一、 前言
随着现代科学技术的不断提高，水处理技术在用水过程中也得到了迅猛发展，目前在锅炉运行中的应用日益成为提高锅炉热效率的关键，对于这一点我国锅炉设计、管理、操作人员虽已有认识，但真正在运行中做到规范要求的却只有高压及超高压锅炉，占份额极大的中小锅炉，却只有极少数能达到水处理的要求。
锅炉以产生蒸汽的称蒸汽锅炉，以采暖、供应热水的称热水锅炉，本文将集中介绍。
二、 锅炉水处理的要求
做好给水处理就是要实现三个基本要求，即防止蒸汽夹带（蒸汽锅炉）、结垢、腐蚀。
1、夹带 蒸汽夹带指的是由于锅炉设计问题或炉水发泡而使蒸汽中夹带了炉水，蒸汽夹带在任何情况下都是不允许的，它将使蒸汽质量变坏，锅炉能力下降。如果炉水已经加入化学药剂处理，夹带仍然得不到抑制，这种蒸汽送入厨房使用可能导致人身事故。通过分析其冷凝液即可弄清蒸汽夹带情况，必要时加入清泡剂的用量。
2、结垢 碳酸钙的沉淀是锅炉结垢的主因，在锅炉运行中常有发生，另外一些化合物，如磷酸钙、硅酸钙，磷酸镁、硅酸镁，氢氧化镁、铁氧化物等也是造成锅炉结垢的一部分原因，结垢会造成能耗增加，严重时会发生事故，对此锅炉工程人员是十分了解的，他们一般只能以加大排污量来减少结垢的生成，这对于降低能耗来说更是雪上加霜。
3、腐蚀 腐蚀在锅炉操作中是令人非常烦心的事。腐蚀，在水处理专家看来，是铁云素返回铁矿的的自然趋势，在热力学上讲是自由能增加的过程，基于这一点，必须用人工防护，否则不可避免。产生腐蚀的因素很多也很复杂，若从药水处理角度来看，则主要依据炉水的pH值及给水中的溶解氧来确定药剂配方，一般来说，蒸汽温度高，腐蚀增加；另外一种对中小锅炉影响较大的是碱腐蚀，碱腐蚀是由于炉水中含有游离氢氧化钠而造成的腐蚀，所以操作中控制炉水含盐量（TDS）及碱值就可以避免炉水中易溶物质氢氧化钠的浓缩，从而避免碱腐蚀的发生。以上各种腐蚀都有氧气参加，为了进行在线控制，分析蒸汽中氧气含量就可以关联系统的腐蚀情况。比较简便的方法是分析炉水、蒸汽冷凝水的铁含量。防止腐蚀的主要手段是去除水中的溶解氧和提高回水的pH值。
三、 蒸汽锅炉水处理的方法及实践
蒸汽夹带、结垢、腐蚀严格来说是很难绝对避免的，它们会相互影响，相互作用，所以水处理时必须统一考虑，归纳起来可分为两方面的处理，即炉外处理和炉内处理。炉外处理是根本，其目的是防止补水杂质进入炉内及蒸汽系统；炉内处理则是保证。即使是炉外处理做得十分地道，排污也做到自动化，但也难免会产生腐蚀而影响锅炉的热效应和寿命。只有炉外、炉内处理的合理结合才能保证锅炉水的质量要求，使锅炉在高质量下运行。
1、炉外处理
炉外处理主要方法为树脂软化及热除氧，我国执行GB1576-2001 低压锅炉水质标准，锅炉补水要求硬度小于0.03mmol/ L，据我们了解大部分锅炉操作时还能达到标准。但对于大于400ppm的补水，软化过程中不仅用盐量大，而且会造成环境污染，所以应考虑采用化学软化法，即以石灰或纯碱预处理，但这一方法劳动条件苛刻，且由于除永久硬度不佳，所以是否可以完全取代树脂软化尚待实践验证。
2、炉内处理
炉内处理是使炉内结垢、腐蚀、蒸汽夹带得到控制而实现锅炉安全运行的最佳操作。只有良好的炉外处理而没有炉内处理，对锅炉安全而言只能是事倍功半。我国绝大数中心锅炉之所以不做炉内处理，这与上述国标中提出2吨/小时以下锅炉可以不做炉外处理是分不开的，使锅炉运行人员放松了炉内处理，导致大量锅炉无故消耗能源，至少缩短一半寿命。
炉内处理一般以加药剂实现，使用的药剂有五部分，即阻垢剂、淤渣分散剂、除氧剂、消泡剂，蒸汽系统保护剂。
(1)阻垢剂
具有防止锅炉主体结垢和腐蚀的功效，主要成分为磷酸盐及有机高分子化合物。磷酸盐在pH值为10-12的条件下能结合钙而生成碱式磷酸钙，并促使镁与水中硅酸根生成硅酸镁盐（又称蛇纹石）。后两种化合物均属难溶于水盐类，在炉水中由于淤渣分散剂的作用而呈松软、分散状态，随排污排出。
(2)淤渣分散剂
种类繁多，过去使用天然物质如丹宁、淀粉、木质素磺酸盐等，近来认为合成高分子化合物性能稳定，效果显著，有后来居上之势，这类合成高分子以聚丙烯酸或丙烯酸和不饱和乙烯的共聚物为主，还可使氧化铁悬浮于水中而不沉积在传热面上。
(3)除氧剂
一般而言，软化后补水中溶有8ppm氧，这部分补水在热水储罐中与蒸汽冷凝液混合，并经蒸汽加热到90度以上后即成为质量较好的锅炉给水，但其中溶解氧还远远达不到规范要求即小于0.1ppm，实际含量可能在1-2ppm。绝大多数锅炉管理工程技术人员对此并不重视，炉内除氧药剂不加使用，孰不知就是这1-2ppm氧成年累月地破坏锅炉的的材质。目前国内使用的除氧药剂主要有亚硫酸钠及联氨。联氨不增加炉水的溶盐值（TDS），但毒性大，使用条件苛刻，所以民用以亚硫酸钠为主。还有一些使用静电、电离、电磁处理的方法，效益虽然十分诱人，但效果有待证实。
(4)消泡剂
炉水中TDS的增加，油类与有机物的混入，可引起炉水表面其泡，加入消泡剂可防止蒸汽夹带。消泡剂为长链有机化合物，如酰胺类、醇类及脂肪酸脂化合物等。消泡剂加入量1-2ppm即可，消泡效果十分显著。
(5)蒸汽系统保护剂
也称作冷凝水pH保护剂。有机胺类组成，这类保护剂分两大类，一类为挥发性胺，它由吗啉、脂环胺类等物质组成。它们都能与蒸汽一道挥发而进入系统，在蒸汽冷凝时中和CO2从而起到保护金属表层的作用。它们性能不同，吗啉用于蒸汽冷凝锅炉近端的金属保护，其它胺类物质则保护远断。另一种是成膜胺，属于脂肪胺，其通式为RNH2，R=C12-C20。成膜胺不易挥发，必须用分散喷嘴在蒸汽出口处加入。成膜胺一旦使用，具有长效性后一般剂量可以降低。
以上五种药剂个别药剂如阻垢、分散剂，在锅炉操作中得到了一定程度的推广，但大都使用极不规范，如不少现场是每天加一次磷酸三钠或磷酸二钠与聚磷酸钠。目前一些高级宾馆、饭店、小区采用了许多高效燃气锅炉，操作中规定要求使用药剂保护，一般是先加阻垢分散剂后加蒸汽保护剂，操作比较麻烦，费用也较高，效果也可能由于药剂不稳定而有所下降。
目前国内市场上由北京洁利尼水处理工程公司推出的JL-510“五合一”水处理剂（即除氧、阻垢、分散、缓蚀和冷凝回水功能），满足了绝大多数用户的要求。在北京丽都假日饭店三台20吨/小时、2.5Mpa锅炉上使用多年，效果显著，由于结垢、腐蚀很大程度上被抑制，每吨蒸汽成本明显下降，锅炉使用20年多年，同样条件下不注意使用炉内处理的单位已换了一批锅炉，而加了JL-510药剂的锅炉则依然运行稳定，从投资、人工、能耗综合考虑，使用JL-510的经济效益是十分可观的。
四、 采暖热水锅炉水处理
压力小于2.5兆帕的工业锅炉在工业及生活应用中十分广泛，约占全国锅炉总数的95%以上，其中绝大多数为热水锅炉。由于各地的水质状况不一样，很多热水锅炉出现问题，当锅炉结垢时，不但增加能耗，而且由于锅炉壁温增高，导致锅炉钢板及炉管强度大幅度下降，引发事故。所以，水处理的问题处理得当，关系到锅炉能否安全经济运行。
热水锅炉水处理与蒸汽锅炉水处理有很大的不同，这是因为水在热水锅炉内绝大多数情况下是循环使用的，对于纯粹用于采暖的热水锅炉，锅炉与管道是充满水而且水的损耗应该极少，由于补水少，所以对于水质的要求没有蒸汽锅炉补水严格，因此，系统的腐蚀危险大大超过结垢，而由于以前的设计误区，导致了许多热水系统加装了软化水系统，实际上，软化水是有害的，因为软化水无钙层保护，对锅炉，管道，尤其是风机盘管的腐蚀十分严重，在欧美发达国家，已慢慢拆除了软化水装置。为了防止腐蚀，设计中常采用加入亚硝酸钠及氢氧化钠的方法，循环的水中应保持亚硝酸根800-1200ppm，pH值大于11。亚硝酸钠是一种氧化性缓蚀剂，能使钢铁表面生成以γ-Fe2O3为主的钝化保护膜而起到保护系统的作用。
亚硝酸钠已被公认为有毒化学品，一些国家已禁止排放。同时它在长期运转中被还原为氨而使含铜的换热元件受损，所以在加入亚硝酸钠的同时还要加入高分子分散剂及铜缓蚀抑制剂（如苯并噻唑，BTA等），用于防止腐蚀，一旦生成腐蚀产物也不至于沉积在设备表面上。亚硝酸钠的另外一个缺点是它可以成为细菌的营养物质。一个系统由加热转热为冷却，反之亦然，亚硝酸钠的浓度会大幅度下降，因为总有一段时间循环泵停转，这时系统内的细菌就会借助亚硝酸根中的氨大量繁殖，以致设备结垢，管道堵塞，尤其是永远不能放空的风机盘管，不但易结垢堵塞，还会招致腐蚀，其后果是即使可以继续使用，其冷热效率将大幅下降。
以上说明对具有中央空调或密闭采暖循环水系统，尤其是目前在建筑业中大量采用的双管制（即冷热在同一对管道中实现），使用亚硝酸钠保护是极不恰当的，目前国际上广泛推广的钼系药剂，它无毒性，不对细菌提供营养物质，而且活性高，用量少，属于环保型药剂，北京洁利尼水处理工程有限公司开发的以钼系为主的药剂，名称为管净K-700，已广泛应用各大宾馆以及各大使馆，其阻垢、缓蚀效果非常明显，用量为每立方米水只需0.5公斤药剂，钼酸纳在150℃温度下是十分稳定的。所以特别适用于采暖密闭系统。
五、 生活热水锅炉水处理
对于提供生活热水的热水锅炉，或者是目前大量推广的分户采暖生活两用热水炉，考虑到成本以及空间大小，一般不采用软化和电子水处理来解决结垢，不能采用钼酸纳，更不能采用亚硝酸钠来防腐阻垢。目前唯一得到推广的是采用聚磷酸盐来进行水处理，归丽精即属于此种药剂，热水锅炉，包括小型开水炉、茶炉、换热器只需在补水管线上串装一个归丽精加药罐，即可达到保护锅炉及管道的目的。如不经保护，热水会因管线的腐蚀而变黄，称作红黄水现象，此外，加热管线还会由于钙、镁等暂时硬度受热析出而出现结垢现象，归丽精具有极强的螯合能力可使钙、镁离子悬浮于水中而不沉积，同时与钙离子生成聚磷酸钙铁保护层而起到防腐的作用。
大量的实践表明，在热水锅炉方面应用化学处理方法能使用户减少很多麻烦，特别是我国北方地区水质硬度较高，采用归丽精技术保护锅炉及设备，改善水质，提高热效，是值得大力推广的水处理技术，但由于各地的水质状况的差异，最好是先对当地的水质作水质全面分析，再做方案设计。
六、 结语
综合以上，我们认为为了真正实施GB1576-2001标准，锅炉水处理是不可或缺的工艺工程，这不仅需要我们锅炉运行管理人员自觉执行国家标准，将锅炉水处理重视起来，而且希望执法部门以严加管理，规范要求，使我国为数众多的中小锅炉能在高效、安全、经济条件下运行。