第5章 锅内水处理

《工业锅炉水质处理》课件（5）

（校编）第5章锅内水处理锅内水处理工艺向锅内的水加药，使其残余的钙、镁等杂质不产生水垢，而形成水渣，再通过定期排污排除，这种方法叫做锅内水处理锅内水处理一般采用磷酸盐处理或者协调pH－磷酸盐处理锅水中的钙、镁离子与磷酸根化合，生成更难溶的磷酸钙和磷酸镁沉淀物，这些沉淀物不易粘附在锅炉受热面上，而是以流动性很好的水渣形式存在，可借锅炉排污水排出，从而达到防止钙盐水垢（CaSO4、CaSiO3等）的目的。同时，加入的磷酸盐可在锅炉管壁表面上生成磷酸盐保护膜，防止锅炉金属腐蚀。锅炉水处理的重要性搞好锅炉水处理工作，使锅炉给水达到合格标准，是保证锅炉安全经济运行的重要环节，也是保证锅炉出力、节约能源，防止事故的重要措施。5.1水垢的形成锅炉用水的分类原水（生水）：就是锅炉的水源水。给水：直接进入锅炉，被锅炉蒸发或加热的水。软化水：原水经过软化处理符合锅炉水质标准的水。锅水：锅炉运行中在锅筒内的水。冷却水：锅炉运行中用于冷却锅炉某一附属设备的水。排污水：为了改善蒸汽品质和防止锅炉结垢，从排污阀门排除的锅水。水中的杂质按物态分类固态杂质。包括悬浮固体、胶溶固体、溶解于水的盐类和有机质微粒。液态杂质。主要指油脂、工业废液和酸液。气态杂质。主要是氧气和二氧化碳等。水中杂质对锅炉的危害水中杂质如果不经过处理直接用作锅炉给水，对锅炉危害极大，归纳起来可产生以下三种危害：一是在锅炉内结垢，生成水渣；二是造成锅炉金属腐蚀；三是恶化蒸汽品质。①钙镁重碳酸盐类热分解。②锅水的不断蒸发浓缩。③钙镁盐类溶解度降低（例如硫酸钙和硅酸钙）。水垢形成的原因：汽锅炉内锅水受热，不断蒸发浓缩，为水中杂质进行化学反应提供了有利条件，这些杂质有的高温分解，有的高温沉淀，有的表面结晶，发生错综复杂的化学反应，最终以坚硬的沉淀物析出，紧贴在金属内热面上，这就是结垢。盐类溶解度表水垢的种类⑴碳酸盐水垢。多为白色，也有微黄白色。⑵硫酸盐水垢。主要成分是硫酸钙（CaSO2），含量达50％以上，又称作石膏质水垢。多为黄白色，也有微黄白色，特别坚硬、致密，手感滑腻。⑶硅酸盐水垢。成分比较复杂，水垢中的二氧化硅（SiO2）多为淡褐色，也有灰白色的，水垢表面带刺。⑷混合水垢。⑸含油水垢。成分很复杂，但油脂含量多在50％。多呈黑色，有坚硬的，也有松软的水垢表面不平滑。⑹泥垢。成分比较复杂。一般富有流动性，较易通过排污方法除去，易黏结在锅炉蒸发面上，形成难以冲掉的再生水垢。水垢示意图水垢对锅炉的危害浪费燃料，污染蒸汽品质：锅炉受热面上如果结有1毫米厚的水垢，则浪费燃料约3~5％。损坏受热面：结有水垢的锅炉传热性能变差，受热面两侧的温差增大，炉管的温度升高。当受热面金属的温度超过正常工作条件的温度时，称为过热。锅炉正常运行时，金属受热后很快将热量传递给炉水，两者温度相差约为30~100℃。例如工作压力为1.0MPa的锅炉，饱和水温度约为180℃左右，在没有结垢时，钢材温度在210~230℃；若结生1毫米水垢，钢材温度将升高130~390℃；当水垢再厚些，情况将更为严重。当超过450℃，金属将发生蠕动变形。降低锅炉出力，增加检修工作量：由于锅炉结垢后，火侧热量传递给水侧就困难，锅炉蒸发量将随之下降。水垢厚度与浪费燃料的对应表水垢厚度（mm）0.51358浪费燃料（％）23~56~101534钢铁与各类水垢的导热系数对比钢铁及水垢成分导热系数（W／m.k）与钢铁比较钢铁47~52—硫酸盐0.58~2.33约1／20~1／80碳酸盐0.47~0.70约1／80~1／100硅酸盐0.27~0.47约1／100~1／200油脂膜0.12约1／400煤灰0.06~0.12约1／400~1／800水垢及溶解氧的腐蚀炉管（水管）的腐蚀情况裂缝泥渣和水垢垢下腐蚀（电化学腐蚀）腐蚀坑水垢的危害示意图一、锅水中的化学反应水中重碳酸盐加热分解，使易溶盐类转化成难溶盐类而结晶析出 Ca(HCO3)2→CaCO3石灰石↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2→MgCO3碳酸镁↓+H2O+CO2↑析出的盐类，可能成为水垢，也可能成为水渣1.受热分解重碳酸盐加热分解，生成疏松的水渣排出2.难溶物质超过其溶度积发生沉淀反应锅水中钙镁盐类的浓度超过溶度积，从水中结晶析出3.溶解度降低大多数物质的溶解度随温度升高而增大，少数物质的溶解度随温度升高而减小，如(钙镁化合物)Ca(OH)2,CaSO4、CaSiO3等

。所以锅水的条件是有利于沉淀物的形成。4.盐类间相互发生反应,生成了难溶的化合物如CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+NaCl等

。二、锅内的理化过程1.水的蒸发、浓缩2.金属表面的离子化三、沉淀物的形态水垢:产生的沉淀物牢固地附着在受热面上，形成水垢水渣:产生的沉淀物形成悬浮物，即水渣锅炉水质处理的分类炉外水处理：主要指给水在进入锅炉之前，为了除去其中的硬度，而进行的软化处理。目前，常用阳离子交换软化法。炉内水处理：是通过向炉水中投加化学药剂，与水中的钙盐、镁盐发生化学、物理作用，生成非粘结性的松散泥渣，然后经排污除去，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。5.2锅内加药水处理法锅炉用水主要评价指标㈠悬浮物：表示不溶于水的较大颗粒一些物质含量的指标，其单位为mg／L。㈡含盐量和溶解固形物：含盐量是表示水中各种溶解盐类的总和，单位为mg／L。常用溶解固形物（或蒸发残渣）近似表示。常用氯离子含量来表示，单位mg／L。㈢硬度：是指水中钙、镁离子的总浓度，单位为mmoI／L。（≤0.03mmoI／L）㈣碱度：指水中含有能接受氢离子的物质的量。例如氢氧根、碳酸根、重碳酸根、磷酸根、硅酸根、亚硫酸根和氨等。单位以mmoI／L表示。㈤PH值：是指水溶液中氢离子浓度的负对数（1~14）。㈥相对碱度：主要是为了防止锅炉在有缝隙部位存在应力时，会产生苛性脆化。㈦溶解氧：造成给水管道和锅炉本体的腐蚀。单位mg／L。蒸汽锅炉采用锅内加药水处理时的水质标准项目给水锅水悬浮物mg／L≤20—溶解固形物mg／L—＜5000总硬度mmoI／L≤4—总碱度mmoI／L—8~26PH（25℃）≥710~12蒸汽锅炉采用锅外化学处理时的水质标准项目给水锅水工作压力MPa≤1.0＞1.0≤1.6≤1.0＞1.0≤1.6悬浮物mg／L≤5≤5——总硬度mmoI／L≤0.03≤0.03——总碱度mmoI／L——8~268~24PH（25℃）≥7≥710~1210~12含油量mg／L≤2≤2——溶解氧mg／L≤0.1≤0.1——溶解固形物mg／L——＜4000＜3500相对碱度游离NaOH／溶解固形物———＜0.2PH试纸的变色范围锅内加药水处理的特点锅内水处理不需要复杂的设备，故投资小，成本低，操作方便。对水质适应范围较大，如果处理得当，防垢率可以达到80％以上。锅内水处理还不能完全防止锅炉结生水垢，特别是生成的泥垢，在排污不及时很容易结生二次水垢。向锅内投加合适的药剂，与锅水中结垢物质发生一些化学或物理化学作用，生成松散的水渣，通过锅炉排污，达到防止或减轻锅炉结垢和腐蚀的目的锅内加药水处理的目的锅内水处理常用药剂（一）氢氧化钠(NaOH)：俗称火碱、和苛性钠。主要作用是：⑴能有效地消除给谁中的碳酸盐硬度和镁盐硬度。碳酸氢钙＋氢氧化钠＝碳酸钙↓＋碳酸钠＋水碳酸氢镁＋氢氧化钠＝氢氧化镁↓＋碳酸钠＋水硫酸镁＋氢氧化钠＝氢氧化镁↓＋硫酸钠氯化镁＋氢氧化钠＝氢氧化镁↓＋氯化钠⑵保持锅炉水中的碱度，防止锅炉腐蚀。当锅炉水中的氢氧根保持一定的浓度时（PH＝9.5~11.5），锅炉金属表面生成的保护膜就比较稳定，从而可以阻止氧对锅炉金属的腐蚀。锅炉内水处理常用药剂（二）碳酸钠(Na2CO3)：俗称纯碱和苏打。工业用的无水碳酸钠是白色的粉末，易溶于水，水溶液呈强碱性。主要作用是。（1）能有效地消除给水中钙的硬度，其化学反应如下：硫酸钙＋碳酸钠＝碳酸钙↓＋硫酸钠氯化钙＋碳酸钠＝碳酸钙↓＋氯化钠（2）在锅炉内碳酸钠可以部分地水解为氢氧化钠，因此具有氢氧化钠的作用。碳酸钠＋水＝氢氧化钠＋二氧化碳↑

（3）能有效消除给水中的镁硬度，生成的碳酸镁（微溶）可以水解成为氢氧化镁沉淀。锅炉内水处理常用药剂（三）磷酸三钠（Na3PO4•12H2O），俗称磷酸钠，在干燥的空气中易风化，水溶液呈碱性，主要作用是：（1）能沉淀给水中的钙和镁盐。硫酸钙＋磷酸钠＝磷酸钙＋硫酸钠氯化钙＋磷酸钠＝磷酸钙＋氯化钠硫酸镁＋磷酸钠＝磷酸镁＋硫酸钠氯化镁＋磷酸钠＝磷酸镁＋