供热锅炉水处理概论(PPT 74页).ppt

1、第十章供热锅炉水处理,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10-610-4mm，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、CO

2、2)。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

3、(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(mgL) 溶解固形物与含盐量 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，又称干燥余量(mgL) 近似

4、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(mmolL) 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： HHT +HFT,4.碱度(A),水中含有能接受氢离子的物质的量

5、(mmolL) 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0H 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（干燥余量）含量之比值 游离NaOH水中氢氧根碱度折算成NaOH的含量：0H-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Na

6、OH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，因此锅炉给水都要求pH7，而锅水的pH值通常要求控制在1012。 溶解氧(O2)水中溶解氧气的浓度。mgL 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。mgL 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p

7、H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-)： mgL 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。 mgL 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,GB/T1576-2008工业锅炉水质,锅外化学水处理 额定蒸汽压力2.5MPa，以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉采用，给水和锅水的水质应符合表10-2。 直流（贯流）锅炉，水质符合表10-2规定。 锅内加药水处理 额定蒸发量2 th、且

8、额定蒸汽压力1.0MPa的蒸汽锅炉和汽水两用锅炉采用，水质符合表10-3规定。 承压热水锅炉、额定功率4.2MW非管架式承压热水锅炉和和常压热水锅炉，水质符合表10-4规定。,以H+为基本单元,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,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

9、，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 过去常用的离子交换剂为钠氟和石磺化煤，现在主要采用合成树脂,二、钠离子交换软化原理,对供热锅炉用水，主要采用钠离子交换处理给水。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0.5 Ca2+ 、 0.5 Mg2+,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

10、。 molm3 或mmolL,1m3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58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140200g 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,1.顺流式再生,交换时原水和再生时还原液都由上向下流动 （1）钠离子交换器结构 由交换器本体、进水装置、排水装置、再生液分

11、配装置、排气管、反洗管、阀门等组成 常用规格有500、750、1000、1200、1500及2000；交换器层高1.5、2、2.5m,进水装置交换时，使进水分配均匀；反洗时，将积留的悬浮物和破碎树脂排出本体外,排水装置交换时，均匀汇集软化水；反洗时，均匀配水,再生液分配装置均匀喷洒。当直径500mm，不专设，将再生液通过进水装置分配到交换器内,(2)顺流再生离子交换器运行,运行循环 交换 反洗 再生 正洗,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 原水总硬空(Mmo1L)：2.5 5.3 8.9 14.

12、5 采用的水流速度(mh)： 20 15 10 5 用树脂作为交换剂，流速一般为1520mh,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1118mh；反洗时间1015min,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48mh的流速自上而下通过交

13、换剂层 待经计算量的再生液（浓度以58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68mh流速自上而下冲洗交换剂层，由下部排水阀排走，时间为3040min 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,进水装置交换时，使进水分配均匀；反洗时，将积留的悬浮物和

14、破碎树脂排出本体外,排水装置交换时，均匀汇集软化水；反洗时，均匀配水,再生液分配装置均匀喷洒。当直径500mm，不专设，将再生液通过进水装置分配到交换器内,2 逆流式再生,盐液流向和水软化流向相反底部交换剂再生程度高 盐耗低含反离子较多的盐液对上层失效程度大的交换剂仍能起到较好的再生作用，盐液充分利用 交换剂工作容量提高上层交换剂先与硬度高的原水接触，能充分利用 出水残留硬度低底部交换反应能持续进行 节水废液量少而浓度低，小反洗和正洗水量少 乱层现象 中间排水装置；压实层；顶压；低流速,逆流再生离子交换的运行,软化 小反洗 排水 顶压 进再生液 逆流冲洗 小正洗 正洗 大反洗,四、钠离子交换系

15、统,一般根据原水硬度选择离子交换级数 H8mmolL，宜采用双级钠离子交换系统 双级系统 第二级交换剂层高可较小，可采用较高流速，对交换剂的再生程度要求较高 节省盐量,例题,某厂锅炉房设置二台SHL10-1.3350型锅炉，凝结水回收率K30，锅炉排污率P5；原水总硬度H7.8mmoll，查得，锅炉给水允许硬度H0.03mmoll 要求：选用钠离子软化设备，采用强酸阳离子交换树脂和顺流再生，计算交换器的运行数据,锅炉补给水应经软化处理。补给水量指给水量与合格的凝结水回收量之差，给水量包括蒸发量、排污量及设备和管道漏损,1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数,固定式阳离子交换器的主要工艺计算,离子交

16、换器的内径d(m) Q离子交换器的出力，m3/h v水通过交换器的空塔流速，m/h 离子交换器的运行延续时间T（一般812h） V离子交换器内装交换剂体积，m3 E交换剂实际有效工作交换容量，mol/ m3 Q软化水量，m3/h H进出离子交换器水中总硬度之差，mol/ m3,固定式阳离子交换器的主要工艺计算,再生一次用盐量（再生剂耗量）B(kg) b离子交换剂单位再生剂耗量， g / mol,离子交换,软化 反洗 再生 正洗,软化+小反洗+排水+顶压+进再生液+逆流冲洗+小正洗+正洗+大反洗,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

17、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,一、氢钠离子交换原理及系统,1.氢离子交换软化、除碱原理 原水经氢离子交换剂进行离子交换的化学反应式为,失效后的离子交换剂，用12H2SO4或5HCl作还原剂，使交换剂恢复成HR,氢离子交换后水质特点,HT转变成水和CO2，达到了除硬、除碱和降低盐分的目的。其除盐、除碱量与原水中HT的摩尔数相等 HFT转变为游离酸，产生的酸量与原水中的HFT的摩尔数相等,酸 性 水,2.氢钠离子交换系统,通常与钠离子交换联合使用，使游离酸与经钠离子交换后产生的碱相互中和 除硬、除碱 三种系统 并联/串联/综合,（1）并联系统,运行关键 控制

18、好原水水量分配比例 理论上，应使产生的酸和碱度完全中和 实际上，为避免混合后出现酸性水，应保留0.30.5mmoll的残留碱度,水量分配计算,HA,中和后水的残留碱度,水量分配计算,H=A,HA,（2）串联系统,应在钠离子交换器前设置除气器，否则CO2形成碳酸后流经钠离子交换器，出水碱度重新增高,串联系统设备投资高 并联系统只有部分原水进入钠离子交换器， 串联系统全部原水最后都要通过钠离子交换器； 并联系统需严格控制水量比例，才能避免混合水呈酸性,（3）综合式H-Na交换器,在同一个交换器中同时装有HR和NaR交换层，也称双层离子交换剂 原水先流经上层HR离子交换剂，使水呈弱酸性，再流经NaR

19、离子交换剂，吸收酸性水中的氢离子及除去残余硬度,交换剂失效后，先用一定量酸液还原，使上层变成HR型，再用食盐还原H+比Na+活性大，不会被置换出来,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

20、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,电子水处理仪工作原理,防垢高频电磁场对流过的水进行处理，改变水原来的缔合链大分子结构，使水分子间的氢键断裂形成单个分子；水中溶解盐的正负离子被单个水分子包围，运动速度降低，有效碰撞减少，静电引力下降，钙镁离子无法与碳酸根结合 除垢水体吸收大量被激活的电子，使水的偶极矩增大与盐类离子的亲合力增加，管壁上原有的水垢逐渐软化以至脱落 阻锈、杀菌和灭藻溶解在水中的氧分子被单个水分子所包围，切断了金属腐蚀和微生物生成所需要氧气的来源,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/

21、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O2 Fe+ 2H2O=Fe(OH)2+H2 2H2 + O2=2H20 4Fe(OH)2 + O2+2H2O= 4Fe(OH)3 水中同时存在CO2 Fe(OH)2 +2 CO2=Fe(HCO3)2 4Fe(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 pH7 2H+2eH2 溶解O2 O2+2H2O +4e=4OH- 游离CO2 H2C

22、O3=H+HCO3- 游离NaOH Fe3+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

23、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102104) 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(3090min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810时安装,除氧水箱设置高度,除氧水箱水面至锅炉给水泵轴心线间的正水头Hz(m)计算 Hz=(h + hf + pg).100 h水泵吸水管道的阻力，MPa hf 水泵的汽蚀余量，MPa pg 除氧水箱压力瞬变裕量，0.0030.005MPa,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0.51 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