锅炉水处理.ppt

1、1,锅炉水处理,一、天然水 二、锅炉用水 三、水预处理 四、锅外离子交换水处理 五、锅内水处理 六、除氧,2,一、天然水中的杂质,3,天然水中的溶解物,4,钙、镁离子,钙、镁离子：水溶解了某些矿物质而生成 石灰石CaCO3 、白云石MgCO3 在水中生成Ca2+、 Mg2+离子 CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2=Ca2+2HCO3 石灰石CaCO3在水中溶解度很小，但水中含有游离CO2时，CaCO3转化成溶解度比碳酸钙大得多的重碳酸钙Ca(HCO3)2，其溶解度取决于平衡状态中的CO2含量。 Mg2+比Ca2+的含量小 石膏：CaSO42H2O=Ca2+2H2O+SO42,5,溶解

2、气体,O2：主要来源于溶解大气中的氧气，一般014mg/L CO2：主要来源水中或泥土中有机物的分解和氧化,6,二、锅炉用水,原水（生水）：水源水，地表水、地下水、自来水 给水：直接进入锅炉、被锅炉加热、蒸发的水，由回水补给水组成 回水：回收循环使用的水 补给水：补充符合水质要求的水 锅水：锅炉本体的蒸发系统中流动的水,7,水质的影响-1,锅炉结垢： 水垢易在热负荷很高的锅炉炉管中生成，水垢导热性比金属差几百倍；局部金属壁温过高，导致管壁起疱或裂缝 增加流动阻力，影响水的正常循环，严重时堵塞管路 管内水垢难以清除,8,水质的影响-2,锅炉腐蚀 水中的O2、CO2，对金属产生化学腐蚀；水中的电解

3、质（酸、碱、盐的水溶液）对金属产生电化学腐蚀；严重时产生局部穿孔 汽水共腾 蒸汽锅炉锅筒内的水滴被蒸汽大量带走的现象 锅筒内悬浮物、油脂、盐分的含量随着水蒸发会增加，在汽水分界面产生泡沫，或汽水共腾，蒸汽大量带水，使蒸汽含盐量增加用汽设备内沉积、,9,锅炉水质指标,两种指标 代表水中杂质离子的组成：Cl+、Ca2、溶解氧 代表某些化合物之和或某种性能：硬度、碱度、含盐量等,10,锅炉给水水质指标-1,目的：防止锅炉给水系统腐蚀、结垢 指标： 1。悬浮物： 影响：有悬浮物，影响锅内加药、除垢或锅外化学处理 指标：锅内加药，要求20mg/L；锅外化学处理（离子交换），要求5mg/L 处理方法：过滤

4、、干燥、称重，mg/L,11,锅炉给水水质指标-2,2。硬度mmol/L 防止锅炉给水系统生成钙、镁水垢 硬度：单位容积水中某些易形成沉淀的金属离子的含量。（二价或以上的离子，Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+）。 各种硬度名称： 钙硬度（镁硬度）：按阳离子分为钙盐Ca(HCO3)2, CaSO4, CaCl2（镁盐）。单位容积中钙盐离子的总含量称为钙硬度（镁硬度）,12,锅炉给水水质指标-3,按阴离子分为碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度 碳酸盐硬度：水中钙、镁重碳酸盐与碳酸盐Ca(HCO3)2、CaCO3、Mg的含量。加热沸腾从水中析出沉淀，又称暂时硬度 MgCa(HCO3)2=MgCaCO3+

5、H2O+CO2 MgCO3+H2O=Mg(OH)2 +CO2 非碳酸盐硬度：水中钙、镁硫酸盐、氯化物CaSO4、CaCl2、Mg的含量。加热沸腾时不会马上析出，只有蒸发到水中浓度超过饱和浓度时才会析出沉淀永久硬度 一般水中MgCaCO3含量很少，暂时硬度又称为重碳酸盐硬度,13,锅炉给水水质指标-4,负硬度：水中重碳酸钠的总含量。 硬度的关系 总硬度H钙硬度镁硬度 总硬度H 暂时硬度HT永久硬度HFT 负硬度总碱度总硬度,14,锅炉给水水质指标-5,碱度A：能接受氢离子的物质的量，如氢氧根OH 、碳酸盐CO32、重碳酸盐HCO3等，它们可用酸中和，所以称为碱度。mmol/L 暂硬是钙、镁与CO

6、32、HCO3形成的盐，也是水中的碱度 水中同时存在OH 、HCO3，两者反应形成碳酸根： OH HCO3 CO32H2O 一般说水中不能同时含有OH 、HCO3 据上假设，水中碱度只能： OH CO32 或CO32 HCO3 或OH 、CO32、HCO3中的三者之一,15,锅炉给水水质指标-6,水中有钠盐碱度时与非碳酸盐反应，不会存在非碳酸盐硬度（永硬） Na2CO3+CaSO4=CaCO3 +Na2SO4,16,碱度与硬度的关系,17,锅炉给水水质指标-7,3。PH值：水中氢离子浓度的负对数，表示酸碱性强弱的指标，H+OH，酸性溶液 防止给水系统腐蚀： PH7中性； PH7碱性。酸性水对锅

7、炉有腐蚀，给水 PH7 4。含油量2mg/L 原因：蒸汽凝结水、给水过程可能混入油 锅水中漂浮，促成泡沫，汽水共腾，蒸汽质量下降 5。溶解氧：防止锅炉腐蚀（mg/L),18,锅炉锅水水质指标-1,目的：防止锅内结垢、腐蚀和蒸汽质量不良 1。总碱度： 用甲基橙作指示剂滴定，水中HCO3能全部反应，测得水中碱度成分的总和，称为总碱度 总碱度过高：碱性腐蚀应力腐蚀；影响蒸汽品质,19,锅炉锅水水质指标-2,2。PH值：水中氢离子浓度的负对数 由于水的蒸发，使锅水PH高于给水PH值 PH=813金属表面形成致密的Fe3O4保护膜 锅水PH1012， PH较低，水对锅炉腐蚀增强 Fe3O48H+2Fe3

8、+Fe2+4H2O，破坏保护膜 PH过高，游离的NaOH较多，易引起碱性腐蚀 Fe3O44NaOH 2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O 锅水中PO43与Ca2+反应，只有PH较高才能生成易排除的水渣,20,锅炉锅水水质指标-3,3。磷酸根PO431030mg/L 维持一定的磷酸根，防止钙垢 PO43不能过高：生成Mg3(PO4)2水垢 4。相对碱度：锅水游离NaOH含量与溶解固形物含量之比 游离NaOH含量：氢氧根碱度折算成NaOH的含量 相对碱度过高，引起金属苛性脆化 相对碱度0.2,21,碱度与金属苛性脆化,受腐蚀的碳钢产生裂纹，本身不变形，产生脆性断裂碱脆、苛性脆化 苛性脆化条件：

9、锅水中有游离的NaOH锅水产生局部浓缩受拉应力，三者缺一不可,22,指标间的关系-1,碱度 表示水中能接受氢离子的物质的量，主要是OH、CO32、HCO3 当水中同时存在OH、HCO3时，则反应 OHHCO3 CO32H2O 因此，水中碱度只能有五种形式： 1）只有OH碱度 2）只有CO32碱度 3）只有HCO3碱度 4）同时有OH CO32碱度 5）同时有只有CO32 HCO3碱度,23,指标间的关系-2,碱度JD 碱度用中和滴定法测定，标准溶液是HCl和H2SO4 酸与各种碱度的反应 OH+H+ H2O CO32 +H+ HCO3 HCO3 +H+ H2O+CO2 用酚酞作指示剂酚酞碱度，

10、终点PH值是8.3。只能进行前两式的反应，相当于中和水中CO32的1/2的含量。根据酸消耗量计算碱度JD酚 JD酚OH+1/2 CO32,24,指标间的关系-3,甲基橙碱度（总碱度）JD甲 用甲基橙作指示剂，终点PH值是4.3，上三式反应到底，溶液中的HCO3和由CO32转化来的HCO3都得到中和。 用酚酞测完后再加入甲基橙指示剂，标准酸滴定到终点，据消耗酸量计算碱度JDM JDM=1/2 CO32 HCO3 则 JDM=JD甲JD酚 相对碱度与碱度 相对碱度游离NaOH/溶解固形物OH40/溶解固形物（ JD酚 JDM） 40 /溶解固形物,25,指标间的关系-4,碱度与PH PH：表征溶液

11、酸碱性的指标，反映水中H+或OH的含量 碱度：除包括水中的OH含量外，还包括CO32、HCO3等碱性物质的含量 碱度相同，碱度成分不同， OH含量，则PH不同 碱度:0.1mol/L, NaOH, PH:13 碱度:0.1mol/L, NaHCO3, PH:8.3 碱度:0.1mol/L, NH3 H2O, PH:11,26,指标间的关系-5,碱度与PH 碱度与PH的关联是由于水中存在平衡关系 H2O=OHH+ HCO3H+CO32 HCO3OHCO32H2O 水溶液中HCO3、 CO32、 OH、H+四种离子都是同时存在。测定总碱度时所用去的酸量与水中原有的H+含量之和必等于水中存在的三种碱

12、离子浓度之和，即： JD+H+=HCO3+2CO32+2OH,27,三、水预处理,处理流程 预处理软化除氧 预处理（天然水） 混凝：加入混凝剂，使胶体凝聚成粗大的絮状物，沉淀。混凝剂：硫酸铝、明矾 沉淀（软化）：水中加入化学药剂。使水中的钙、镁离子转化成难溶于水的化合物而沉淀，常用石灰（CaO) 澄清 过滤：除去细小的悬浮颗粒。滤料：石英砂、大理石,28,四、锅外离子交换水处理,钙、镁水垢的形成 锅水中钙镁盐类的浓度超过溶度积，从水中结晶析出 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)2CaCO3H2O+CO2 Mg(HCO3)2Mg(OH)2+2CO2 析出的

13、盐类，可能成为水垢，也可能成为水渣,29,锅外离子交换水处理-2,预处理后的水还有Ca2+、Mg2+等离子杂质、气体，对于低压锅炉通常用钠离子交换除去水中的硬度物质，使水得到软化 软化原理 含有硬度的水通过离子交换树脂，水中的Ca2+、Mg2+离子与树脂中的Na+离子进行交换，使水得到软化 碳酸盐：2NaR+CaMg(HCO3)2=CaMgR2+2NaHCO3 有效树脂 硬水 失效树脂 软水 非碳酸盐： 2NaR+CaMgSO4=CaR2+Na2SO4 2NaR+CaMgCl2=CaR2+2NaCl R：钠离子交换剂中的复合阴离子根,30,锅外离子交换水处理-3,水中的Ca2+、Mg2+离子变

14、成了钠盐，除去硬度 只能除去硬度，水中Ca(HCO3)2转化为NaHCO3 ， HCO3数没变，碱度保持不变，所以不能除碱 钠离子交换后，水中含盐量增加（Na+比Ca2+、Mg2+当量值大） 离子交换剂再生还原 MgCaR2 +2NaCl= 2NaR + CaCl2 失效树脂 盐水 有效树脂 废液排放,31,锅外离子交换除碱度-1,为什么要除碱 钠离子软化只能除硬度，碱度不变 如给水碱度较高、单独用钠离子软化处理给水，随着锅水的蒸发，锅水的碱度将不断增大 碱度过高，蒸汽质量下降以及锅炉碱腐蚀 除碱方法 部分钠离子交换法 一部分原水经过钠离子交换软化除硬，保留碱度；另一部分原水不经过软化，然后两

15、者混合作为给水。 软水：加热NaHCO3Na2CO3+NaOH 原水：CaSO4+Na2CO3CaCO3水渣+Na2SO4 MgSO4+NaOHMg(OH)2水渣+Na2SO4 水渣排出，同时达到除碱,32,锅外离子交换除碱度-2,氢钠离子交换法 原水碱度、硬度都较高，部分钠离子交换法无法满足；氢钠离子交换法除硬、除碱 离子交换剂用酸还原，变成氢离子交换剂 CaMgR2+H2SO4=2HR+CaMgSO4 原水流经氢离子交换剂，软化。其中：暂硬产生水、CO2，同时除硬、除碱；永硬产生酸 暂硬：2HR+CaMg(HCO3)2=CaMgR2+2H2O+2CO2 永硬：2HR+CaMgSO4=CaM

16、gR2+H2SO4 2HR+CaMgCl2=CaMgR2+2HCl,33,锅外离子交换除碱度-3,氢离子交换产生酸，酸性水对锅炉腐蚀2HR+CaMgSO4=CaMgR2+H2SO4 钠离子交换产生碱 2NaR+CaMg(HCO3)2=CaMgR2+2NaHCO3 两者中和 H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2 HCl+NaHCO3=NaCl+H2O+CO2 氢离子交换与钠离子交换同时使用,34,五、锅内水处理,适用于小型锅炉 原理：向锅内加药，与水中的结垢物质发生化学、物理反应，生成松散的水渣，通过排污排出锅炉，从而达到防止结垢 加药软化是在锅内改变硬度物质的微观结构和

17、宏观形态，化学与物理作用共存；离子交换软化是在锅外除去硬度物质，是化学反应。加药还可以降碱、消沫等功能。 沉淀物有多种形态：沉积在传热面上水垢；悬浮在锅水中，流动性好可排出，流动性差，在流动缓慢地沉积，形成二次水垢,35,锅内水处理-2,常用药剂 防垢剂：消除硬度 碱性药剂：火碱（NaOH)、纯碱（Na2CO3)、磷酸盐（磷酸三钠、六偏硫酸钠） 有机胶体：栲胶、腐植酸钠 水质稳定剂 降碱剂：磷酸、草酸等 缓蚀剂：亚硫酸钠、亚硝酸钠,36,锅内水处理-3,防垢剂：消除硬度 NaOH： 消除暂时硬度及非碳酸镁硬度 Ca(HCO3)2+2NaOH CaCO3+Na2CO3+2H2O Mg(HCO3)

18、2+4NaOH Mg(OH)2 +2Na2CO3+2H2O MgSO4+NaOH Mg(OH)2+Na2SO4 MgCl2+2NaOH Mg(OH)2+2NaCl CaCO3不会沉淀结垢 保持水的碱度，防止腐蚀：保持一定的OH,37,锅内水处理-4,碳酸钠（ Na2CO3） 重碳酸盐加热分解，生成疏松的水渣排出 Ca(HCO3)2CaCO3H2O+CO2 Mg(HCO3)2Mg(OH)2+2CO2 消除非碳酸钙，形成CaCO3水渣排出，而不易形成CaCO4水垢 CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4 CaCl2+Na2CO3CaCO3+2NaCl 锅内Na2CO3部分水解为NaOH，

19、有NaOH的作用； 压力温度：Na2CO3+H2O2NaOH+CO2 水解率随压力温度增大而增大。压力5MPa，碳酸钠全部水解。高压炉不能用碳酸钠消除非碳酸钙硬度,38,锅内水处理-5,消除非碳酸镁硬度 MgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2SO4 MgCl2+Na2CO3MgCO3+2NaCl 而MgCO3水解：MgCO3+H2O=Mg(OH)2+CO2 仅加Na2CO3可近似取得同时加Na2CO3、NaOH的效果,39,锅内水处理-6,加磷酸三钠 当压力过高，碳酸钠水解过多，不能保持一定的CO32浓度，改加磷酸三钠Na3PO4 3Ca(HCO3)2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2CO3+3CO2+3H2O以钙为例 3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2SO4 3CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+6NaCl 生成的Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2是胶体