第15章锅炉水处理与蒸汽净化=西安交通大学-锅炉原理

1、第十五章第十五章 锅炉水处理与蒸汽净化锅炉水处理与蒸汽净化 151 锅炉水工况与水处理锅炉水工况与水处理一、锅炉用水一、锅炉用水 原水原水 天然水天然水补水补水 净化后补充水净化后补充水回水回水 冷凝后返回锅炉冷凝后返回锅炉的水的水给水给水 送进锅炉的水送进锅炉的水（回水和补水）（回水和补水）炉水炉水 锅炉内的的水锅炉内的的水排污水排污水 排掉的炉水排掉的炉水 1. 水中杂质水中杂质 悬浮物。不溶性微粒悬浮物。不溶性微粒（100m100m ） 泥砂，粘土、藻类、细菌、动植物有机体的微泥砂，粘土、藻类、细菌、动植物有机体的微小碎片、纤维、腐烂产物、其它不溶性物质。小碎片、纤维、腐烂产物、其它不溶

2、性物质。 自然沉降和澄清过滤自然沉降和澄清过滤胶体物。微粒胶体物。微粒（1 1100m100m ） 铁、铝、硅的化合物（如硅酸胶体），动植物铁、铝、硅的化合物（如硅酸胶体），动植物分解后分解后高分子化合物高分子化合物（如腐殖质胶体）。（如腐殖质胶体）。 混凝超滤混凝超滤 溶解物质。溶解物质。1m1m ，以离子或分子存在于水中。，以离子或分子存在于水中。 溶解盐类溶解盐类离子（如钙，镁、钠、钾、铁、锰等离子（如钙，镁、钠、钾、铁、锰等盐类的正负离子）盐类的正负离子） 溶于水的溶于水的气体气体（有（有O O2 2、COCO2 2、H H2 2S S） 离子交换、膜分离、蒸馏技术离子交换、膜分离、蒸

3、馏技术2. 杂质危害杂质危害 结垢结垢 水垢的导热系数很小，使管壁温度急剧增加水垢的导热系数很小，使管壁温度急剧增加 腐蚀腐蚀 金属减薄，强度降低，缩短锅炉使用年限金属减薄，强度降低，缩短锅炉使用年限 蒸汽污染蒸汽污染 在过热器、管道阀门和汽轮机叶片等处形成盐垢在过热器、管道阀门和汽轮机叶片等处形成盐垢沉积，造成过热器爆管、管道堵塞以及汽轮机出沉积，造成过热器爆管、管道堵塞以及汽轮机出力和效率降低。力和效率降低。 3. 水质指标水质指标 （1）全固形物）全固形物 全部杂质转化成固体时的含量全部杂质转化成固体时的含量 悬浮固形物（悬浮物）悬浮固形物（悬浮物） 用过滤材料从水中分离出来的固形物的用

4、过滤材料从水中分离出来的固形物的含量含量 溶解固形物溶解固形物 溶解在水中全部盐类，铁、铝、硅的氧溶解在水中全部盐类，铁、铝、硅的氧化物和一些有机物的含量化物和一些有机物的含量（2 2）硬度）硬度 水中溶解的水中溶解的钙钙、镁镁盐的总含量盐的总含量 碳酸盐硬度（暂时硬度）碳酸盐硬度（暂时硬度） 水中溶解的碳酸氢盐水中溶解的碳酸氢盐Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2，Mg(HCOMg(HCO3 3) )2 2 的含量。加热到沸腾时，形成泥渣状的的含量。加热到沸腾时，形成泥渣状的CaCOCaCO3 3、MgCOMgCO3 3及及Mg(OH)Mg(OH)2 2沉淀出来沉淀出来 非碳酸盐硬度（

5、永久硬度）非碳酸盐硬度（永久硬度） 水中溶解的氯化物水中溶解的氯化物(CaCl(CaCl2 2，MgClMgCl2 2) )、硫酸盐、硫酸盐(CaSO(CaSO4 4，MgSOMgSO4 4) )及其它钙镁盐的含量，热力法不及其它钙镁盐的含量，热力法不能去除能去除 （3 3）碱度）碱度 水中水中OHOH、COCO3 32 2、HCOHCO3 3及其它一些弱及其它一些弱酸盐类含量之和酸盐类含量之和 碱度暂时硬度碱度暂时硬度 碱度硬度，既有碳酸盐硬度，又有非碳酸盐碱度硬度，既有碳酸盐硬度，又有非碳酸盐硬度，属于非碱性水硬度，属于非碱性水 碱度硬度，只有碳酸盐硬度，为碱性水碱度硬度，只有碳酸盐硬度，

6、为碱性水 HCOHCO3 3与与OHOH（不能同时存在）（不能同时存在）COCO3 32 2H H2 2O O（4 4）相对碱度）相对碱度 水中游离的水中游离的NaOHNaOH含量（含量（OHOH碱度折碱度折算成的算成的NaOHNaOH含量）与含量）与溶解固形物溶解固形物含量的比值含量的比值（5 5）pHpH值值 水的酸碱性水的酸碱性（6 6）含盐量）含盐量 （7 7）溶解氧）溶解氧 （8 8）含油量）含油量 二、结垢二、结垢（1 1）结垢过程）结垢过程 在一定的温度和压力下，水中的杂质在蒸发过在一定的温度和压力下，水中的杂质在蒸发过程中不断程中不断浓缩浓缩，经过各种物理化学过程，以不同，经过

7、各种物理化学过程，以不同形态的形态的结晶结晶形式析出，沉积在受热面上或沉淀在形式析出，沉积在受热面上或沉淀在水中。水中。 水渣水渣（或称泥垢、泥渣）（或称泥垢、泥渣） 以水中胶体质点、气泡及各种以水中胶体质点、气泡及各种悬浮物为结晶核心悬浮物为结晶核心形成，形成，疏松疏松絮状，悬浮于水中，可通过絮状，悬浮于水中，可通过排污清除排污清除 水垢水垢 壁面壁面粗糙点为结晶核心粗糙点为结晶核心而形成，而形成，坚硬坚硬而致密，难而致密，难以清除，需采用锅内以清除，需采用锅内化学清洗化学清洗方法方法 沉积在过热器上的称为盐垢沉积在过热器上的称为盐垢（2 2）水垢成因）水垢成因 浓度溶解度浓度溶解度 蒸发浓

8、缩蒸发浓缩 高温沉淀高温沉淀 正溶解度正溶解度系数，系数，tt，溶解度，溶解度，易溶物质，如，易溶物质，如NaClNaCl、Na(OH)Na(OH)2 2等等 负溶解度负溶解度系数，系数，tt，溶解度，溶解度，难溶物质，如，难溶物质，如CaSOCaSO4 4、CaCOCaCO3 3、Mg(OH)Mg(OH)2 2等等 热分解反应热分解反应 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2难溶难溶CaCOCaCO3 3 Mg(HCO Mg(HCO3 3) )2 2MgCOMgCO3 3难溶难溶Mg(OH)Mg(OH)2 2 结晶核心结晶核心 诱使沉淀物析出诱使沉淀物析出 （3 3）水垢成分）水垢成分

9、钙镁水垢；硅酸盐水垢；铁垢和铜垢。钙镁水垢；硅酸盐水垢；铁垢和铜垢。 三、水处理方法及其系统三、水处理方法及其系统 1.1. 水的净化处理水的净化处理 混凝混凝 投放混凝剂，经过混合、絮凝等作用，使投放混凝剂，经过混合、絮凝等作用，使微小颗粒聚合成较大的絮状物的综合过程。微小颗粒聚合成较大的絮状物的综合过程。沉淀沉淀 依靠重力将水中悬浮颗粒物分离出来。有依靠重力将水中悬浮颗粒物分离出来。有自然沉淀，混凝沉淀、软化沉淀，除硅沉淀等，自然沉淀，混凝沉淀、软化沉淀，除硅沉淀等，通常和混凝处理同时进行。通常和混凝处理同时进行。过滤过滤 具有空隙的粒状粒滤层，截留水中不溶物具有空隙的粒状粒滤层，截留水中

10、不溶物质质净化处理后的水贮存于清水箱，准备作下一步处理净化处理后的水贮存于清水箱，准备作下一步处理净化、软化、除盐、除气、炉水防垢净化、软化、除盐、除气、炉水防垢 2. 2. 水的软化处理水的软化处理 去除去除硬度硬度（1 1）热力软化法）热力软化法 去除暂时硬度，不能去除永久硬度去除暂时硬度，不能去除永久硬度 t100t100，水中钙、镁的碳酸氢盐受热分，水中钙、镁的碳酸氢盐受热分解，解，生成难溶物质生成难溶物质CaCOCaCO3 3和和Mg(OH)Mg(OH)2 2而沉淀而沉淀 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 CaCO CaCO3 3+ H+ H2 2O + COO + CO2

11、 2 Mg(HCO Mg(HCO3 3) )2 2 MgCO MgCO3 3 + H + H2 2O + COO + CO2 2 MgCO MgCO3 3 + H + H2 2O O Mg(OH)Mg(OH)2 2+ CO+ CO2 2（2 2）药剂软化法）药剂软化法 投放投放化学药品（石灰和纯碱）化学药品（石灰和纯碱），促使钙、镁离，促使钙、镁离子转变成难溶的化合物析出。子转变成难溶的化合物析出。 石灰软化法石灰软化法 熟石灰熟石灰Ca(OH)Ca(OH)2 2 可以除去暂时硬度可以除去暂时硬度 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 2CaCO

12、 2CaCO3 3+ 2H+ 2H2 2O O Mg(HCOMg(HCO3 3) )2 2+2Ca(OH)+2Ca(OH)2 22CaCO2CaCO3 3+ Mg(OH)+ Mg(OH)2 2+ 2H+ 2H2 2O O 不能除去水中的永久硬度不能除去水中的永久硬度 将镁的非碳酸盐硬度转变为钙的非碳酸盐硬度将镁的非碳酸盐硬度转变为钙的非碳酸盐硬度 MgSOMgSO4 4 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 Mg(OH) Mg(OH)2 2+ CaSO+ CaSO4 4 水火管锅炉，给水预处理水火管锅炉，给水预处理（3 3）离子交换软化法）离子交换软化法 离子交换原理和离子交换剂离子交换原

13、理和离子交换剂 原理原理 具有交换离子能力的交换剂，其本身的具有交换离子能力的交换剂，其本身的某种离子和水中某种离子和水中同电性离子同电性离子进行等物质量的进行等物质量的相互相互交换交换，达到消除杂质离子的目的。，达到消除杂质离子的目的。 交换剂交换剂 沸石、磺化煤、树脂离子交换剂沸石、磺化煤、树脂离子交换剂 阳阳离子交换剂：如离子交换剂：如NaRNaR、HRHR、NHNH4 4R R 阴阴离子交换剂：如离子交换剂：如ROHROH、RHSORHSO4 4 要求要求 机械强度，耐热性，化学稳定性，选择性机械强度，耐热性，化学稳定性，选择性 钠型离子交换软化法钠型离子交换软化法 软化软化 Ca(H

14、COCa(HCO3 3) )2 2 + 2NaR CaR + 2NaR CaR2 2 + 2NaHCO + 2NaHCO3 3 消除硬度，消除硬度，但阴但阴离子未减少，即离子未减少，即碱碱度不变，度不变，原水中的原水中的碳酸氢盐硬度转变碳酸氢盐硬度转变为软水中的碱度。为软水中的碱度。 分层交换分层交换 分层失效分层失效 反洗反洗 提高交换剂的再生效果提高交换剂的再生效果 再生再生 再生剂再生剂盐水盐水NaClNaCl8 81010，先稀后浓，先稀后浓 2NaC1 + CaR2NaC1 + CaR2 2 2NaR + CaC1 2NaR + CaC12 2 2NaC1 + MgR 2NaC1 +

15、 MgR2 2 2NaR + MgC1 2NaR + MgC12 2 顺流顺流再生，上层再生效果好，下层再生效果差。再生，上层再生效果好，下层再生效果差。再生剂耗量高，但设备和操作都比较简单。再生剂耗量高，但设备和操作都比较简单。 逆流逆流再生再生 ，底层再生程度高，出水品质好，底层再生程度高，出水品质好，耗量减少耗量减少3030左右，操作时防止交换剂乱层。左右，操作时防止交换剂乱层。 正洗正洗 软水冲洗，清除再生残留软水冲洗，清除再生残留CaC1CaC12 2、 MgC1MgC12 2。 氢型离子交换软化法氢型离子交换软化法 软化软化 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 + 2HR

16、CaR + 2HR CaR2 2 + 2H + 2H2 2O + O + 2CO2CO2 2 MgSO MgSO4 4 + + 2HR MgR2HR MgR2 2 + + H H2 2SOSO4 4 含盐量有所降低含盐量有所降低，因为碳酸氢根离子生成了碳，因为碳酸氢根离子生成了碳酸而通过脱气被除去，酸而通过脱气被除去，水质呈酸性水质呈酸性。 再生再生（盐酸或硫酸（盐酸或硫酸) ) CaR CaR2 2 + 2HCl 2HR + CaCl+ 2HCl 2HR + CaCl2 2 氢钠型离子联合软化法氢钠型离子联合软化法 降低碱度降低碱度, ,消除酸性消除酸性 CaSO CaSO4 4 + 2HR

17、 CaR + 2HR CaR2 2 + H + H2 2SOSO4 4 H H2 2SOSO4 4 + 2NaR 2HR + Na + 2NaR 2HR + Na2 2SOSO4 4 酸性被消除酸性被消除，但仍有部分碳酸根，但仍有部分碳酸根，则软水则软水保持适当的碱度保持适当的碱度 离子交换水处理方式离子交换水处理方式 固定式（固定床、浮动床）固定式（固定床、浮动床） 连续式（移动床、流动床连续式（移动床、流动床) )固定床固定床 设备简单、操作容易，但设备简单、操作容易，但交换剂和再生液耗量多，交换剂和再生液耗量多，周期性间断周期性间断运行。运行。 浮动床浮动床 交换剂装量多，交换剂装量多，

18、运行周期延运行周期延长，再生时长，再生时不会乱层，不会乱层，适合于高流适合于高流速运行。速运行。 移动床移动床 交换塔体积小，交换剂交换塔体积小，交换剂用量和再生剂耗量少，用量和再生剂耗量少，出水品质高且稳定，出水品质高且稳定，仍是半连续仍是半连续间断进行，间断进行，且交换剂磨损较严重，且交换剂磨损较严重，补充量多。补充量多。 流动床流动床 完全连续工作，完全连续工作，交换剂利用率高，交换剂利用率高，清洗水耗量低，清洗水耗量低，操作管理简方便，操作管理简方便，但树脂磨损较严但树脂磨损较严重，对负荷适应重，对负荷适应性差，设备调整性差，设备调整过程比较麻烦。过程比较麻烦。 3. 3. 水的除盐处

19、理水的除盐处理 将水中各种离子消除或减少到一定的程度将水中各种离子消除或减少到一定的程度 2R2ROHOH + H + H2 2SOSO4 4( (或或H H2 2COCO3 3) R) R2 2SOSO4 4( (或或R R2 2COCO3 3) + 2H) + 2H2 2O O ROH + HCl(ROH + HCl(或或H H2 2SiOSiO3 3) RCl() RCl(或或RHSiORHSiO3 3) + H) + H2 2O O 除碳器除碳器清除清除COCO2 2 H H2 2SiOSiO3 3的酸性比的酸性比H H2 2COCO3 3弱，不除弱，不除COCO2 2，妨碍交换剂吸附

20、妨碍交换剂吸附H H2 2SiOSiO3 34. 4. 水的除气处理水的除气处理(O(O2 2、COCO2 2) ) (1)(1) 药剂除氧。药剂除氧。还原剂（还原剂（NaNa2 2SOSO3 3和联胺和联胺N N2 2H H4 4）与水中）与水中O O2 2发生反应。注意发生反应。注意N N2 2H H4 4易挥发且有毒。药剂贵。易挥发且有毒。药剂贵。 (2)(2) 热力除氧。热力除氧。 O O2 2随温度升高而逸出，可将随温度升高而逸出，可将O O2 2、COCO2 2、N N2 2等气体都除去，效果稳定可靠，含盐量不增等气体都除去，效果稳定可靠，含盐量不增加，但耗汽量较高。真空除氧可节约

21、能源。加，但耗汽量较高。真空除氧可节约能源。 (3)(3) 解析除氧解析除氧。 降低水面上某种气体的分压力，该降低水面上某种气体的分压力，该气体将会从水中逸出。气体中的气体将会从水中逸出。气体中的O O2 2与热木炭反与热木炭反应生成应生成COCO2 2，成为无氧气。只能除氧，除氧水的，成为无氧气。只能除氧，除氧水的COCO2 2含量增加。含量增加。(4)(4) 除除COCO2 2 。解析方法，空气与含解析方法，空气与含COCO2 2的水接触。的水接触。 152 152 蒸汽净化蒸汽净化 一、蒸汽污染及蒸汽品质一、蒸汽污染及蒸汽品质 1. 1. 蒸汽污染蒸汽污染rjqjxqrjiqjxqqSS

22、SSS,总盐分总盐分 机械性携带机械性携带 lsjxqSS100溶解性携带溶解性携带 ilsyrjiqSaS,100总携带系数总携带系数100qlsSkS蒸汽携带盐分导蒸汽携带盐分导致蒸汽品质恶化致蒸汽品质恶化 蒸汽含盐量取决蒸汽含盐量取决于蒸汽湿度于蒸汽湿度，盐分在蒸汽中的盐分在蒸汽中的溶解能力溶解能力a ay y，炉，炉水含盐量水含盐量S Slsls。 提高蒸汽品质的提高蒸汽品质的措施措施 提高给水品质；提高给水品质；改进锅筒内部装置；增加炉水排污量。改进锅筒内部装置；增加炉水排污量。2. 2. 蒸汽含盐机理蒸汽含盐机理 （1 1）机械性携带）机械性携带 汽流作用力水滴的重力，水滴被蒸汽携

23、带汽流作用力水滴的重力，水滴被蒸汽携带汽流作用力水滴的重力，达到飞逸临界状态汽流作用力水滴的重力，达到飞逸临界状态飞逸直径飞逸直径d dfyfy：汽速一定，被带走的最大水滴直径：汽速一定，被带走的最大水滴直径 影响机械携带的主要因素影响机械携带的主要因素蒸汽压力。蒸汽压力。pp，( ()而而， w wfyfy， d dfyfy，汽水不易分离；饱和水的表面张，汽水不易分离；饱和水的表面张力和汽泡直径随都减小，汽泡破碎时形成的水滴力和汽泡直径随都减小，汽泡破碎时形成的水滴直径小，直径小， 。p p15MPa15MPa， pp，。 gwdfy432飞逸速度飞逸速度w wfyfy：水滴直径一定，将水滴

24、带走的汽速：水滴直径一定，将水滴带走的汽速 汽速越大，飞逸直径也越大，蒸汽湿度增加汽速越大，飞逸直径也越大，蒸汽湿度增加 锅炉负荷锅炉负荷区：区：n=1n=13 3。D D不大，不大，ww较小，较小，增加较慢增加较慢区：区：n=2.5n=2.54 4。DD，炉水飞溅增加，炉水飞溅增加， ww，nAD区：区：n=8n=81010。ww；汽泡增加使蒸汽空间；汽泡增加使蒸汽空间高度减小；液面剧烈波动，泡沫被带走，高度减小；液面剧烈波动，泡沫被带走， 电站锅炉要求电站锅炉要求0.030.03，即，即D DD D1 1。 蒸汽空间高度蒸汽空间高度 h hq q很小，很小，很大。随着很大。随着h hq q

25、的增加，的增加，急剧减少急剧减少h hq q0.6m0.6m，大水滴不能被携带，大水滴不能被携带，变化平缓变化平缓炉水含盐量炉水含盐量 S SlslsS Sljlj S Slsls，炉水表面张力增炉水表面张力增大大，汽泡液膜很，汽泡液膜很薄，破裂时水滴薄，破裂时水滴细小；细小； 炉水粘度增大炉水粘度增大，小汽泡浮升速度小汽泡浮升速度慢，不易合并成慢，不易合并成大汽泡，大汽泡，h hq q。S Slsls，S Sq q。S SlslsS Sljlj， ，S Sq qDD，S Sljlj值值（2 2）选择性携带）选择性携带 饱和蒸汽饱和蒸汽溶盐能力取决于溶盐能力取决于其在饱和蒸汽中的溶解其在饱和蒸

26、汽中的溶解度（分配系数）度（分配系数）选择性选择性 nya分配系数分配系数 nn，a ay y第一类：第一类：n n1.01.0，溶解度最大，含量少；，溶解度最大，含量少；第二类：第二类：n n1.01.03.03.0，H H2 2SiOSiO3 3，溶解度较大；，溶解度较大；第三类：第三类：n n4 4，难溶盐分。，难溶盐分。 压力压力 pp，蒸汽与水的性质即溶盐能力蒸汽与水的性质即溶盐能力接近，接近，a ay y。 pHpH值值 炉水中硅酸盐与炉水中硅酸盐与H2SiO3之之间处于水解平衡状态间处于水解平衡状态 HSiOHSiO3 3- -+H+H2 2O HO H2 2SiOSiO3 3+

27、OH+OH- - pHpH，OHOH- -，平衡向左，平衡向左，H H2 2SiOSiO3 3，硅酸，硅酸a ay y，硅酸盐硅酸盐。但。但pHpH应符合水质标准。应符合水质标准。 二、蒸汽溶盐的净化二、蒸汽溶盐的净化 蒸汽清洗、分段蒸发蒸汽清洗、分段蒸发 蒸汽清洗蒸汽清洗 物质交换扩散过程物质交换扩散过程清洗水层清洗水层 具有最大浓度差具有最大浓度差动力泡沫层动力泡沫层 具有最大接触面积具有最大接触面积蒸汽空间蒸汽空间 蒸汽与飞溅清洗水蒸汽与飞溅清洗水滴接触滴接触 三、汽水分离三、汽水分离 分离原理分离原理重力分离。重力分离。利用蒸汽与水的密度差在一定空间中利用蒸汽与水的密度差在一定空间中进行自然分离进行自然分离离心力分离。离心力分离。利用汽流旋转时蒸汽与水产生不同利用汽流旋转时蒸汽与水产生不同的离心力进行分离的离心力进行分离惯性力分离。惯性力分离。利用汽流改变方向时蒸汽与水产生利用汽流改变方向时蒸汽与水产生不同的惯性力进行分离不同的惯性力进行分离水膜分离。水膜分离。利用蒸汽与水的不同粘性，使水粘附利用蒸汽与水的不同粘性，使水粘附在固体壁面上形成水膜流下而进行分离在固体壁面上形成水膜流下而进行分离 分类分类 粗分离（一次分离）：将大部分蒸汽分离出来，