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摘要：采用阻垢剂添加在锅炉水中，可通过阻垢剂与水样中离子的作用，减少水垢的产生，提高锅炉使用的安全性。采用挂片法的实验方式，对不同阻垢剂作用时的阻垢效果进行实验分析，结果表明，在相同的用量及水样条件下，ATMP的阻垢效果最佳，可作为优选的阻垢剂。
关键词：锅炉；水处理；阻垢剂；挂片法；阻垢率
1概述
锅炉是在一定压力下运行的设备，锅炉水中的杂质在高温、压力、蒸汽浓缩的情况下会产生多种物理、化学反应，生成一定的水垢附着在锅炉内部，影响锅炉的正常使用，且水垢长期堆积，容易造成锅炉的腐蚀破坏，影响锅炉的安全使用[1]。随着水处理技术的发展，采用阻垢剂进行锅炉水处理的应用逐渐增多，而用量少、阻垢效果好的高效阻垢剂成为人们研究的重点。在各种不同的阻垢剂中，有机药剂的阻垢作用要好于无机药剂，各种不同的有机药剂中，不同的阻垢剂进行水处理的效果不同[2]。针对不同的阻垢剂作用效果，采用实验检测的形式进行分析，从而选取锅炉水处理的高效阻垢剂，提高锅炉水处理的效果。
2不同阻垢剂锅炉水处理实验方案
水在自然循环中与外界接触，并溶解混杂多种物质，含有较多的杂质，依照水中杂质存在的颗粒状态可以分为悬浮物、胶体及溶解物。进入到锅炉内部的水质在受热蒸发及浓缩的条件下，将水中的杂质以不同形态的沉淀物形式析出，从而形成水垢和水渣。水渣主要是由水中的悬浮物形成，可通过锅炉表面的排污排出，而水垢则主要由水中的溶解物形成，附着在锅炉内部的受热面上，结晶体较为致密，难以排出，，对锅炉的正常使用造成影响。受不同的水质条件及结垢条件的影响，水垢的成分较为复杂，表现为多种化合物的混合体。
采用有机药剂进行锅炉水的处理主要通过有机阻垢剂与水中的钙、镁离子形成稳定的离子，从而减少水垢沉淀的析出，同时高效的阻垢剂溶于水之后，通过官能团的化学反应可对钙、镁离子形成稳定的络合作用，从而抑制水垢晶体的生成。有机药剂溶解分散后能够吸附在粒子的表面，改变粒子间的电荷分布，从而减少碰撞长大的机会。
常用的有机阻垢剂主要包括乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-Na2）、氨基三亚甲基膦酸（ATMP）、亚乙基二磷酸（HEDP）、水解聚马来酸酐（HPMA）、聚丙烯酸（PAAS），为比较不同阻垢剂对锅炉水的处理效果，采用ATMP、HEDP、HPMA、PAAS阻垢剂在实验水样中进行实验分析，对锅炉水样进行阻垢率实验计算。
采用挂片法进行阻垢率的测量，依据刮片结垢量的不同变化来计算阻垢率，从而衡量阻垢剂的性能。采用锅炉用碳钢制作一定量的刮片，刮片尺寸为25 mm×10 mm×1 mm，采用较低浓度的盐酸浸泡刮片2 min，去除表面的杂质及锈渍，采用丙酮浸泡2 min，并采用蒸馏水冲洗掉表面的杂质，采用自然晾干的方式。将刮片放置在干燥器中干燥12 h候进行称重；采集1 000 mL实验水样，依据实验设计加入不同类别及配比的阻垢剂，搅拌均匀后将称重后的刮片置于烧瓶内，采用可调电路加热试样，并保持加热4 h浓缩至100 mL。同时，采用同样的方法不添加阻垢剂进行实验，以空白实验进行对照。加热浓缩完毕后将挂片取出，并采用蒸馏水缓慢清洗后置于烘干箱内，调节烘干温度80℃烘干30 min，放入干燥器中进行冷却后称重。
依据称重得到的刮片的不同质量进行阻垢率的计算，阻垢率r可表示为式（1）：
式中：m1、m1′为空白实验前后挂片的质量；m2、m2′为加阻垢剂实验前后挂片的质量；Δm1为空白实验挂片的结垢质量；Δm2为加不同阻垢剂实验挂片的结垢质量。
3不同阻垢剂处理阻垢效果分析
3.1 EDTA-Na2实验效果分析
采用EDTA-Na2进行阻垢效果的实验分析，为保证阻垢剂性能的充分发挥，首先对不同水样的处理效果进行实验分析。锅炉水主要采用自来水或地下水进行补充，对不同地区自来水及地下水进行水质测定，结果如表1所示。
为分析不同水质阻垢效果，采用化学试剂制备不同实验水样，制备水样硬度为7 mmol/L，钙硬度为3.5 mmol/L，碱硬度分别为3、4、5、6 mmol/L，分别添加EDTA-Na2作用后进行阻垢率计算，得到不同水样时的阻垢率变化如图1所示。
从图1中可以看出，在不同碱度的水样中，当水样碱度较小时，随着EDTA-Na2用量的增加，进行锅炉水处理的阻垢率均呈上升的趋势，其中水样碱度为3、4 mmol/L时，得到的阻垢率具有较大的提升，最大可达到近100%，具有良好的阻垢效果；在水样碱度较大时，随着EDTA-Na2用量的减少，锅炉水处理的阻垢率呈负值变化，说明此时的阻垢剂产生了致垢作用，随着EDTA-Na2用量的增加，阻垢率呈缓慢的上升趋势；水样碱度为6 mmol/L时的最大阻垢率近似为0，说明此时EDTA-Na2阻垢剂的作用有限。
EDTA-Na2阻垢剂进行水处理时，与水中的钙离子发生络合反应，生成比例为1:1的金属络合物，具有较大的稳定常数，络合物稳定性较高。随着水样中碱度的增加，EDTA-Na2阻垢效果下降，这是由于实验水样中的碱度主要由H2CO3形成，水样中含有较多的碳酸钙颗粒，影响了EDTA-Na2的阻垢效果。
3.2 ATMP实验效果分析
采用ATMP进行阻垢效果的分析，同样对不同水样的处理效果进行实验分析。采用化学试剂制备不同实验水样，水样硬度为7 mmol/L，钙硬度为3.5mmol/L，碱硬度分别为3、4、5、6 mmol/L，分别添加ATMP作用后进行阻垢率计算，得到不同水样时的阻垢率变化如图2所示。
从图2中可以看出，在不同碱度的水样中，添加ATMP作用后的阻垢率变化具有明显的差异性，水样碱度较小时，随着ATMP用量的增加，阻垢率呈一定先减小后上升的趋势，尤以4 mmol/L碱度时的减小及增加的趋势变化比较明显，在ATMP用量较大时，阻垢率达到100%；当水样碱度增加时，ATMP作用时在较小的用量下阻垢率上升，随着ATMP用量的进一步增加，则阻垢率快速下降至负值，说明此时的ATMP阻垢剂起到致垢作用。
对比图2中的数据可以看出，在相同的水质条件下，达到较好的阻垢作用时所需的ATMP用量要远小于EDTA-Na2，这说明ATMP的阻垢作用较好，具有低剂量效应，在减小的剂量条件下即可达到较好的阻垢效果，但随着ATMP用量的增加，阻垢作用的增加不明显，当用量较大时，甚至出现严重的致垢现象。这是由于，在阻垢剂作用量超过某一范围时，则水样中的钙离子与阻垢剂的离子积作用高于其溶度积，造成热反应形成沉积，加剧了结垢作用。
3.3不同阻垢剂的实验效果分析
采用其他不同的有机阻垢剂，加入到硬度为7 mmol/L、钙硬度为3.5 mmol/L、碱硬度为3 mmol/L的水样中，ATMP、HEDP、HPMA、PAAS每种阻垢剂的添加量均为10、20 mg/L，对不同阻垢剂作用后的阻垢率进行计算，得到阻垢率的变化如表2所示。
从表2中的数据可以看出，在4种不同的阻垢剂中，在添加量减小时，均具有较好的阻垢效果，以ATMP的阻垢效果最佳，在20 mg/L的用量时，阻垢率最大可达75.2%，优于其他类型的阻垢剂效果；同时，ATMP所用原料较为简单，制备成本较低，可作为优选的阻垢剂。
4结论
1）锅炉水在使用过程中的结垢会对锅炉的安全使用造成影响，采用阻垢剂进行锅炉水处理可以减小结垢的发生，从而提高锅炉运行的效果及安全性。
2）采用挂片法对不同的有机阻垢剂效果进行实验分析，在不同的水样碱度条件下，对EDTA-Na2和ATMP的阻垢效果进行实验分析，结果表明，碱度减小时，ATMP较小的用量即可达到较好的阻垢效果；进一步对ATMP与其他阻垢剂的效果进行对比实验，结果表明，在相同的用量及水样条件下，ATMP的阻垢效果最佳，可作为优选的阻垢剂。
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]郑智超.工业锅炉水处理对锅炉能效的影响分析[J].电子技术，2022，51（12）：186-187.
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