中的交換過程可用下式表示：

其再生過程可用下式表示：

工業(yè)鍋爐經常使用陽離子型的離子交換劑，它是由陽離子和復合陰離子根兩部分組成，其中復合陰離子根是一種不溶于水的穩(wěn)定的高分子化合物，陽離子則和水中的鈣、鎂等陽離子互相交換、陽離子交換劑按其含有離子的種類，分為鈉離子、氫離子和銨離子三種。因此，陽離子交換水處理又可分為為鈉離子交換法、部分鈉離子交換法、氫——鈉離子交換法和銨——鈉離子交換法等多種、使用銨法能導致蒸汽中有氨氣，故很少采用。

離子交換的設備和工藝有多種，常用的有固定床離子交換和浮動床離子交換。還有移動床和流動床離子交換技術在一些地方也得到一定的應用。這里只重點介紹浮動床離子交換法。

(二)浮動床鈉離子交換法

浮動床(又稱浮床)水處理工藝是對流再生的另一種形式，由于它有許多顯著的優(yōu)點，如運行流速高、再生劑比耗低、操作容易等，受到國內外普遍重視。

浮動床在運行狀態(tài)時，入口水由底部進入，經下部分配裝置配勻后，進入床層，靠上升水流將樹脂以密實的狀態(tài)向上浮起，這就是和固定床的主要區(qū)別。

浮動床離子交換器的結構如圖7-2所示。通常為鋼制殼體，小型設備也有用硬質塑料或有機玻璃制作。在殼體上設有視鏡，以觀察床層運行情況。圖中倒U形管的作用是防止排水時樹脂層露出水面，進入空氣而影響再生效果。倒U形管的最高部位應高出樹脂層面表lOOmm左右，并在頂部設置進氣管，以免形成虹吸。

圖7-2　浮動床本體結構與管路示意

1.進水裝置　2.樹脂層　3.出水裝置　4.惰性樹脂層　5.倒U形管　6.窺視孔

1.浮動床的操作方法：

浮動床的操作方法分運行操作和床層的體外清洗兩部分，這里主要介紹運行操作。

浮動床的運行操作自床層失效算起，依次分為：落床、再生、置換、向下清洗(即正洗)、成床和向上清洗、運行六步。

(1)落床。當浮動床出水水質失效時，應立即停床。落床的操作方法有兩種。

重力落床。關閉浮動床出入口閥，利用床本身的重力自然落床。排水落床(也稱反壓落床)。關閉浮動的入口閥，開啟下部的排水閥，利用出水管中存水的倒流強迫床層整體下落。落床后關閉下部排水閥和出口閥。

(2)再生。落床后，開啟再生液進口閥和倒U型管上的排水閥，使再生液自上而下流經床層，由倒U型管排出。再生用鹽量：50～70kg/m3樹脂；鹽液濃度：2%～3%；進再生液流速；5～7m/h。

(3)置換。進完再生液后，關閉再生液進口閥，開置換水進口閥，并與進再生液相同的流速進行置換。置換時間一般為15～30min。

(4)向下清洗。開大置換水進口閥，以10～15m/h的流速清洗至排水合格，關閉清洗水進口閥和倒U型管上的排水閥。

(5)成床和向上清洗。進啟入口閥和上部排水閥，以20～30m/h的流速成床清洗，至清洗排水水質達到運行標準。一般清洗時間只需3～5min。

(6)運行。關閉上部排水閥，開啟出口閥，投入運行。運行流速一般為7～60m/h。

浮動床交換器的樹脂充填較滿，不像固定床那樣每個運行周期可進行一次大反洗，隨著運行時間的增長，樹脂中積累的懸浮物越來越多，必須將離子交換樹脂輸送到體外進行清洗。

2.浮動床的特點

(1)運行流速高，允許在7～60m/n流速下運行，如果樹脂強度好，運行流速還可提高，在一定范圍內，流速越高，出水水質越好。

(2)出水水質好，而且對進水硬度含量適應性大。

(3)再生劑比耗低，一般為1.1～1.4。

(4)浮動床和逆流再生固定床相比，無需中間排量液裝置，設備結構簡單，不易損壞。

(5)運行操作簡單。浮動床運行操作比順流再生固定床還要簡單，省去了反洗操作。

(6)自用水率低。由于浮動床用的再生劑濃度低，過剩量少，反洗次數(shù)少，以及向下流清洗容易等原因，因而其自用水率較低。

但浮動床也存在離子交換樹脂需要輸送到專設的體外清洗罐中進行清洗的缺點。為了克服這一缺點，武漢水利電力大學研究成功了體內抽氣擦洗浮動床，使擦水罐與本體連在一起，可在體內完成清洗工作。