工業(yè)鍋爐8章-供熱鍋爐水處理

第八章

供熱鍋爐水處理供熱鍋爐供應(yīng)生產(chǎn)用汽、采暖、通風(fēng)、空調(diào)、生活用熱鍋爐房送出的蒸汽大部分不能回收，熱水亦有損失，需要一定量補給水各種水源含有雜質(zhì)，必須經(jīng)過處理后才能作為鍋爐給水鍋爐房須設(shè)置水處理設(shè)備以保證鍋爐給水質(zhì)量——鍋爐房工藝設(shè)計中的重要工作第一節(jié)水中的雜質(zhì)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一、水中的雜質(zhì)天然水中的雜質(zhì)按其顆粒從大到小分三類：懸浮物——水流動時呈懸浮狀態(tài)存在，不溶于水的顆粒物質(zhì)，直徑>10-4mm。通過濾紙可分離，砂子、粘土及動植物的腐敗物質(zhì)膠體——微粒直徑10-6～10-4mm，許多分子和離子的集合體，不能通過濾紙分離離子和分子——水中的溶解物質(zhì)(鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類)和溶解氣體(O2、CO2)。鹽類以離子狀態(tài)存在，顆粒<10-6mm混凝和過濾懸浮物和膠體雜質(zhì)在水廠通過混凝和過濾處理后大部分被清除，外觀看來澄清二、水中雜質(zhì)的危害嚴(yán)重影響鍋爐的安全、經(jīng)濟運行部分溶解鹽類(鈣、鎂)加熱會析出或濃縮沉淀出來。一部分成為鍋水中的懸游雜質(zhì)—水渣；另一部分附著在受熱面的內(nèi)壁——形成水垢O2、CO2對鍋爐受熱面局部腐蝕（包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕）起麻點——在金屬表面產(chǎn)生潰傷性或點狀腐蝕穿孔——腐蝕嚴(yán)重，可導(dǎo)致事故水垢導(dǎo)熱性能差，降低鍋爐的出力和效率；受熱面的壁溫大為增高——管壁起皰或出現(xiàn)裂縫減少管內(nèi)流通截面，增加流動阻力結(jié)垢嚴(yán)重時堵塞水管——導(dǎo)致管子燒損保證鍋爐給水品質(zhì)措施水處理任務(wù)軟化(降鈣、鎂鹽類含量)——防止管內(nèi)結(jié)垢除氧(減溶解氣體)——減輕受熱面腐蝕水處理方法：鍋外水處理——給水預(yù)先處理后進入鍋爐鍋內(nèi)水處理——水處理在汽鍋內(nèi)部進行三、水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)——水和其中雜質(zhì)共同表現(xiàn)的綜合特性水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)——評價水質(zhì)好壞的指標(biāo)。兩種方法：客觀反映水中某種雜質(zhì)含量的成分指標(biāo)，如溶解氧、Cl-、Ca2+等為了技術(shù)上的需要反映水質(zhì)某方面特性的技術(shù)指標(biāo)，如硬度、堿度、溶解固形物的含量等水質(zhì)指標(biāo)懸浮固形物水通過濾紙后被分離出來的固形物，經(jīng)干燥至恒重。以1L水中所含固形物的mg數(shù)表示(mg／L)溶解固形物將已被分離出懸浮固形物后的水，經(jīng)蒸發(fā)、干燥后所得的殘渣(mg／L)近似等于水中含鹽量（忽略有機物含量）——水中各種鹽類總和，由水中全部陰陽離子相加得到3.硬度總硬度(H)——溶解于水中的鈣、鎂離子總量(mmol／L)碳酸鹽硬度(HT)——溶解于水中的鈣、鎂的重碳酸鹽和碳酸鹽的含量對于天然水，HT即鈣鎂的重碳酸鹽含量又稱暫時硬度——重碳酸鈣、鎂在水加熱至沸騰后轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋砦镂龀?。近似等于碳酸鹽硬度硬度非碳酸鹽硬度(HFT)——溶解于水中鈣、鎂的硫酸鹽和氯化物的含量CaCl2、MgCl2

、CaSO4和MgSO4等又叫永久硬度——水不斷蒸發(fā)至其所含濃度超過飽和極限時才沉淀析出。近似于非碳酸鹽硬度硬度間關(guān)系：H＝HT+HFT4.堿度(A)水中含有能接受氫離子的物質(zhì)的量(mmol／L)天然水堿度主要由HCO3－和CO32－的鹽類組成鍋水堿度主要由OH－和CO32－組成進入鍋筒后，在不同的壓力和溫度下，HCO3－會全部分解成CO32－和一定比例的OH－水中所含的各種硬度和堿度間有內(nèi)在的聯(lián)系和制約硬度和堿度的聯(lián)系不可能同時存在0H—堿度和HCO3－堿度

HCO3－+OH－→CO32－+H2O水中暫時硬度都屬于水中的堿度鈉鹽堿度——負硬度當(dāng)水中含有鈉鹽堿度時，不會存在非碳酸鹽硬度(永硬)5.相對堿度鍋水中游離的NaOH和溶解固形物含量之比值游離NaOH——水中氫氧根堿度折算成NaOH的含量：[OH-]×40為防止鍋爐苛性脆化而規(guī)定的一項技術(shù)指標(biāo)鍋爐在有高濃度NaOH和高度應(yīng)力集中的情況下，會產(chǎn)生晶間腐蝕發(fā)生苛性脆化的部位失去了金屬光澤，使鍋爐受熱面發(fā)生脆性破裂我國規(guī)定的相對堿度值必須小于0.2水質(zhì)指標(biāo)pH值——表示水的酸堿性指標(biāo)酸性水對金屬有腐蝕性溶解氧(O2)——水中溶解氧氣的濃度。mg／L溶解氧腐蝕金屬，對壓力較高、容量較大的鍋爐，鍋爐給水須除去溶解氧氧氣在水中溶解度隨溫度變化。水溫越高，溶解度愈小8.磷酸根(PO43-)天然水一般不含磷酸根。mg／L鍋內(nèi)加磷酸鹽處理——消除汽鍋中的殘留硬度，使之形成松軟的堿式磷酸鈣水渣，隨鍋爐排污帶走；同時可消除一部分游離苛性鈉，保證鍋水pH值在一定范圍內(nèi)PO43-含量不能太高——過高生成Mg3(PO4)2水垢水質(zhì)指標(biāo)亞硫酸根(SO32-)：mg／L給水中的溶解氧可用亞硫酸鈉除去如亞硫酸根濃度過高：增加運行費用、溶解固形物增加含油量：天然水一般不含油。mg／L蒸汽凝結(jié)水或給水在使用過程中可能混入油類鍋水含油及堿類等物質(zhì)，在水位表面易形成泡沫層，使蒸汽帶水量增加，影響蒸汽品質(zhì)GB1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》鍋內(nèi)加藥水處理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)額定蒸發(fā)量≤2t／h、且額定蒸汽壓力≤1.0MPa的蒸汽鍋爐采用蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐一般采用鍋外化學(xué)處理熱水鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)鈉離子交換軟化離子交換水處理原水進入鍋爐之前，通過與交換劑的離子交換反應(yīng)，除去水中的離子態(tài)雜質(zhì)降低硬度和堿度，以達到鍋爐用水的水質(zhì)要求一、離子交換劑具有離子交換性能的物質(zhì)。遇水時將其本身所具有的某種離子和水中同符號的離子相互交換由陽離子和復(fù)合陰離子根兩部分組成，后者是一種不溶于水的高分子化合物NaR——鈉離子交換劑、HR——氫離子交換劑R——復(fù)合陰離子根反應(yīng)時，復(fù)合陰離子根是穩(wěn)定的組成部分，陽離子和水中的鈣、鎂等離子互相交換常用的離子交換劑為磺化煤和合成樹脂二、鈉離子交換軟化原理對供熱鍋爐用水，鈉離子交換處理用得最多。處理后的水質(zhì)特點：達到了除硬目的——原水中的鈣、鎂鹽類變成了鈉鹽達不到除堿目的——原重碳酸鹽堿度(暫時硬度)轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽堿度，且摩爾數(shù)相等出水含鹽量稍有增加——Na+的摩爾質(zhì)量略高于0.5Ca2+、0.5Mg2+交換劑失效運行一段時間后，離子交換劑上的鈉離子大部分轉(zhuǎn)為鈣、鎂型，出水硬度增高交換劑的工作能力Eg將出水硬度達到軟化水保證硬度作為交換劑失效標(biāo)志，按此計算1m3濕態(tài)離子交換劑的軟化能力。mol／m3或mmol／L1m3交換劑能軟化鈣鎂離子的摩爾數(shù)交換劑還原（再生）失效后的鈉離子交換劑用濃度為5～8％的食鹽(NaCl)溶液進行還原理論上還原1mol鈣鎂硬度需NaCl

117g。在供熱鍋爐房還原1mol鈣鎂硬度一般采用140～200g

NaCl三、固定床鈉離子交換設(shè)備及其運行固定床離子交換運行中離子交換劑層固定不動，原水由上而下不斷地通過交換劑層，完成反應(yīng)過程四個步驟交換(軟化)、反洗、還原(再生)、正洗按再生運行的方式分逆流再生、順流再生交換 當(dāng)正洗出水質(zhì)量符合要求時，即可投入軟化運行關(guān)閉下部排水閥或去反洗水箱的閥門，開啟軟水出水閥，向外供水水流速度隨原水硬度變化用樹脂作為交換劑，流速一般為15～20m／h反洗當(dāng)交換劑失效后，停止軟化，用一定壓力的原水自下而上通過交換劑層，進行反洗作用松動離子交換劑層清除交換劑層中的懸浮物、破碎的交換劑和積存在層中的氣泡——交換運行中，交換劑上層還起著過濾作用操作順序開啟反洗進水閥和上部排水閥，進行反洗至出水澄清為止關(guān)閉反洗進水閥和上部排水閥反洗流速為11～18m／h；反洗時間10～15min再生將失效的交換劑與再生液進行還原反應(yīng)，使其恢復(fù)到具有交換能力的過程再生順序開啟進再生液閥和下部排水閥將配置好的再生液送入交換器上部，以4～8m／h的流速自上而下通過交換劑層待經(jīng)計算量的再生液（濃度以5～8％為宜）全部進入交換器后，關(guān)閉進再生液閥優(yōu)點——裝置簡單和操作方便缺點——下面的交換劑再生效果不理想鹽液中反離子濃度越來越大，促使還原反應(yīng)很難進行正洗用清水對再生后的交換劑自上而下進行沖洗（沖洗水流方向與運行交換時水流方向一致）作用將再生好的交換劑層內(nèi)的殘留再生液和再生產(chǎn)物清除掉，以確保出水質(zhì)量正洗順序開啟進水閥，清水從交換器上部進入，以6～8m／h流速自上而下沖洗交換劑層，由下部排水閥排走，時間為30～40min為節(jié)約用水，在正洗后期關(guān)閉排水閥，并將正洗水回收至反洗水箱，作為下一周期的反洗用水第三節(jié)離子交換除堿鈉離子交換的缺點只能使原水軟化，而不能除去水中堿度為保證鍋水堿度，導(dǎo)致鍋爐排污量增大氫—鈉、氨—鈉及部分鈉離子交換系統(tǒng)軟化水、降低堿度和含鹽量第六節(jié)鍋內(nèi)加藥和其他水處理鍋內(nèi)加藥水處理將藥劑直接投加到鍋內(nèi)或給水箱、給水管道中，使給水中的結(jié)垢物質(zhì)經(jīng)化學(xué)、物理作用生成松散、非粘附性的泥渣，通過排污將其排除，從而達到防止結(jié)垢或減輕鍋爐結(jié)垢和腐蝕的目的鈉鹽法有機膠法復(fù)合防垢劑物理

水處理采用物理方法來達到消除水中硬度或改變水中硬度鹽類的結(jié)垢性質(zhì)磁化法——外磁式磁水器水中鈣鎂離子受磁場作用后，破壞了它們與其他離子之間靜電吸引的狀態(tài)，導(dǎo)致結(jié)晶條件的改變，不會生成堅硬水垢，形成松散泥渣，隨污泥排出高頻水性改變法除垢器殼體為陰極，鋼管制成，殼體中心裝有金屬陽極電子電源產(chǎn)生高頻電磁場第七節(jié)鍋爐金屬的腐蝕包括鍋爐給水系統(tǒng)和鍋爐本體的腐蝕均勻腐蝕/不均勻腐蝕腐蝕——金屬表面和其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而遭到破壞的現(xiàn)象化學(xué)腐蝕過程中沒有電流產(chǎn)生，是純粹的化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)腐蝕過程中有電流產(chǎn)生化學(xué)腐蝕水中存在O2Fe+2H2O=Fe(OH)2+H22H2+O2=2H204Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓水中同時存在CO2Fe(OH)2+2CO2=Fe(HCO3)24Fe(HCO3)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8CO2電化學(xué)腐蝕純鐵與雜質(zhì)界面間產(chǎn)生電位差“極化”現(xiàn)象去極化——加快腐蝕過程pH<72H++2e＝H2↑溶解O2O2+2H2O+4e=4OH-游離CO2H2CO3=H++HCO3-游離NaOHFe3++3OH-=Fe(OH)3↓第八節(jié)水的除氣水中溶解氧、二氧化碳氣體對鍋爐金屬壁面產(chǎn)生局部腐蝕，須采取除氣措施氣體溶解定律——任何氣體在水中的溶解度與此氣體在水界面上的分壓力成正比水面上某種氣體分壓力愈小，則該氣體在水中的溶解度愈小水溫愈高，氣體在水中溶解度愈小常用除氧方法熱力除氧——加熱至沸騰真空除氧——真空狀態(tài)達到沸點解析除氧——將界面空間充滿不含氧的氣體化學(xué)除氧——水中加藥消除溶解氧一、熱力除氧將容器中的水在定壓下加熱到沸點，水面上的蒸汽分壓力近似等于水面上的全壓力，氧氣及其他氣體的分壓力趨近于0此時氧氣及其他氣體在分中的溶解度很小，即可以被分離出來除氧、二氧化碳、氨和硫化氫等氣體熱力除氧器的構(gòu)造和工藝流程微正壓工況下運行(0.02MPa對應(yīng)汽水飽和溫度102～104℃)微正壓——便于排氣；防倒吸設(shè)置水封式安全閥——防超壓熱力除氧器結(jié)構(gòu)脫氣塔——軟水的加熱和除氣增大汽水接觸面積；維持足夠的沸騰時間以排氣噴霧填料式脫氣塔貯水箱——貯存已除氧水和兼作鍋爐給水箱(30~90min鍋爐給水量)應(yīng)始終保持沸騰狀態(tài)，以防氧氣重新溶解——從貯水箱底部引入再沸騰蒸汽管，用蒸汽直接加熱除氧水以彌補水箱的散熱損失排氣冷卻器——回收從脫氣塔頂部隨氣體一起排出的蒸汽熱量當(dāng)除氧器進水溫與除氧后的溫差＞8~10時安裝二、真空除氧利用低溫水在真空狀態(tài)下達到沸騰，達到除氧、減少鍋爐房自用蒸汽的目的蒸汽噴射泵或水噴射泵關(guān)鍵控制水溫——水溫高于對應(yīng)飽和溫度0.5～1℃所需真空度保證——密封、液位穩(wěn)定不耗蒸汽、充分利用省煤器、需考慮氣蝕三、解析除氧將不含氧的氣體與要除氧的軟水強烈混合，使軟水中的氧就擴散到無氧氣體中去裝置簡單、設(shè)備耗鋼和成本低、運行費用低、省煤器作用大四、化學(xué)除氧鋼屑除氧使含有溶解氧的水流經(jīng)鋼屑過濾器，鋼屑與氧反應(yīng)達到目的3Fe

+2O2=Fe3O4效果好壞接觸時間、水溫、鋼屑壓緊程度藥劑除氧電化學(xué)除氧第九節(jié)鍋爐的排污及排污量計算符合鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐給水中，總含有微量溶解固形物，隨著不斷蒸發(fā)、濃縮、鍋水中的雜質(zhì)濃度越來越高，易形成水垢、水渣、泡沫等