锅炉用水的水质管理

1、鍋爐用水的水質管理壹、水質管理判斷基準一、水質管理標準1.各項類別之用水，應視用水設備之特性，依照本文中所列之水質標準，加以管制，以確保設備使用壽命與能源效率。2.鍋爐給水應預先作適當的處理，循環鍋爐爐水則須添加內處理劑，其添加量應視水質情況而加以調整，並採用連續添加方式，保持適當之濃度。3.爐水排放控制，不一定受限於總固體量(TS)，在水質標準中，任何一項目(如鹼性度、氯化物等)超過上限時，都應列為控制之重要因素。4.必須大量用水或使用冷卻水之設備，應採取循環方式重複使用，但須經去除雜質，或降低溫度之處理。二、水質管理需要之測試與紀錄對於各項類別之用水，須定期化驗分析水質中所含不純物之濃度，

2、並作成記錄，以做為水質調整之依據。三、改善措施1.充分回收蒸汽冷凝水，供鍋爐使用，除了利用熱能外，亦須保持良好之爐水水質。2.對於經過各種處理及改善措施後，鍋爐爐水水質仍然不良，必須以大量排放來處理時，可採取連續排放方式，並利用熱回收裝置，預熱補充水。3.循環使用之冷卻水，當判斷水質不佳時，可藉由調整pH值、硬水軟化、鹼性度、及排放量等方式，來控制其飽和指數。4.冷卻水系統在設計時，若超過實際使用量數倍時，應降低冷卻水之循環量，以節省幫浦及冷卻水塔風扇之耗電量。貳、鍋爐用水由於鍋爐用水有其一定之要求，否則會因結垢、腐蝕等引起鍋爐效率的減降、破裂等問題。一、鍋爐水質指標對不同行業之工業用水，其水

3、質要求也不盡相同，鍋爐用水亦是之，其主要水質指標有如下表1所示。於這些指標中，一類是反映水液中某一具體成分，如各種離子含量；另一類是表示某些物質之總量或某種性能，此是因技術上的須要而訂定者，如水液中之硬度，故這種指標又稱之為技術指標。 表1  鍋爐水質指標水質指標常用單位水質指標常用單位水質指標常用單位水質指標常用單位總固體含量mg/l鈣mg/l氯離子mg/l碳酸鹽硬度mmol/l溶解固體含量mg/l鎂mg/l硫酸根mg/l非碳酸鹽硬度mmol/l懸浮物mg/l鈉mg/l硝酸根mg/l化學耗氧量mg/l濁度FTU鐵mg/l二氧化矽mg/l生物須氧量mg/l含鹽量mg/l鋁m

4、g/l亞硝酸根mg/l油脂量mg/l燃燒殘渣mg/l氨mg/l磷酸根mg/l二氧化碳mg/l導電度S/cm碳酸氫根mg/l總鹼度mmol/l溶存氧含量mg/lpH值 碳酸根mg/l總硬度mmol/l   註：1.硬度單位各國不盡相同，美國採ppmCaCO3，德國採德國度(1德國度表1公升水液中含10mg之氧化鈣者)，日本採mg CaCO3/l。此些單位間之關係為1 mmol/l=2.8G(德國度)=50 ppmCaCO32.鈣鹽為Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、CaCl2等之總稱，鎂鹽為Mg(HCO3)、MgCO3、MgSO4、MgCl2等之

5、總稱。鈣鹽、鎂鹽屬陽離子，碳酸鹽、非碳酸鹽屬隂離子。3.一水樣中氫氧鹼度與重碳酸鹽不會同時存在，因此只能存在氫氧鹼度與重碳酸鹼度或碳酸鹽鹼度與重碳酸鹽，及三種鹼度中單獨存在一種。其彼此間之關係為鹼度成分測定結果P > MP = MP = 0P < MM = 0含量；mmol/l氫氧根P - M0000碳酸根2M2M02P0重碳酸根00MM - P0 4.硬度與鹼度具有如下之關係分析結果HFHTHSH > BH = BH < BH - B00BH = BH00B - H 二、鍋爐用水處理概說1.鍋爐水內處理(1)循環鍋爐水各種內處理方式之差異-如表2所

6、示者 表2  循環鍋爐水內處理方式比較處理方式水處理鹼性處理1磷酸鹽處理2蟹行劑處理揮發性物質處理必須之處理達到給水爐水標準所須之處理純水製造、脫氧純水製造、脫氣純水製造、脫氣鍋爐運轉壓力範圍070kgf/cm250kgf/cm2以上65 kgf/cm2以上125 kgf/cm2以上爐水pH控制範圍10.511.89.010.5 8.59.0禁止添加之藥劑無特別限制，40kgf/cm2以上不宜採用亞硫酸鈉含鹼性藥劑(如氫氧化鈉)，水中生成鹼性藥劑(如碳酸鈉) 固體物處理劑須要處理劑氫氧化鈉、各種磷酸鹽類、各種磷酸鈉鹽類、聯氨Na4、EDTA、NTA聯氨、

7、氫氧化氨、morpholine註：1中壓以上之鍋爐與冷凝水系統，避免添加碳酸鈉。2如完全採用磷酸鹽處理時，避免採用亞硫酸鈉。 (2)鍋爐內處理藥劑(清鍋劑)之種類與作用-如表3所示者 表3  鍋爐內處理藥劑(清鍋劑)之種類與作用處理目地名  稱分 子 式作 用備 註防止腐蝕氫氧化鈉NaOH1.增高鹼度與pH值。2.軟化鎂鹽硬度。1.因不含碳酸鹽而蒸汽中不產生CO2。2.剩餘NaOH易起荷性脆化，應注意調整其鹼度。碳酸納Na2CO31.提升鹼度與pH值。2.軟化硬度。1.比NaOH易於調整，且費用較廉。2.調整其鹼度，並以排水調整其淤泥。矽酸納Ns2SiO

8、3於鍋爐金屬表面形成保護膜。使用於軟化水之低壓鍋爐中，具有保護防蝕作用。氫氧化氨NH4OH防止因CO2之腐蝕。伴隨蒸汽混入冷凝水系統，以防止腐蝕。亞硫酸鈉Na2SO3防止因O2之腐蝕。脫氣處理無法完全排除O2時使用，亦有與氫氧化鐵並用。軟化磷酸鈉鹽類NaH2PO4Na2HPO4Na3PO4軟化生成磷酸鈣Ca3(PO4)2與氫氧化鈣Ca(OH)2之沉澱物1.為使反應完全，pH值應保持9.5以上。2.選定適當藥劑以調整pH值。3.應調整排出沉澱之淤泥。鋁酸鈉Na2Al2O4軟化鈣鎂而沉澱形成膠狀物。鍋(淤)泥調整單寧酸木質素有各種結購之有機物1.防止給水管線系統內析出鍋泥。2.防止鍋垢結晶，附於鋼

9、材上。1.通常與碳酸鈉或磷酸鹽類併用。2.並無直接軟化能力，且加熱時將失去其效果。澱粉(C6H10C5)x同上。1.形成粘性皮膜以防鍋垢附。2.加熱時將失去其效果。反應性膠質複合有機物1.使鍋泥易於流動。2.減少氣水共騰。可與鈣、鎂、水垢之結晶起作用，但無直接調整之能力。 (3)各種脫氧劑之種類與功能-如表4所示者 表4  各種脫氧劑之種類與功能處理目的名稱分子式功能備註防止鍋爐腐蝕聯氨N2H4H2O1.除去水中溶存氧。2.還原氧化鐵。1.與水中溶存氧反應產生N2與H2O，故不會增高總固體量。2.約達180將分解成氨。亞硫酸鈉Na2SO3除去水中溶存氧。1.其反應

10、生成物為Na2SO4故會增高爐水之總固體量。2.無還原氧化鐵功能。 (4)冷凝水處理藥劑之種類與功能-如表5所示者 表5  冷凝水處理藥劑之種類與功能處理目的名稱分子式功能備註防止冷凝水系統腐蝕MorpholineC4H9NO中和碳酸使用含有碳酸鹽給水時則蒸汽中將含有CO2。Cyclohexyl-amineC6H11NH2中和碳酸中和CO2，以防止冷凝系統腐蝕。PiperazineC4H10N26 H2O中和碳酸 氫氧化氨NH4OH中和碳酸冷凝水系統如有銅合金設備，應注意使用。Hexadecyl- amineC16H33NH2被金屬表面吸着，形成保護皮膜

11、注入蒸汽系統中使金屬表面形成單分子皮膜。Octadecyl- amineC18H37NH2 2.磷酸鈉與亞硫酸鈉之添加方法(鍋爐使用)主要之基本作用為(1)亞硫酸鈉做為脫氧劑以防止給水中溶純氧之腐蝕(蝕點pitting)。Na2SO3+1/2O2Na2SO4(2)磷酸鈉做為給水(爐水)之軟化劑與pH調整劑。3Ca+ Ca32Na3PO4+ 3Mg+  Mg3 (OP4)2+6Na+爐水排放至於其添加量與注入量則有如下表所示者。 表6  磷酸鈉與亞硫酸鈉添加劑之添加量與注入量處 理 劑 名 稱處理劑連續注入量g/hg/t給水亞

12、硫酸鈉Na2SO37.9DF+1.58S0B7.9D+0.0158 S0bNa2SO37H2O15.8DF+3.2S0B15.8D+0.032 S0b磷酸鈉Na2PO40.98HF+1.7S0B0.98H+0.017 P0bNa2PO412H2O2.3HF+4S0B2.3H+0.04 P0b註：(1)在1大氣壓20時，給水溶解氧之濃氧約9ppm。(2)符號說明符號單位說明符號單位說明Dppm給水中溶解氧的濃度b%鍋爐水連續排放率(對給水)Ft/h給水流量HPpm as CaCO3給水中之Ca硬度S0Ppm某時刻鍋爐水中之SO- 2  3濃度P0ppm某時刻鍋爐水中之P-3 4濃度Bt

13、/h鍋爐水的連續排放流量    3.鍋爐排放率(1)鍋爐爐水排放率計算B=F×(C1/C2) 或 B=S×(C1/C2-C1)式中B為鍋爐排水流量(kg/h)，F為鍋爐給水流量(kg/h)，S為鍋爐蒸汽流量(kg/h)，C1為給水中之總固體量或導電度(ppm or S/cm)，C2為爐水中充許最高總固體量或導電度(ppm or S/cm)導電度( S/cm)×0.71=總固體量(ppm)(2)各種爐水控制濃度之排放率-可參考下圖1所示者以讀取之  4.鍋爐水排放時之熱損失及水垢厚度與燃料損失之關係-此概約

14、值可利用圖2及圖3以讀取之 5.鍋爐水質異常之影響給水中之雜質會對鍋爐產生不良之影響，其可能發生之情形大致有如表7所示者。 表7  給水中雜質對鍋爐之不良影響對鍋爐產生不良影響之雜質該雜質之物理形態該雜質之來源與給水水質之關連主要處理部位(1)碳酸鈣 (2)硫酸鈣(3)矽酸鈣(4)複合磷酸鈣 (5)氫氧化鎂(6)矽酸鎂(7)氯化物酸類(8)氧化鐵  (9)矽酸鐵鈉(10)氧化鋁或氫氧化鋁 (11)矽酸鋁納(12)矽(13)油份(14)銅與氧化銅(15)氧 (16)二氧化碳 (17)氨(18)天然

15、有機物質 (19)界面活化劑 (20)氫氧化鈉(荷性鈉) (21)溶解固體物(22)懸浮固體物鍋泥水垢水垢水垢鍋泥水垢鍋泥鍋泥溶液鍋泥或水垢  水垢鍋泥與水垢 水垢水垢皂油性鍋泥金屬與氧化物銹蝕物 銹蝕物 銅之銹蝕物沉積物或溶液 溶液 溶液 溶液懸浮固體物、沉澱之鍋泥鈣質硬度鈣質硬度鈣質硬度鈣質硬度與矽鈣質硬度鈣質硬度鎂質硬度鎂質硬度與矽氯化物系統內所生之銹蝕、給水中溶解或不溶解之鐵質鐵與矽鐵與矽原水、處理水及冷凝水中之鋁質鋁與矽矽污染冷凝與給水系統之銹蝕給水中溶解或攜帶之氧 

16、;游離CO2、碳酸鹽及碳酸氫鹽之分解補給水與回流之冷凝水前期及後期之腐酸、補給水衍生物原水、給水或冷凝水中之合成清潔劑氫氧化鈉、碳酸鈉及碳酸氫納溶解物質之累積原已存在之不溶性固體物或化學作用所生成之不溶性固體物鍋爐鍋爐、給水系統、節煤器鍋爐鍋爐鍋爐鍋爐、給水系統、節煤器鍋爐鍋爐、給水系統、節煤器鍋爐鍋爐  鍋爐鍋爐 鍋爐汽輪機、鍋爐鍋爐、汽輪機、過熱器鍋爐鍋爐、節煤器、給水系統、冷凝水系統給水系統、節煤器、冷凝水系統給水及冷凝水系統鍋爐 鍋爐、過熱器、汽輪機 鍋爐、過熱器、汽輪機 鍋爐、過熱器、汽輪機鍋爐、過熱器、汽輪機、給水系統、節

17、煤器、鍋爐 6.鍋爐水質異常可能發生之障害-參表8所示者 表8  鍋爐水質異常可能發生之障害 水質異常情形可能發生障害預防措施給水pH偏高低濃縮比爐外處理(pH調整劑)偏低腐蝕硬度偏高結垢給水軟化或純化，回收冷凝水使用，清罐劑調油脂偏高結垢、起泡防止油脂污染，更換水源爐水pH偏高荷性脆化爐內處理加pH調整劑，如排放異常應先矯正偏低腐蝕M-鹼度偏高起泡、結垢或腐蝕改用脫鹼軟化或純水，如排放異常應先矯正偏低排放過量P-鹼度偏高起泡、結垢或腐蝕配合M-鹼度數據做矯正措施偏低腐蝕總固體量(TS)偏高結垢，蒸汽帶水矯正排放異常，回收冷凝水使用(無下限)排放過量導電

18、度同上同上同上氯離子偏高(無下限)腐蝕，低濃縮比矯正排放量，回收冷凝水使用磷酸根偏高增加TS，低濃縮比調整清罐劑量偏低結垢全鐵份偏高腐蝕、結垢爐外除鐵處理，添加脫氧劑總硬度偏高結垢給水軟化，罐內加清罐引用冷凝水回收 三、低壓鍋爐之水質標準試用於額定出口蒸汽壓力2.54MPa之固定式蒸汽鍋爐及熱水鍋爐(不包含貫流鍋爐)。蒸汽鍋爐之給水以採用爐外化學處理為主；對於使用固體燃料之爐胴鍋爐與額定蒸發量不大於2t/h，且額定出口蒸汽壓力不大於0.98MPa之水管鍋爐亦可採用爐內加藥處理。不同類型之鍋爐其水質標準規定大致如下。1.立式水管鍋爐、立式煙管鍋爐、臥式內燃鍋爐等使用固體燃料之爐胴鍋爐者

19、-如表9所列式之規定 表9  立式水管鍋爐、立式煙管鍋爐、臥式內燃鍋爐(使用固體燃料)之水質標準項目給水 爐水 爐內加藥處理爐外化學處理爐內加藥處理爐外化學處理懸浮物含量；mg/l205  總硬度；mmol/l14.00.03  總鹼度；mmol/l2  102022pH值(25)7710121012溶解固體含量；mg/l3  <5,000<5,000相對鹼度(游離NaOH/溶解固體含量)  <0.24<0.24註：1硬度(mmol

20、/l)之基本單元為M(1/2Ca2+1/2Mg2+)。2鹼度(mmol/l)之基本單元為M(H+)。3如果測定溶解固體含量有困難時，則可改採測定氯化物(Cl-)，唯彼此間之比例關係須依據實驗來確定。4當相對鹼度0.2時應採防止荷性脆化之處理措施。 2.使用固體燃料之水管鍋爐、煙管組合鍋爐及燃油、燃氣內燃鍋爐爐胴鍋爐者-如表10所列示之規定    表  10水管鍋爐、煙管組合鍋爐(使用固體燃料)及燃油、燃氣內燃鍋爐爐之水質標準項  目給  水爐  水工作壓力；MPa0.981>0.981.57>

21、0.982.540.98>0.981.57 懸浮物含量；mg/l555   總硬度；mmol/l0.030.030.03   總鹼度；mmol/l無過熱器   626624616有過熱器    1412pH值(25)777101210121012油脂量；mg/l222   溶解固體含量；mg/l2無過熱器   <4,000<3,500<3,000有過熱器 

22、0;  <3,000<2,500溶存氧含量；mg/l30.130.130.05   SO2-4含量；mg/l   103010301030PO3-4含量；mg/l    10304 相對鹼度(游離NaOH5/溶解固體含量   <0.2<0.2<0.2註：1當鍋爐之額定蒸發量不大於2t/h時，應採用爐內加藥處理，其給水及爐水應符合上表之規定，爐水之溶解固體含量應小於4,000mg/l。25同前(1)之表註3及4者。3鍋爐額定蒸發量不大於2 t/h者，均須除氧；額定蒸發量不大於2 t/h之鍋爐應盡量除氧與注意防蝕。對於供蒸汽渦輪機用之蒸汽鍋爐其溶存氧含量應不大於0.05mg/l，若採用化學除氧實則須監測爐水之亞硫酸根含量。4僅用於供蒸汽渦輪機用之蒸汽鍋爐者。至於不同壓力下CO2-3/SO2-4值與應維持之PO3-4含量則有如下表11(A)及(B)所示之要求。表  11(A)不同壓力下CO2-3/SO2-4值鍋爐壓力；MPaCO2-3/SO2-4值鍋爐壓力；MPaCO2-3/SO2-4值0.69>0.0452.06>0.2851.03>0.0882.4