工业锅炉8章-供热锅炉水处理

第八章

供热锅炉水处理供热锅炉供应生产用汽、采暖、通风、空调、生活用热锅炉房送出的蒸汽大部分不能回收，热水亦有损失，需要一定量补给水各种水源含有杂质，必须经过处理后才能作为锅炉给水锅炉房须设置水处理设备以保证锅炉给水质量——锅炉房工艺设计中的重要工作第一节水中的杂质和水质标准一、水中的杂质天然水中的杂质按其颗粒从大到小分三类：悬浮物——水流动时呈悬浮状态存在，不溶于水的颗粒物质，直径>10-4mm。通过滤纸可分离，砂子、粘土及动植物的腐败物质胶体——微粒直径10-6～10-4mm，许多分子和离子的集合体，不能通过滤纸分离离子和分子——水中的溶解物质(钙、镁、钾、钠等盐类)和溶解气体(O2、CO2)。盐类以离子状态存在，颗粒<10-6mm混凝和过滤悬浮物和胶体杂质在水厂通过混凝和过滤处理后大部分被清除，外观看来澄清二、水中杂质的危害严重影响锅炉的安全、经济运行部分溶解盐类(钙、镁)加热会析出或浓缩沉淀出来。一部分成为锅水中的悬游杂质—水渣；另一部分附着在受热面的内壁——形成水垢O2、CO2对锅炉受热面局部腐蚀（包括化学腐蚀和电化学腐蚀）起麻点——在金属表面产生溃伤性或点状腐蚀穿孔——腐蚀严重，可导致事故水垢导热性能差，降低锅炉的出力和效率；受热面的壁温大为增高——管壁起疱或出现裂缝减少管内流通截面，增加流动阻力结垢严重时堵塞水管——导致管子烧损保证锅炉给水品质措施水处理任务软化(降钙、镁盐类含量)——防止管内结垢除氧(减溶解气体)——减轻受热面腐蚀水处理方法：锅外水处理——给水预先处理后进入锅炉锅内水处理——水处理在汽锅内部进行三、水质指标水质——水和其中杂质共同表现的综合特性水质标准——评价水质好坏的指标。两种方法：客观反映水中某种杂质含量的成分指标，如溶解氧、Cl-、Ca2+等为了技术上的需要反映水质某方面特性的技术指标，如硬度、碱度、溶解固形物的含量等水质指标悬浮固形物水通过滤纸后被分离出来的固形物，经干燥至恒重。以1L水中所含固形物的mg数表示(mg／L)溶解固形物将已被分离出悬浮固形物后的水，经蒸发、干燥后所得的残渣(mg／L)近似等于水中含盐量（忽略有机物含量）——水中各种盐类总和，由水中全部阴阳离子相加得到3.硬度总硬度(H)——溶解于水中的钙、镁离子总量(mmol／L)碳酸盐硬度(HT)——溶解于水中的钙、镁的重碳酸盐和碳酸盐的含量对于天然水，HT即钙镁的重碳酸盐含量又称暂时硬度——重碳酸钙、镁在水加热至沸腾后转变为沉淀物析出。近似等于碳酸盐硬度硬度非碳酸盐硬度(HFT)——溶解于水中钙、镁的硫酸盐和氯化物的含量CaCl2、MgCl2

、CaSO4和MgSO4等又叫永久硬度——水不断蒸发至其所含浓度超过饱和极限时才沉淀析出。近似于非碳酸盐硬度硬度间关系：H＝HT+HFT4.碱度(A)水中含有能接受氢离子的物质的量(mmol／L)天然水碱度主要由HCO3－和CO32－的盐类组成锅水碱度主要由OH－和CO32－组成进入锅筒后，在不同的压力和温度下，HCO3－会全部分解成CO32－和一定比例的OH－水中所含的各种硬度和碱度间有内在的联系和制约硬度和碱度的联系不可能同时存在0H—碱度和HCO3－碱度

HCO3－+OH－→CO32－+H2O水中暂时硬度都属于水中的碱度钠盐碱度——负硬度当水中含有钠盐碱度时，不会存在非碳酸盐硬度(永硬)5.相对碱度锅水中游离的NaOH和溶解固形物含量之比值游离NaOH——水中氢氧根碱度折算成NaOH的含量：[OH-]×40为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标锅炉在有高浓度NaOH和高度应力集中的情况下，会产生晶间腐蚀发生苛性脆化的部位失去了金属光泽，使锅炉受热面发生脆性破裂我国规定的相对碱度值必须小于0.2水质指标pH值——表示水的酸碱性指标酸性水对金属有腐蚀性溶解氧(O2)——水中溶解氧气的浓度。mg／L溶解氧腐蚀金属，对压力较高、容量较大的锅炉，锅炉给水须除去溶解氧氧气在水中溶解度随温度变化。水温越高，溶解度愈小8.磷酸根(PO43-)天然水一般不含磷酸根。mg／L锅内加磷酸盐处理——消除汽锅中的残留硬度，使之形成松软的碱式磷酸钙水渣，随锅炉排污带走；同时可消除一部分游离苛性钠，保证锅水pH值在一定范围内PO43-含量不能太高——过高生成Mg3(PO4)2水垢水质指标亚硫酸根(SO32-)：mg／L给水中的溶解氧可用亚硫酸钠除去如亚硫酸根浓度过高：增加运行费用、溶解固形物增加含油量：天然水一般不含油。mg／L蒸汽凝结水或给水在使用过程中可能混入油类锅水含油及碱类等物质，在水位表面易形成泡沫层，使蒸汽带水量增加，影响蒸汽品质GB1576-2001《工业锅炉水质》锅内加药水处理的水质标准额定蒸发量≤2t／h、且额定蒸汽压力≤1.0MPa的蒸汽锅炉采用蒸汽锅炉和汽水两用锅炉一般采用锅外化学处理热水锅炉水质标准第二节钠离子交换软化离子交换水处理原水进入锅炉之前，通过与交换剂的离子交换反应，除去水中的离子态杂质降低硬度和碱度，以达到锅炉用水的水质要求一、离子交换剂具有离子交换性能的物质。遇水时将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换由阳离子和复合阴离子根两部分组成，后者是一种不溶于水的高分子化合物NaR——钠离子交换剂、HR——氢离子交换剂R——复合阴离子根反应时，复合阴离子根是稳定的组成部分，阳离子和水中的钙、镁等离子互相交换常用的离子交换剂为磺化煤和合成树脂二、钠离子交换软化原理对供热锅炉用水，钠离子交换处理用得最多。处理后的水质特点：达到了除硬目的——原水中的钙、镁盐类变成了钠盐达不到除碱目的——原重碳酸盐碱度(暂时硬度)转变为钠盐碱度，且摩尔数相等出水含盐量稍有增加——Na+的摩尔质量略高于0.5Ca2+、0.5Mg2+交换剂失效运行一段时间后，离子交换剂上的钠离子大部分转为钙、镁型，出水硬度增高交换剂的工作能力Eg将出水硬度达到软化水保证硬度作为交换剂失效标志，按此计算1m3湿态离子交换剂的软化能力。mol／m3或mmol／L1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数交换剂还原（再生）失效后的钠离子交换剂用浓度为5～8％的食盐(NaCl)溶液进行还原理论上还原1mol钙镁硬度需NaCl

117g。在供热锅炉房还原1mol钙镁硬度一般采用140～200g

NaCl三、固定床钠离子交换设备及其运行固定床离子交换运行中离子交换剂层固定不动，原水由上而下不断地通过交换剂层，完成反应过程四个步骤交换(软化)、反洗、还原(再生)、正洗按再生运行的方式分逆流再生、顺流再生交换 当正洗出水质量符合要求时，即可投入软化运行关闭下部排水阀或去反洗水箱的阀门，开启软水出水阀，向外供水水流速度随原水硬度变化用树脂作为交换剂，流速一般为15～20m／h反洗当交换剂失效后，停止软化，用一定压力的原水自下而上通过交换剂层，进行反洗作用松动离子交换剂层清除交换剂层中的悬浮物、破碎的交换剂和积存在层中的气泡——交换运行中，交换剂上层还起着过滤作用操作顺序开启反洗进水阀和上部排水阀，进行反洗至出水澄清为止关闭反洗进水阀和上部排水阀反洗流速为11～18m／h；反洗时间10～15min再生将失效的交换剂与再生液进行还原反应，使其恢复到具有交换能力的过程再生顺序开启进再生液阀和下部排水阀将配置好的再生液送入交换器上部，以4～8m／h的流速自上而下通过交换剂层待经计算量的再生液（浓度以5～8％为宜）全部进入交换器后，关闭进再生液阀优点——装置简单和操作方便缺点——下面的交换剂再生效果不理想盐液中反离子浓度越来越大，促使还原反应很难进行正洗用清水对再生后的交换剂自上而下进行冲洗（冲洗水流方向与运行交换时水流方向一致）作用将再生好的交换剂层内的残留再生液和再生产物清除掉，以确保出水质量正洗顺序开启进水阀，清水从交换器上部进入，以6～8m／h流速自上而下冲洗交换剂层，由下部排水阀排走，时间为30～40min为节约用水，在正洗后期关闭排水阀，并将正洗水回收至反洗水箱，作为下一周期的反洗用水第三节离子交换除碱钠离子交换的缺点只能使原水软化，而不能除去水中碱度为保证锅水碱度，导致锅炉排污量增大氢—钠、氨—钠及部分钠离子交换系统软化水、降低碱度和含盐量第六节锅内加药和其他水处理锅内加药水处理将药剂直接投加到锅内或给水箱、给水管道中，使给水中的结垢物质经化学、物理作用生成松散、非粘附性的泥渣，通过排污将其排除，从而达到防止结垢或减轻锅炉结垢和腐蚀的目的钠盐法有机胶法复合防垢剂物理

水处理采用物理方法来达到消除水中硬度或改变水中硬度盐类的结垢性质磁化法——外磁式磁水器水中钙镁离子受磁场作用后，破坏了它们与其他离子之间静电吸引的状态，导致结晶条件的改变，不会生成坚硬水垢，形成松散泥渣，随污泥排出高频水性改变法除垢器壳体为阴极，钢管制成，壳体中心装有金属阳极电子电源产生高频电磁场第七节锅炉金属的腐蚀包括锅炉给水系统和锅炉本体的腐蚀均匀腐蚀/不均匀腐蚀腐蚀——金属表面和其周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象化学腐蚀过程中没有电流产生，是纯粹的化学反应电化学腐蚀过程中有电流产生化学腐蚀水中存在O2Fe+2H2O=Fe(OH)2+H22H2+O2=2H204Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓水中同时存在CO2Fe(OH)2+2CO2=Fe(HCO3)24Fe(HCO3)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8CO2电化学腐蚀纯铁与杂质界面间产生电位差“极化”现象去极化——加快腐蚀过程pH<72H++2e＝H2↑溶解O2O2+2H2O+4e=4OH-游离CO2H2CO3=H++HCO3-游离NaOHFe3++3OH-=Fe(OH)3↓第八节水的除气水中溶解氧、二氧化碳气体对锅炉金属壁面产生局部腐蚀，须采取除气措施气体溶解定律——任何气体在水中的溶解度与此气体在水界面上的分压力成正比水面上某种气体分压力愈小，则该气体在水中的溶解度愈小水温愈高，气体在水中溶解度愈小常用除氧方法热力除氧——加热至沸腾真空除氧——真空状态达到沸点解析除氧——将界面空间充满不含氧的气体化学除氧——水中加药消除溶解氧一、热力除氧将容器中的水在定压下加热到沸点，水面上的蒸汽分压力近似等于水面上的全压力，氧气及其他气体的分压力趋近于0此时氧气及其他气体在分中的溶解度很小，即可以被分离出来除氧、二氧化碳、氨和硫化氢等气体热力除氧器的构造和工艺流程微正压工况下运行(0.02MPa对应汽水饱和温度102～104℃)微正压——便于排气；防倒吸设置水封式安全阀——防超压热力除氧器结构脱气塔——软水的加热和除气增大汽水接触面积；维持足够的沸腾时间以排气喷雾填料式脱气塔贮水箱——贮存已除氧水和兼作锅炉给水箱(30~90min锅炉给水量)应始终保持沸腾状态，以防氧气重新溶解——从贮水箱底部引入再沸腾蒸汽管，用蒸汽直接加热除氧水以弥补水箱的散热损失排气冷却器——回收从脱气塔顶部随气体一起排出的蒸汽热量当除氧器进水温与除氧后的温差＞8~10时安装二、真空除氧利用低温水在真空状态下达到沸腾，达到除氧、减少锅炉房自用蒸汽的目的蒸汽喷射泵或水喷射泵关键控制水温——水温高于对应饱和温度0.5～1℃所需真空度保证——密封、液位稳定不耗蒸汽、充分利用省煤器、需考虑气蚀三、解析除氧将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合，使软水中的氧就扩散到无氧气体中去装置简单、设备耗钢和成本低、运行费用低、省煤器作用大四、化学除氧钢屑除氧使含有溶解氧的水流经钢屑过滤器，钢屑与氧反应达到目的3Fe

+2O2=Fe3O4效果好坏接触时间、水温、钢屑压紧程度药剂除氧电化学除氧第九节锅炉的排污及排污量计算符合锅炉给水水质标准的锅炉给水中，总含有微量溶解固形物，随着不断蒸发、浓缩、锅水中的杂质浓度越来越高，易形成水垢、水渣、泡沫等