循環(huán)水結(jié)垢培訓(xùn)資料

自把水作為熱互換工質(zhì)之日起，受熱表面和傳熱表面的結(jié)垢就成為熱互換工藝中重要困擾問題之一。200余年來，人們對(duì)垢種、成垢原因已經(jīng)有充足研究，推出了多種防垢技術(shù)，不過至今仍未得到徹底處理；在防垢的同步發(fā)展了清洗技術(shù)，作為保持受熱面和傳熱表面清潔的輔助手段。

第1節(jié)垢

垢是在受熱面或傳熱表面上的附著物。使用天然水作為工作介質(zhì)的時(shí)代，垢是由水中沉淀結(jié)晶出來的碳酸鹽，稱作水垢。當(dāng)硬度鹽類被完全除去后，受熱面自身腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物附著于金屬表面上，仍然和水垢同樣影響傳熱，因此也是垢層。

1水垢及其鑒別

在受熱面與傳熱表面上沉積的附著物層均可稱作水垢。在鍋爐中常出現(xiàn)由碳酸氫鈣分解產(chǎn)生的一次水垢和因排污不及時(shí)由水渣轉(zhuǎn)化成的二次水垢；在熱互換器中，尤其是循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，具有碳酸氫鹽分解產(chǎn)物和微生物污泥。

高硅或高硫酸鹽的水可產(chǎn)生很難清洗的硅垢和硫酸鹽垢，雖然用經(jīng)處理后的水這種垢也可形成。例如采用弱堿樹脂進(jìn)行離子互換時(shí)鍋爐水可富集硅酸鹽；用硫酸中和碳酸鹽防垢時(shí)，冷卻水高度濃縮也許析出硫酸鈣水垢。

1.1碳酸鹽水垢及其鑒別

碳酸鹽水垢是受熱面和傳熱表面上最常見的垢種。在飲用水的茶爐和家用熱水器內(nèi)產(chǎn)生的大都是碳酸鹽水垢，家庭用的水壺和電熱飲水器中結(jié)的也大多是這種垢。碳酸鹽水垢還是低壓蒸汽鍋爐和熱水鍋爐受熱面的重要垢種，也是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和熱互換器傳熱表面的重要垢種。

1.1.1碳酸鹽水垢的基本性狀

碳酸鹽水垢外觀為白色或灰白色。假如設(shè)備有腐蝕時(shí)，會(huì)染上腐蝕產(chǎn)物的顏色。氧氣豐富時(shí)，腐蝕產(chǎn)物以三氧化二鐵為主，垢呈粉紅色或紅色；氧氣供應(yīng)局限性時(shí)，腐蝕產(chǎn)物以四氧化三鐵為主，垢呈灰白色或灰褐色。

碳酸鹽水垢質(zhì)硬而脆，附著堅(jiān)牢，難以剝離刮除。自然界中碳酸鹽有多種形式和成分，碳酸鹽水垢也與之相對(duì)應(yīng)。自然界中常見的碳酸鹽有石灰石、大理石、漢白玉和方解石，它們都是碳酸鈣，不過性狀有很大差異，石灰石呈青灰色，大理石研磨后有多種花紋，漢白玉為白色，方解石為白色結(jié)晶。水垢類似于大理石和漢白玉，其斷口呈顆粒狀，較厚并且夾雜有腐蝕產(chǎn)物或其他雜質(zhì)時(shí)，由斷口處可觀測(cè)到呈層狀沉積的特點(diǎn)(如圖2-1中白色物質(zhì))。

碳酸鹽水垢產(chǎn)生在設(shè)備受熱和工質(zhì)水有濃縮的部位，哪里受熱程度最強(qiáng)烈，哪里結(jié)垢就最嚴(yán)重。

1.1.2碳酸鹽水垢的構(gòu)成

碳酸鹽水垢中含80%以上碳酸鈣，假如水中硅酸鹽及硫酸鹽含量低且設(shè)備不存在腐蝕時(shí)，碳酸鈣的含量可達(dá)95%左右。碳酸鹽水垢中常具有少許鎂鹽，它以氫氧化鎂形式存在。呈灰白色或粉紅色的碳酸鹽水垢中常具有少許二氧化硅和氧化鐵。

進(jìn)行化學(xué)成分分析時(shí)，所測(cè)得垢中的金屬氧化物及雜質(zhì)含量的總量不超過60%，其原因是碳酸鹽水垢具有碳酸酐(二氧化碳)和水，它們?cè)谟盟岱纸夤笜訒r(shí)分別進(jìn)入空氣和溶液中(水)，不便用化學(xué)措施測(cè)量。一般在作水垢成分分析時(shí)，把無機(jī)碳(碳酸酐)和有機(jī)碳(有機(jī)物粘泥中可燃部分)都計(jì)入灼燒減量中，化合水分和羥基也進(jìn)入灼燒減量中。假如要測(cè)量碳酸酐含量，可采用酸堿滴定法或管式爐灼燒吸取法測(cè)量。

表2-1列出了經(jīng)典的碳酸鹽水垢化學(xué)成分。

1.1.3碳酸鹽水垢的鑒別特性

進(jìn)行化學(xué)成分分析可以確認(rèn)垢種，不過費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，費(fèi)用較高。因此可根據(jù)垢的基本性狀并對(duì)照多種垢的特點(diǎn)來鑒別垢種。

碳酸鹽水垢是多種水垢中最易溶于稀酸的，常見的無機(jī)酸與有機(jī)酸均可將其溶解。在用酸溶解碳酸鹽水垢時(shí)，將產(chǎn)生大量二氧化碳?xì)馀?，這是其重要特性。在常溫的5%如下稀鹽酸中，碳酸鹽水垢可所有溶解。100g碳酸鹽水垢溶于酸中時(shí)，可放出20余升二氧化碳?xì)怏w，其反應(yīng)如下:

碳酸鹽水垢的另一特點(diǎn)是，在850～900C下灼燒時(shí)，水垢質(zhì)量損失近四成，這是由于二氧化碳與化合水分分解的緣故。由于二氧化碳的消失，水垢變得松散，并可溶于水中，使水溶液呈堿性。碳酸鈣灼燒變成氧化鈣和氧化鈣溶于水形成氫氧化鈣的反應(yīng)如下:

觀測(cè)水垢溶解后的少許殘?jiān)白⒁馑缸茻龝r(shí)的氣味，可理解垢中所含雜質(zhì)。溶解之后的少許殘?jiān)偃鐬榘咨枪杷猁}，假如呈黑褐色是腐蝕產(chǎn)物。灼燒時(shí)假如嗅到焦糊氣味是有機(jī)炭(碳水化合物)，假如嗅到腥臭味是微生物污泥。

1.2磷酸鹽水垢及其鑒別

磷酸鹽水垢產(chǎn)生于進(jìn)行磷酸鹽防垢處理的2.5MPa、3.8MPa及其以上鍋爐中，也產(chǎn)生于采用水質(zhì)穩(wěn)定處理的熱水鍋爐和供熱系統(tǒng)中。循環(huán)冷卻水采用磷酸鹽阻垢處理或采用膦酸鹽系列水質(zhì)穩(wěn)定劑時(shí)，也常產(chǎn)生磷酸鹽水垢。

磷酸鹽水垢往往是和碳酸鹽水垢共存的。鍋爐中，當(dāng)軟化水的殘存硬度過高時(shí)，當(dāng)凝汽器管泄漏時(shí)，鍋爐受熱面既結(jié)碳酸鹽水垢，又會(huì)由于產(chǎn)生大量磷酸鹽水渣未能及時(shí)排除，而形成二次水垢。對(duì)于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來說，濃縮倍率偏高，磷(膦)系列水質(zhì)穩(wěn)定劑劑量局限性、藥齡過久或藥效不理想均可產(chǎn)生磷酸鹽水垢。

一般把碳酸鹽含量(灼燒減量加氧化鈣)局限性50%而磷酸鹽含量超過10%的垢種稱作磷酸鹽水垢。

1.2.1磷酸鹽水垢的基本性狀

磷酸鹽水垢外觀為灰白色，質(zhì)地較為疏松。僅有碳酸鹽和磷酸鹽的水垢呈灰白色就是由于磷灰石是灰色。假如有腐蝕產(chǎn)物則呈灰紅色或紅褐色，鍋爐中或給水中加有除氧劑時(shí)，垢的顏色多呈灰黑色。

磷酸鹽水垢的附著能力差，輕易用捅刷刮磨等措施除去。不受熱部分的磷酸鹽垢松軟，呈堆積狀。磷酸鹽垢隨受熱面的熱流強(qiáng)度和金屬溫度升高而結(jié)垢嚴(yán)重，垢質(zhì)也變得堅(jiān)硬難除。

1.2.2磷酸鹽水垢的構(gòu)成

低壓鍋爐和熱互換器的磷酸鹽水垢中常具有15%～20%的磷酸酐和大體等量的碳酸鹽。鍋爐壓力越高，碳酸酐含量越低，這是由于在5MPa下碳酸鈉基本可分解轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉的緣故。

除了與磷酸酐、碳酸酐對(duì)應(yīng)的堿土金屬氧化物之外，垢中常具有一定量的腐蝕產(chǎn)物和硅酸鹽。表2-2列出了經(jīng)典的磷酸鹽水垢化學(xué)成分。

表2-2所列的垢取自鍋爐中，由于壓力較高，作為灼燒減量損失的碳酸酐僅3%左右。在鍋爐中鎂鹽與硅酸鹽結(jié)合為蛇紋石(3MgO·2SiO2·2H2O)，鈣鹽重要形成堿性磷灰石，其成分為Ca10(OH)2(PO4)6。前者在灼燒時(shí)也有一定程度的質(zhì)量損失，不超過蛇紋石量的13%。

1.2.3磷酸鹽垢的鑒別特性

磷酸鹽垢與碳酸鹽垢外狀近似，并且其中常含一定量的碳酸鹽垢。兩者的區(qū)別在于磷酸鹽垢在常溫下不能在5%如下稀酸中所有溶解，需要加熱助溶，或者用10%以上的酸并且在溫?zé)釛l件下使之全溶。

在用酸溶解磷酸鹽垢時(shí)，由產(chǎn)生氣泡狀況可以理解其中碳酸鹽垢所占比例大小。假如基本不冒氣泡，則是單純的磷酸鹽垢。

由水處理工藝也可以鑒別磷酸鹽垢。天然水中基本不含磷酸鹽，除非人工投加磷(膦)酸鹽，否則在受熱面和傳熱表面上不會(huì)產(chǎn)生磷酸鹽水垢。

1.3硅酸鹽水垢與硫酸鹽水垢及其鑒別

這兩種水垢外觀均呈白色，有雜質(zhì)時(shí)為灰白或粉紅色。不過它們都不溶于酸，據(jù)此可以將它們區(qū)別于碳酸鹽水垢和磷酸鹽水垢。

硅酸鹽水垢產(chǎn)生于原水二氧化硅含量高的鍋爐或循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，有的水處理工藝使用水玻璃作為助凝劑或分散劑、緩蝕劑，更輕易結(jié)硅酸鹽水垢。

在天然水的強(qiáng)酸陰離子中，硫酸根的含量最高，一般為100mg/L以上，有的達(dá)300mg/L以上。這種水作為鍋爐補(bǔ)充水的原水進(jìn)行軟化處理時(shí)，或作為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水進(jìn)行高濃縮倍率處理時(shí)，難免要結(jié)硫酸鈣水垢。

1.3.1硅酸鹽水垢和硫酸鹽水垢的基本性狀

硅酸鹽垢和硫酸鹽垢往往不是單獨(dú)出現(xiàn)的，它們與其他垢種共存。不過，由于它們難于溶解除去，對(duì)受熱面和傳熱表面的熱阻影響較大，因此，當(dāng)它們各自的含量在垢中達(dá)20%時(shí)，就可分別認(rèn)為這種垢是硅酸鹽水垢或硫酸鹽水垢。

這兩種垢均呈白色或灰白色，有時(shí)呈粉紅色，在受熱面或傳熱表面上結(jié)成硬質(zhì)薄層，附著牢固，質(zhì)硬而脆，敲擊或鏟刮時(shí)能呈小片狀剝離，難以用常規(guī)的機(jī)械措施清除，也不能用酸清洗除去。

1.3.2硅酸鹽和硫酸鹽水垢的構(gòu)成

硅酸鹽水垢、硫酸鹽水垢都可和碳酸鹽水垢或磷酸鹽水垢共存；不過其含量較高時(shí)，會(huì)使垢層難以清除。因此，不再稱作碳酸鹽水垢或磷酸鹽水垢，而是根據(jù)垢中有20%或更高含量的難溶成分定名。此類垢的構(gòu)成和碳酸鹽水垢或磷酸鹽水垢相近似，只是垢中硅酸鹽或硫酸根(硫酸酐)含量偏高。表2-3舉出了硅酸鹽水垢成分作為例證，該垢是與銅鐵垢共存的硅酸鹽水垢，并有一定量的硫酸鹽水垢，難溶于酸液。

1.3.3硅酸鹽和硫酸鹽水垢的鑒別特性

設(shè)備無腐蝕現(xiàn)象時(shí)，硅酸鹽水垢和硫酸鹽水垢的外觀與碳酸鹽水垢或磷酸鹽水垢靠近，不過比它們更為堅(jiān)硬，附著更為牢固。當(dāng)設(shè)備有腐蝕現(xiàn)象時(shí)，尤其是產(chǎn)生附著物下的局部腐蝕時(shí)，該處的硅酸鹽水垢或硫酸鹽水垢可被染成灰黑、紅褐或赤紅色。

如前文所述，假如將垢置于5%的稀鹽酸中，不加熱即迅速溶解，且伴隨有大量氣泡產(chǎn)生，則是碳酸鹽水垢；假如溶解速度較慢，產(chǎn)生氣泡較少，不過加熱時(shí)溶解迅速，尤其是在10%含量以上、70℃溫度以上的鹽酸中迅速溶解者，是磷酸鹽水垢。將鹽酸含量提高到20%以上并加熱，假如仍有一定量的白色水垢不能溶解，則可認(rèn)為剩余物是硅酸鹽或硫酸鹽。

將不溶物用濾紙濾出并清洗，直到濾液中加入1%酸性硝酸銀不出現(xiàn)混濁時(shí)，將濾紙連同不溶物置于燒杯中，加入150mL去離子水并攪拌，當(dāng)以硫酸鹽水垢為主時(shí)，不溶物將減少，向其中加入1%氯化鋇溶液，假如有大量白色沉淀產(chǎn)生，表明硫酸鹽含量較高；假如不溶物無溶解減少現(xiàn)象，并且加入氯化鋇溶液也不出現(xiàn)混濁和沉淀，則表明垢中含硅酸鹽。

1.4磷酸鐵鈉水垢及其鑒別

磷酸鐵鈉水垢產(chǎn)生于高壓鍋爐，這是在鍋爐有腐蝕并且以鐵為主的腐蝕產(chǎn)物較多時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)。向鍋爐中投加的磷酸鈉可與亞鐵離子作用形成沉積物，附著于鍋爐水冷壁管表面。

1.4.1磷酸鐵鈉水垢的基本性狀

磷酸鐵鈉垢與磷酸鹽水垢相近，不過由于發(fā)生了腐蝕，垢層為黑褐色。該垢較疏松，易用機(jī)械措施清除掉。

該垢在酸中的溶解特點(diǎn)與磷酸鹽水垢相似，所不一樣的是它還可溶于強(qiáng)堿中。磷酸鐵鈉與堿的反應(yīng)受水的飽和溫度影響較大，在鍋爐水溫低于200C時(shí)生成磷酸鈉和氫氧化鐵；超過200℃，生成磷酸氫二鈉和亞鐵酸鈉。其反應(yīng)為:

1.4.2磷酸鐵鈉水垢的構(gòu)成

該種垢是特殊的磷酸鹽水垢，可以看作是酸性磷酸鹽與氫氧化亞鐵的復(fù)合物，符合NaFePO4的分子式。不過其中也會(huì)夾雜有其他成垢物質(zhì)。表2-4是較為經(jīng)典的磷酸鐵鈉垢的化學(xué)成分。

1.4.3磷酸鐵鈉垢的鑒別特性

磷酸鐵鈉垢只產(chǎn)生在高參數(shù)鍋爐中，低壓供汽鍋爐、熱水鍋爐、熱互換器和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中不產(chǎn)生此類水垢。當(dāng)高參數(shù)鍋爐結(jié)有磷酸鐵鈉垢時(shí)，將產(chǎn)生鹽類隱藏現(xiàn)象。

鍋爐受熱面結(jié)磷酸鐵鈉垢時(shí)，鍋爐內(nèi)的水質(zhì)在鍋爐使用過程中會(huì)展現(xiàn)某些特殊現(xiàn)象。每碰到鍋爐啟動(dòng)或停止運(yùn)行，爐水成分會(huì)有異常變化。一般是在不向鍋爐投加磷酸鈉并且停止排污的狀況下，鍋爐升壓過程中，鍋爐水的含鈉量、電導(dǎo)率、磷酸根含量、含鐵量、甲基橙堿度將自動(dòng)升高，酚酞堿度下降或不變，pH值有所下降；當(dāng)鍋爐壓力到達(dá)某一數(shù)值(例如50%以上額定參數(shù))時(shí)，鍋爐水的含鈉量、電導(dǎo)率、磷酸根含量、含鐵量、甲基橙堿度會(huì)自動(dòng)減少，酚酞堿度和pH值會(huì)有所升高。這是由于鍋爐受熱面上的磷酸鐵鈉溶出和再沉淀之故。假如鍋爐有此現(xiàn)象，表明受熱面的腐蝕產(chǎn)物量已大到有進(jìn)行清洗的必要了。

1.5腐蝕產(chǎn)物(鐵銅的氧化物)及其鑒別

當(dāng)水垢中鐵和銅的氧化物含量超過50%時(shí)，盡管其中尚有鈣鎂等堿土金屬氧化物和碳酸酐、磷酸酐等成垢物質(zhì)，也將其作為腐蝕產(chǎn)物看待。

實(shí)際上，在腐蝕坑中采集的附著物是以設(shè)備腐蝕產(chǎn)物為主；在一般受熱面上采集的試樣，則兼有設(shè)備腐蝕產(chǎn)生的和外來沉積的兩部分。

1.5.1腐蝕產(chǎn)物的基本性狀

腐蝕產(chǎn)物可產(chǎn)生于任何受熱面和傳熱表面，不過，在介質(zhì)溫度較低的設(shè)備上它僅作為垢中夾雜物存在。伴隨介質(zhì)溫度升高，設(shè)備腐蝕加重，腐蝕產(chǎn)物在垢中含量明顯增長(zhǎng)。在高參數(shù)鍋爐的受熱面上，附著物以腐蝕產(chǎn)物為主。圖2-2中自右向左，鍋爐壓力分別為低壓、中壓、高壓和超高壓，宏觀可以看出其中腐蝕產(chǎn)物的變化。

腐蝕產(chǎn)物以黑褐色為主，當(dāng)水中具有豐富的氧時(shí)多呈紅色；在一般的鍋爐和熱互換器中氧的供應(yīng)局限性，多呈黑色。假如腐蝕產(chǎn)物中含銅較多，銅可由于電化學(xué)作用而以金屬形態(tài)存在，腐蝕產(chǎn)物呈紫紅色，并能看到金屬光澤。假如是在腐蝕坑中采集得到，附著物層常呈貝狀，邊緣薄而中間厚。

1.5.2腐蝕產(chǎn)物(鐵銅垢)的構(gòu)成

腐蝕產(chǎn)物與系統(tǒng)、設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)，常見的成分是鐵、銅的氧化

物(銅含量高時(shí)可游離存在)和其他Ca2+、Mg2+鹽類。表2-5是以鐵的氧化物為主的垢；表2-6則以銅為主。

1.5.3腐蝕產(chǎn)物(鐵銅垢)的鑒別特性

鐵銅垢的外觀與鈣鎂垢明顯不一樣，輕易鑒別。由顏色偏紅或偏黑可以得知是以高價(jià)鐵為主還是以低價(jià)鐵為主。假如見到有紫紅色金屬光澤，則其含銅量可達(dá)50%以上。

水垢灼燒時(shí)質(zhì)量減少，鐵銅垢灼燒時(shí)質(zhì)量則常增長(zhǎng)。這是灼燒時(shí)垢中銅氧化為氧化銅，氧化亞鐵氧化為氧化鐵，此外磁性氧化鐵可看作氧化鐵與氧化亞鐵的復(fù)合物，它在灼燒時(shí)質(zhì)量也有所增長(zhǎng)。

銅氧化為氧化銅時(shí)質(zhì)量增長(zhǎng)25.14%；氧化亞銅氧化為氧化銅時(shí)質(zhì)量增長(zhǎng)11.18%；氧化亞鐵氧化為氧化鐵時(shí)質(zhì)量增長(zhǎng)11.15%；磁性氧化鐵氧化為氧化鐵時(shí)質(zhì)量增長(zhǎng)3.44%。在粗略地探求垢中鐵銅的存在形式時(shí)，可由其含量與灼燒增量按上述關(guān)系推知。

鐵銅的腐蝕產(chǎn)物較硅酸鹽垢和硫酸鹽垢易溶，不過比碳酸鹽垢和磷酸鹽垢難溶得多，它甚至難溶于常溫的濃鹽酸中。加熱到靠近沸騰溫度時(shí)，它可溶于20%以上的鹽酸中，不過需時(shí)較長(zhǎng)。在鹽酸中加入少許硝酸并加熱可使之溶解，這是由于在溶解過程中，亞鐵離子和亞銅離子被氧化為高價(jià)，破壞了溶解平衡之故。

鐵銅垢溶解后的溶液帶有一定顏色。假如以鐵為主時(shí)，溶液呈淡黃色；假如以銅為主時(shí)，溶液呈淡綠色。

用氨水中和鐵銅垢的酸溶液可輔助鑒別。鐵在中和至pH≥6時(shí)，可產(chǎn)生棕紅色絮狀氫氧化鐵沉淀；pH值再高，銅可產(chǎn)生淺藍(lán)色氫氧化銅沉淀；假如含銅量較高，在過量的氨水中可產(chǎn)生深藍(lán)色的銅氨絡(luò)離子。

2微生物污垢

在鍋爐和高溫?zé)峄Q器的運(yùn)行溫度下，微生物難以存活，因此僅有水垢的困擾。在循環(huán)冷卻水的工作溫度下，微生物生長(zhǎng)旺盛，許多阻垢劑常常是微生物的營(yíng)養(yǎng)源，因此，微生物粘泥的污塞作用是冷卻水及低溫?fù)Q熱器的危害之一。

2.1工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中的微生物

微生物是低等生物的統(tǒng)稱，其個(gè)體小，不過裂殖繁衍快，可形成很大的群體。在工業(yè)冷卻水中常見的是病毒、細(xì)菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物。不過有時(shí)也把水生物中較大的個(gè)體歸入其中，這是由于它們同樣導(dǎo)致污塞，同樣可被殺菌滅藻劑殺滅。

2.1.1病毒

微生物是指無法用肉眼觀測(cè)的微小生物，其中最微小的生物是病毒。病毒能通過過濾細(xì)菌的濾器、濾膜和濾層，其尺寸約為50～500nm，大型病毒能用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)到，小型病毒只能用電子顯微鏡觀測(cè)。病毒由蛋白質(zhì)與核酸構(gòu)成，它沒有完整的細(xì)胞構(gòu)造，并在活的細(xì)胞內(nèi)繁殖。病毒對(duì)人體有害，但對(duì)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的污塞傳熱無明顯影響。

2.1.2細(xì)菌

細(xì)菌是單細(xì)胞生物，其尺寸為0.5～10μm，亦即最小的細(xì)菌個(gè)體與最大的病毒相稱。細(xì)菌有呈球形和桿形者，也有呈弧形和螺旋狀者。

細(xì)菌外層為細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，內(nèi)含營(yíng)養(yǎng)豐富的細(xì)胞質(zhì)與代謝產(chǎn)物，關(guān)鍵部分是細(xì)胞核。細(xì)胞核的重要成分是脫氧核糖核酸和蛋白質(zhì)。

細(xì)菌以分裂的形式繁殖，以2n的速度增長(zhǎng)。細(xì)菌的分裂周期稱世代時(shí)間，一般為20～30min。細(xì)菌在生長(zhǎng)繁殖過程中，從循環(huán)冷卻水中吸取營(yíng)養(yǎng)，自身產(chǎn)生新陳代謝的產(chǎn)物。細(xì)菌繁殖的群體、其代謝產(chǎn)物和已死亡的細(xì)菌都是在傳熱表面積污的重要原因。

2.1.3真菌

真菌的形體不小于細(xì)菌，其尺寸是細(xì)菌的幾倍到幾十倍，構(gòu)造也更復(fù)雜，有單細(xì)胞生物，也有多細(xì)胞生物。單細(xì)胞真菌呈球狀或橢圓形；多細(xì)胞真菌有孢子和菌絲。真菌的孢子有圓形、橢圓形、棒形等，并常帶有顏色，菌絲呈絲狀。真菌靠營(yíng)腐生長(zhǎng)或寄生生存，既可以裂殖方式無性繁衍，也可以孢子接合有性繁殖。在循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，真菌不構(gòu)成污塞，但在停用的設(shè)備中真菌的代謝物可對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

2.1.4藻類

藻類是比菌類更高級(jí)的植物。菌類不含葉綠素，藻類細(xì)胞內(nèi)含葉綠素，可靠光合作用攝取營(yíng)養(yǎng)。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中藻類是重要的污塞原因之一，常見的藻如藍(lán)藻、綠藻、硅藻、球藻、絲藻、團(tuán)藻、魚腥藻等，能使水染色，帶有草腥味或魚腥味，并使循環(huán)冷卻水渾濁，附著物變得粘稠易附難除。因此藻類是重要的殺滅對(duì)象之一。

2.1.5原生動(dòng)物

原生動(dòng)物有最簡(jiǎn)樸的單細(xì)胞動(dòng)物和多細(xì)胞動(dòng)物，由于其形體微小，肉眼難以發(fā)現(xiàn)，也是微生物。形體小的原生動(dòng)物為纖毛蟲、草履蟲等；較大些的原生動(dòng)物如輪蟲、線蟲、變形蟲、甲殼類生物，它們可在低倍顯微鏡下觀測(cè)到，或用肉眼觀測(cè)到。原生動(dòng)物不是循環(huán)冷卻水污塞的重要原因，但也在應(yīng)殺滅之列。

可以穿過濾網(wǎng)的較大的水生物，一般不會(huì)在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中停留，尤其不會(huì)卡塞在冷卻表面(換熱器管子)上，不過有些介殼類生物可在其上附著繁殖，對(duì)傳熱導(dǎo)致較大影響。

2.2對(duì)冷卻水系統(tǒng)影響較大的細(xì)菌

循環(huán)冷卻水中具有微生物后，首先是出現(xiàn)令人不快的氣味和顏色，另一方面是形成有機(jī)物粘泥影響傳熱。循環(huán)冷卻水的氣味來自菌藻自身或其代謝產(chǎn)物。例如鐵細(xì)菌有鐵腥味并使水呈黑色或紅色，硫細(xì)菌有硫化氫的惡臭并使水呈黑色，藻類使水變綠，有霉腐味和腥味。

2.2.1鐵細(xì)菌

鐵細(xì)菌除導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)污塞之外，還引起設(shè)備腐蝕。鐵細(xì)菌有銹鐵菌與蓋氏鐵菌等類別。銹鐵菌可在冷卻水系統(tǒng)和冷卻管中附著，它可形成菌絲，匯集成菌苔，使鋼鐵設(shè)備腐蝕，使管道堵塞。河北某電廠循環(huán)水管道腐蝕穿透，經(jīng)對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，檢出大量銹鐵菌；北京某熱電廠鍋爐補(bǔ)充水處理系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重，經(jīng)培養(yǎng)與鏡檢有大量呈絲狀糾結(jié)的蓋氏鐵細(xì)菌和桿菌構(gòu)成的細(xì)菌膜。鐵細(xì)菌在鐵被腐蝕時(shí)得到營(yíng)養(yǎng)，鐵細(xì)菌也可與水中亞鐵離子起作用。亞鐵離子在鐵細(xì)菌的原生質(zhì)中被氧化而提供營(yíng)養(yǎng)與熱量，氧化反應(yīng)產(chǎn)物貯存在鐵細(xì)菌的粘性鞘膜的膠質(zhì)物中，在細(xì)菌呼吸時(shí)以鐵銹形式排出，鐵細(xì)菌自身也呈鐵銹色。其氧化反應(yīng)如下:

2.2.2硫化細(xì)菌與反硫化細(xì)菌

硫化細(xì)菌依托水中有機(jī)質(zhì)的硫分存活，它們可以把蛋白質(zhì)中含硫氨基酸分解為硫化氫，也可由反硫化細(xì)菌把硫化氫經(jīng)次亞硫酸、亞硫酸而轉(zhuǎn)化為硫酸。硫化細(xì)菌使水具有難聞的臭味，反硫化細(xì)菌可引起設(shè)備腐蝕。這些細(xì)菌的生存繁殖過程中都可使冷卻水系統(tǒng)污塞。

2.2.3硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌

硝化作用是在好氣條件下，硝化細(xì)菌使氨氧化為硝酸。此過程經(jīng)由兩個(gè)階段，首先是由亞硝酸細(xì)菌將氨氧化為亞硝酸；再由硝酸細(xì)菌將亞硝酸氧化為硝酸，反應(yīng)如下:

反硝作用是經(jīng)由厭氣菌將硝酸還原為亞硝酸鹽，再將亞硝酸還原為氨(胺)。這個(gè)過程中起作用的厭氣菌分別稱為硝酸鹽還原細(xì)菌和亞硝酸鹽還原細(xì)菌。

水中有機(jī)物蛋白質(zhì)如氨基酸可被氨化細(xì)菌分解為氨，使水有氨臭。

硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及氨化細(xì)菌的活動(dòng)使水質(zhì)被污染，其分解產(chǎn)物粘附于傳熱面上形成污垢，并對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

2.3細(xì)菌的鑒別測(cè)定

在防治冷卻水系統(tǒng)污塞時(shí)，往往要理解細(xì)菌的種類、數(shù)量，以便有針對(duì)性地殺滅。鑒別時(shí)，先從冷卻水系統(tǒng)取出樣品。將樣品接種在細(xì)菌可以迅速生長(zhǎng)的培養(yǎng)基中，通過一定期間后，可以測(cè)量細(xì)菌增殖的效果或計(jì)數(shù)正在生長(zhǎng)的細(xì)菌菌落。選擇對(duì)于所關(guān)懷的細(xì)菌生長(zhǎng)具有某種專一性的培養(yǎng)介質(zhì)和培養(yǎng)條件，就可在不一樣的細(xì)菌之間作出區(qū)別。用顯微鏡檢查，或者試驗(yàn)所生長(zhǎng)的細(xì)菌菌落，可更肯定地作出鑒定。

2.3.1鐵細(xì)菌的培養(yǎng)與鑒定

用鐵細(xì)菌培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。常用的培養(yǎng)基為:檸檬酸鐵銨10g，含結(jié)晶水的硫酸鎂0.5g，硫酸亞鐵銨0.5g，磷酸氫鉀0.5g，氯化鈣0.2g，硝酸鈉0.5g，瓊脂20g，共溶入1升去離子水中，調(diào)pH值至6.8～7，120C溫度下滅菌20min。做成平板后，將適度稀釋的水樣接人平板上，在28～30C下培養(yǎng)3天，假如有黃白色菌落即是。

也可用硫酸錳0.1g，瓊脂20g在1升水中，調(diào)pH值到7.8～8，滅菌20min。在同樣條件下培養(yǎng)，在培養(yǎng)基上出現(xiàn)棕黑色菌落即是。

鏡檢時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)鐵細(xì)菌為絲狀，蓋氏鐵柄桿菌則糾結(jié)在一起。用化學(xué)措施檢查時(shí)，錳培養(yǎng)基的菌落檢出有鐵離子則可確認(rèn)。

2.3.2硫細(xì)菌的培養(yǎng)和鑒定

用硫化鉀8g，磷酸氫二鉀0.2g，氯化銨0.1g，氯化鎂0.1g，瓊脂20g，在1升去離子水中，120C下滅菌20min。將適度稀釋的水樣接種在該培養(yǎng)基平板上，于30C培養(yǎng)3～5天，或者先在液體培養(yǎng)基中同樣條件下培養(yǎng)3～5天，再把液體培養(yǎng)物轉(zhuǎn)接于固體培養(yǎng)基平板上，假如出現(xiàn)黃白色或紅褐色菌落，也許分別是硫絲菌及紅硫菌。在液體培養(yǎng)基中加入1%氯化鋇溶液，假如有白色沉淀產(chǎn)生表明是硫細(xì)菌。假如反應(yīng)不明顯，可延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間到10天以上，或使用10%氯化鋇溶液檢查。

硫酸鹽還原細(xì)菌是厭氧菌，在缺氧條件下培養(yǎng)。為此可使用大試管盛培養(yǎng)液，接種后用膠塞塞緊，再以石蠟封固。溶液應(yīng)盛滿試管而不存留氣泡。所用的培養(yǎng)基為氯化鈉5g，含結(jié)晶水硫酸鎂2g，硫酸鈉1g，氯化銨1g，磷酸二氫鉀0.5g，氯化鎂0.1g，硫酸亞鐵銨0.1g，70%的乳酸鈉溶液5mL，去離子水1升，調(diào)pH值為7.2，在120℃下滅菌20min，裝人試管中接種適度稀釋的水樣1mL。在30C下培養(yǎng)7天，觀測(cè)與否出現(xiàn)黑色的硫化鐵或嗅到有硫化氫味。應(yīng)和不接種的空白培養(yǎng)液對(duì)比，以此確定。

2.3.3細(xì)菌總數(shù)測(cè)定

使用肉湯瓊脂培養(yǎng)基進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)水的含菌量不一樣對(duì)水樣作適度稀釋，至少對(duì)兩種不一樣稀釋程度的水樣進(jìn)行培養(yǎng)測(cè)定。在兩個(gè)以上滅菌平皿中，分別注入0.1mL稀釋水樣，加入已熔化且冷至40C如下的肉湯瓊脂培養(yǎng)基，混合之后將各接種了水樣的培養(yǎng)液分置兩個(gè)培養(yǎng)皿中，其中一種在室溫下培養(yǎng)，另一種在37C下培養(yǎng)。24h后對(duì)平皿菌落計(jì)數(shù)。室溫下得到水中固有菌數(shù)，37℃下為大腸菌。對(duì)菌落數(shù)為25～250的平皿進(jìn)行計(jì)數(shù)，將其平均值乘以稀釋倍數(shù)，求得每毫升中的活菌數(shù)。

肉湯瓊脂培養(yǎng)基的制取:取500g去掉油骨及筋的牛肉，絞成肉泥，加入1L自來水，在50C下泡30min，用粗布過濾，濾去肉渣，肉漿內(nèi)以溶解性蛋白質(zhì)為主。將肉漿煮沸30min，使蛋白質(zhì)凝固，用粗濾紙過濾，得到的肉湯備用。另取蛋白胨10g，氯化鈉5g，置于蒸餾水中加熱溶化，稀釋到1L，調(diào)pH值為7.4，煮沸以粗濾紙過濾。上述兩溶液均在120C下滅菌15min。將蛋白胨溶液加入肉湯中，調(diào)pH值到7.2～7.6用以進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)。

2.4鍋爐補(bǔ)充水系統(tǒng)細(xì)菌鑒別實(shí)例

微生物污塞雖多見于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，不過伴隨水體污染趨于嚴(yán)重，在鍋爐補(bǔ)充水系統(tǒng)中細(xì)菌繁殖導(dǎo)致的污塞也較常見。在使用反滲透器的水處理系統(tǒng)中，有機(jī)物膜的污塞更不容忽視。

2.4.1鍋爐補(bǔ)充水系統(tǒng)的細(xì)菌膜污塞

70年代中期北京某熱電廠化學(xué)除鹽水制備系統(tǒng)因細(xì)菌膜污塞影響正常制水，由此作了國(guó)內(nèi)首例系統(tǒng)研究微生物膜對(duì)鍋爐補(bǔ)充水影響的匯報(bào)。隨即在吉林、河北等省陸續(xù)發(fā)生使用地表水為原水的電廠出現(xiàn)微生物污塞的事件。80年代到90年代在地表水資源豐富、河流水量豐度相稱高的中南及華東地區(qū)也陸續(xù)發(fā)生類似情況。

北京某熱電廠使用河水作為原水。該河河道全長(zhǎng)8km，70年代中期河水平均流量約6m3/s，水量分布不均，枯水季節(jié)局限性3m3/s。該河道兩岸共55處排水口，1976年進(jìn)入河道污水平均流量為2.77m3/s，其中生活污水1.07m3/s，工業(yè)污水1.02m3/s，工業(yè)冷卻水0.5m3/s，在冬季該河道重要是污水。在該熱電廠上游4個(gè)釀酒廠排放污水總量為0.18m3/s，紙廠及生物制品廠排出污水流量為0.07m3/s，這些排水中具有大量有機(jī)質(zhì)與菌種。

該熱電廠自1975年冬季起，除鹽系統(tǒng)中出現(xiàn)微生物膜，重要出目前一級(jí)除鹽水箱中，其增殖速度快，約經(jīng)2～3星期可生成0.5～2mm厚的肉紅色膜，形如膠凍，手感滑膩，略粘，附著不牢，可成0.5～1m2大片揭落，膜自身強(qiáng)度小，稍用力即可扯破。將微生物膜置于水中可分散為0.1～0.2mm的薄膜，顏色變淡以至無色透明，用指示劑或鋼筆墨水可使其著色。將微生物膜置于顯微鏡下觀測(cè)，只能看到均勻而持續(xù)的膜體，難以識(shí)別單獨(dú)的菌體。將載片懸吊于水箱中3天后可觀測(cè)到菌團(tuán)，在1250倍生物顯微鏡下觀測(cè)為鞘菌與桿菌。鞘菌直徑0.5μm，長(zhǎng)5μm以上，不分枝，桿菌直徑0.5μm，長(zhǎng)3μm，是微生物膜的重要構(gòu)成部分，其外形與取自釀酒廠排水口的污水中菌種相似。

調(diào)整生物顯微鏡焦距，可觀測(cè)發(fā)現(xiàn)剛形成的微生物膜是由鞘菌與桿菌交錯(cuò)而成。

2.4.2微生物確實(shí)認(rèn)

微生物膜呈淡紅色，可考慮到也許存在鐵細(xì)菌。將微生物膜用鹽酸處理，加入硫氰酸銨后呈紅色，顯示有鐵離子存在。將溶液用氫氧化銨中和后，紅色褪去而產(chǎn)生氫氧化鐵絮狀沉淀。未經(jīng)酸處理的微生物膜直接加硫氰酸銨則檢不出鐵離子，表明鐵存在于細(xì)菌組織之中。

深入的試驗(yàn)確定了鞘菌的表層含鐵:向載片的蓋片邊緣滴加亞鐵氰化鉀的鹽酸溶液，在顯微鏡下可觀測(cè)到鞘菌被滲透的指示劑染藍(lán)，并且僅限于外鞘染藍(lán)。此現(xiàn)象恰與菌體的生物染色劑染色相反，用生物染色劑染色時(shí)，僅菌體被染色，外鞘不染色。在向鞘菌與桿菌構(gòu)成的微生物薄膜滴加亞鐵氰化鉀的鹽酸溶液時(shí)，可看到生物膜上出現(xiàn)細(xì)絲樣網(wǎng)狀染藍(lán)，表明是鞘菌中的鐵先被溶解并染色。

以上試驗(yàn)證明，是由鞘鐵細(xì)菌與水體中大量存在的釀酒工藝廢液中的桿菌構(gòu)成了微生物膜。

2.4.3生物膜的成分分析

為查明微生物膜的成因，運(yùn)用化學(xué)分析的措施，對(duì)生物膜進(jìn)行了成分分析。取500g生物膜在(120±10)C下烘干8h。再將呈深紅色的殘留物研細(xì)繼續(xù)烘烤1h，使之恒重，測(cè)得原生物膜含水分為98.34%，烘烤后殘留物為土黃色。

將烘干的試樣進(jìn)行有機(jī)物的元素分析，分析成果列于表2-7。

由表2-7可知，該微生物膜重要由蛋白質(zhì)和碳水化合物構(gòu)成。蛋白質(zhì)可占六成以上。

微生物膜在烘烤過程中有難聞的臭味。在對(duì)干燥樣品測(cè)量灼燒減量時(shí)，灼燒物發(fā)出類似牛肉浸膏的氣味。干燥后樣品的灼燒減量為96.16%，這部分是有機(jī)物，對(duì)灼燒殘?jiān)M(jìn)行了無機(jī)物含量測(cè)量，其成果如下(表2-8)。

表2-8中所列成分是生物中必需的營(yíng)養(yǎng)成分與構(gòu)成，其中磷酸酐、硝酸酐和硫酸酐分別是磷、氮、硫等有機(jī)成分在灼燒時(shí)的氧化產(chǎn)物。由表2-8可知，該微生物膜成分以鐵為主，是鐵細(xì)菌的殘留物，氧、硅、鈉、鈣、鎂是其重要營(yíng)養(yǎng)成分。

2.4.4鍋爐補(bǔ)充水系統(tǒng)細(xì)菌生態(tài)研究

該熱電廠的補(bǔ)充水處理系統(tǒng)采用兩級(jí)化學(xué)除鹽，在一級(jí)除鹽水箱與二級(jí)除鹽水箱的壁上均有細(xì)菌膜。掛片試驗(yàn)表明，將載片懸吊于水箱中3晝夜即可形成持續(xù)的膜，1～2周膜厚達(dá)0.3～0.5mm。除鹽水箱水溫26～31℃，pH8～9，適于細(xì)菌生存。一級(jí)除鹽水的化學(xué)需氧量為2.9mg/L，硅0.2～0.5mg/L，鈉0.6～2mg/L，鈣和鎂0.05～0.1mg/L，流過水箱的水量是100t/h，亦即每小時(shí)流經(jīng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為:有機(jī)質(zhì)290g，氧600g，鐵2～5g，硅20～50g，鈉50～200g，鈣和鎂5～10g。因此除鹽水可提供生物必需的營(yíng)養(yǎng)。

除鹽水溫適于嗜冷性和嗜溫性細(xì)菌生存繁殖。以2n速度分裂增殖的細(xì)菌，平均30min繁殖一代時(shí)，不計(jì)其死亡，兩晝夜后將變成2.8×1014個(gè)，三晝夜將達(dá)4.7×1021個(gè)。以微生物膜的重要構(gòu)成桿菌尺寸為例，其長(zhǎng)2.5μm，直徑0.5μm，體積0.5μm3，3×1018個(gè)即達(dá)1m3。盡管細(xì)菌不能這樣理想地增殖下去，不過在菌種不停隨水流大量進(jìn)入、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不停隨水流流過的優(yōu)越生存環(huán)境下，微生物膜能得以良好發(fā)育。

對(duì)水源污染狀況調(diào)查和對(duì)排水中污染物調(diào)查表明，該熱電廠原水中生活污水比例過高，達(dá)總水量的20.7%，生活污水帶人的有機(jī)物質(zhì)給細(xì)菌發(fā)明了良好的生存條件，酒廠排出的丙酮菌、曲菌等及河水中固有的鐵細(xì)菌是重要菌種。水經(jīng)處理后仍有大量可供細(xì)菌生命活動(dòng)的熱量與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是微生物膜的形成條件。

用成分分析措施對(duì)細(xì)菌膜的構(gòu)成進(jìn)行研究，以及用定性分析措施對(duì)鐵細(xì)菌進(jìn)行研究，對(duì)水源進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合細(xì)菌培養(yǎng)研究確定了細(xì)菌的來源及種類。成分分析的研究措施得到了微生物研究部門的承認(rèn)和贊同。

3冷卻水系統(tǒng)中的泥污

完全由微生物構(gòu)成的微生物污團(tuán)較少，大多數(shù)狀況下是微生物與泥污構(gòu)成的粘泥。這種在傳熱表面上形成的粘泥膜對(duì)傳熱影響很大。由于微生物粘泥的增長(zhǎng)速度往往高于水垢，因此，在循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，尤其是使用含磷(膦)水質(zhì)處理劑的冷卻水系統(tǒng)中，泥污和粘泥膜倍受關(guān)注。

3.1泥污的重要來源

循環(huán)冷卻水中的泥污隨補(bǔ)充水帶入和水塔中下淋的冷卻水洗滌空氣中塵埃所致。

無論是用地表水作為原水，還是用地下水作為原水，水中總具有一定量二氧化硅、鐵鋁的氧化物和腐植酸等等，它們以懸浮物和膠體狀態(tài)存在，在水的循環(huán)濃縮和受熱過程中，都會(huì)以泥污形式沉積出來。以內(nèi)蒙某電廠的原水為例，其懸浮物13mg/L、耗氧量10.8mg/L、二氧化硅10.1mg/L；附近的達(dá)賚湖水懸浮物28mg/L、耗氧量11.6mg/L、腐植酸0.7mmol/L、二氧化硅36.5mg/L、鐵離子0.12mg/L；該廠深井水懸浮物10mg/L、耗氧量3.2mg/L、腐植酸0.19mmol/L、二氧化硅17.6mg/L、鐵離子0.1mg/L。該廠水中耗氧量達(dá)16.4～24.6mg/L。由此可知，水中有大量成泥物質(zhì)可被引人循環(huán)冷卻水中。

冷卻塔對(duì)空氣的淋洗作用，是顆粒從外部進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的重要原因?；痣姀S周圍地區(qū)大氣的總懸浮顆粒物(TSP)常高于300μg/m3。地面的揚(yáng)塵帶入的顆粒物含量更高，它們?cè)诶鋮s塔中被下淋的冷卻水洗下，與微生物一起成為污垢。山西某電廠凝汽器管中垢厚約0.3mm，用鹽酸清洗時(shí)，總有0.15mm以上的附著物不能溶解。當(dāng)對(duì)清洗后的管樣進(jìn)行烘烤時(shí)，殘留的附著物干燥起皮剝離，將烘干物移人高溫爐灼燒時(shí)，其顏色由灰黑轉(zhuǎn)為灰白，大部被燒去。這就是由于該廠水塔旁有燃煤堆放，以煤為主的揚(yáng)塵隨氣流進(jìn)入冷卻塔而被下淋的冷卻水洗留下來所致。

3.2泥污與微生物的結(jié)集

單純的懸浮物或二氧化硅、鐵的氧化物顆粒不能附著于傳熱表面上成垢。假如沒有微生物的粘附集聚，它們將沉積在冷卻系統(tǒng)的水流停滯和死角部位。當(dāng)冷卻系統(tǒng)的傳熱面上有微生物生長(zhǎng)繁殖時(shí)，其代謝產(chǎn)物多為粘性物質(zhì)，對(duì)懸浮于水中的顆粒，或者呈膠體狀態(tài)存在的物質(zhì)，均有很強(qiáng)的捕集作用，使其進(jìn)入生物膜中，形成生物粘泥，或者粘泥膜。

補(bǔ)充水中的有機(jī)物(水質(zhì)分析中表達(dá)為耗氧量)具有菌藻等成分，在與陽光接觸的地方藻類易于生長(zhǎng)，而在絕大多數(shù)見不到陽光的設(shè)備系統(tǒng)中，細(xì)菌都可存活。因此，多種菌類及其粘液在自身生長(zhǎng)成膜遮蓋傳熱表面的同步，對(duì)所有流過其表面的物質(zhì)都進(jìn)行捕集、過濾而使微生物膜增厚。微生物粘泥對(duì)傳熱表面也有很強(qiáng)的粘附能力，使其不能被流速高達(dá)2～3m/s的冷卻水流沖走。

第2節(jié)成垢

1采暖鍋爐與工業(yè)鍋爐中水垢的形成

采暖鍋爐是低壓蒸汽鍋爐和熱水鍋爐，工業(yè)鍋爐是較大容量的中低壓鍋爐，也有使用高壓鍋爐的。自80年代中期起，出于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能的考慮，低壓小容量蒸汽采暖鍋爐逐漸被熱水鍋爐和區(qū)域供熱鍋爐取代，區(qū)域供熱鍋爐通過熱力網(wǎng)站的熱互換器變汽暖為水暖。

1.1不進(jìn)行爐外水處理的熱水鍋爐水垢的形成

目前分散的采暖鍋爐以熱水鍋爐為主，當(dāng)熱水鍋爐的功率和介質(zhì)溫度低于GB1576—98《低壓鍋爐水質(zhì)》的規(guī)定期，尤其當(dāng)給水硬度超過規(guī)定原則時(shí)，不進(jìn)行爐外水處理，這種鍋爐就存在結(jié)水垢的也許。

1.1.1鈣鎂碳酸氫鹽的熱分解

天然水中鈣和鎂的碳酸氫鹽占可溶性雜質(zhì)成分的60%以上，它們?cè)谑軣釙r(shí)可失去部分二氧化碳而形成水垢。其反應(yīng)如下:

碳酸鈣在水中的溶解度局限性7mg/L氫氧化鎂的溶解度與之靠近。假如鍋爐補(bǔ)充水的硬度是200mg/L碳酸鈣，則每補(bǔ)充1t水，將產(chǎn)生193g以上的水垢。

1.1.2懸浮物、膠體物質(zhì)及腐蝕產(chǎn)物的沉積

熱水鍋爐給水的懸浮物容許含量為20mg/L，含油量為2mg/L。天然水中以膠體狀態(tài)或顆粒狀態(tài)存在的二氧化硅可達(dá)5mg/L，可溶的二氧化硅(偏硅酸)在受熱時(shí)會(huì)失水，形成膠體顆粒并匯集，成為不溶的二氧化硅，這部分二氧化硅可達(dá)10mg/L。以鐵的氧化物為主的腐蝕產(chǎn)物以膠體狀態(tài)或顆粒狀態(tài)存在，它們受熱時(shí)同樣會(huì)匯集為沉積物。由于熱水鍋爐給水不進(jìn)行脫氧，其腐蝕產(chǎn)物含量可達(dá)2mg/L。上述某些懸浮物、膠體物質(zhì)的析出量可達(dá)每1t水35g，在有油存在時(shí)，其粘附能力強(qiáng)，對(duì)傳熱的影響更大。

1.2大容量熱水鍋爐與低壓采暖鍋爐中水垢的形成

此類鍋爐配置有軟化設(shè)備，有的還配置有除氧設(shè)備。不過據(jù)理解，許多軟化設(shè)備由于管理水平較低，設(shè)備健康狀況較差，出水質(zhì)量低，殘存硬度高。除氧器的使用率低，合格率更低，設(shè)備普遍存在腐蝕問題。

1.2.1水中成垢離子的析出

鍋爐給水中成垢的離子重要是鈣、鎂、亞鐵與銅等陽離子和碳酸根、氫氧根、硫酸根等陰離子。鍋爐水的pH值為10～12，在1.47MPa至2.45MPa間，約有70%的碳酸根轉(zhuǎn)化為氫氧根。

軟化器運(yùn)行正常時(shí)，軟化水中可有3mg/L碳酸鈣，假如軟化器再生度低，樹脂受污染或臨近失效，殘存硬度鹽類將遠(yuǎn)超過此值。軟化器失效未能及時(shí)再生或摻有原水作為給水時(shí)，水的硬度將更大。

大容量的熱水鍋爐和大容量低壓蒸汽鍋爐受熱面的熱負(fù)荷較高，成垢離子在高溫的鍋爐水中可結(jié)合為碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化亞鐵(鐵是硬度成分之一)等沉淀。假如在采暖系統(tǒng)中有銅或銅合金設(shè)備，不進(jìn)行脫氧或氧含量超標(biāo)時(shí)，可產(chǎn)生腐蝕而帶有銅離子。銅離子除可形成氫氧化銅沉淀外，還可對(duì)鋼鐵設(shè)備產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，銅在受熱面管子中析出，同步產(chǎn)生亞鐵離子。亞鐵離子或氫氧化亞鐵在有氧的水中，最終會(huì)氧化為氫氧化鐵，并轉(zhuǎn)化為氧化鐵。

使用硫酸作為再生劑的氫鈉離子互換軟化水中硫酸根離子含量高，有的水硫酸根離子含量自身就高(例如河北省某電廠原水硫酸根離子含量達(dá)300mg/L)，它們進(jìn)入鍋爐后可與殘存的鈣離子結(jié)合為難溶的硫酸鈣，這是由于硫酸鈣在水中的溶解度隨溫度升高而急劇下降。在常溫下硫酸鈣溶解度可達(dá)1000mg/L，在低壓鍋爐的爐水溫度下其溶解度降為10mg/L左右。

1.2.2鍋爐腐蝕過程

大容量熱水鍋爐和低壓采暖鍋爐均也許發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕原因之一是鍋爐給水溶氧往往不合格，存在氧腐蝕；腐蝕原因之二是鍋爐水pH值高，具有較高濃度的氫氧化鈉，并且僅進(jìn)行軟化處理就使水的相對(duì)堿度遠(yuǎn)高于0.2，存在堿腐蝕；原因之三是采暖鍋爐僅采暖季節(jié)運(yùn)行，非采暖季節(jié)難免產(chǎn)生停用腐蝕。

鍋爐運(yùn)行中的氧腐蝕以點(diǎn)蝕為主，輕者是散見的坑點(diǎn)，重者是連成片的坑點(diǎn)，在坑點(diǎn)中及坑點(diǎn)上有腐蝕產(chǎn)物突成丘狀，這是由于腐蝕產(chǎn)物密度局限性鋼鐵的1/2之故。在一般狀況下，腐蝕產(chǎn)物的成分是磁性氧化鐵。

當(dāng)爐水的氫氧化鈉與溶解固形物(TDS)之比超過0.2時(shí)，當(dāng)爐水pH值超過11時(shí)，假如受熱面有垢或其他附著物，在垢下氫氧化鈉局部濃度將增長(zhǎng)1000倍以上，使該處爐水pH值達(dá)14或更高，可對(duì)鋼鐵產(chǎn)生腐蝕溶解，即堿腐蝕。其反應(yīng)如下:

當(dāng)鍋爐鋼鐵表面有氧化膜(保護(hù)膜)時(shí)，它也可被氫氧化鈉溶解，反應(yīng)如下:

腐蝕過程產(chǎn)生的亞鐵酸鈉和鐵酸鈉隨即水解變成腐蝕產(chǎn)物，由于腐蝕產(chǎn)物的密度低于鋼鐵，它除了存在于腐蝕坑中外，還呈貝殼狀突出于腐蝕坑外。腐蝕產(chǎn)物的形成反應(yīng)為:

因此，堿腐蝕的腐蝕產(chǎn)物重要是磁性氧化鐵。在腐蝕過程中還伴伴隨有氫釋放出來。

鍋爐的停用腐蝕是銹蝕，其腐蝕產(chǎn)物是氧化鐵(Fe2O3)，呈鈣紅色。停用腐蝕除了產(chǎn)生均勻的銹蝕影響傳熱外，在鍋爐恢復(fù)供暖運(yùn)行時(shí)高價(jià)的氧化鐵以其相稱高的電極電位，可對(duì)鍋爐鋼鐵產(chǎn)生氧化腐蝕，而增長(zhǎng)腐蝕產(chǎn)物量。電化學(xué)腐蝕過程為

寫成分子式時(shí)，其總反應(yīng)為:

1.3工業(yè)鍋爐水垢的形成

工業(yè)鍋爐的蒸發(fā)量不小于10t/h，多為20～35t/h，有的是65～120t/h出力的中壓鍋爐。它們用于多種目的的加熱或作為動(dòng)力帶動(dòng)壓縮機(jī)與透平。以混合方式加熱的蒸汽鍋爐其蒸汽損失于工藝流程中，鍋爐補(bǔ)充水率達(dá)100%(連同排污可達(dá)蒸發(fā)量的110%以上)。采用表面熱的蒸汽鍋爐，由于凝結(jié)水回收量低，或者凝結(jié)水被污染，回收系統(tǒng)銹蝕而含鐵量高，鍋爐的補(bǔ)充水率也相稱高。

1.3.1水中殘存硬度、硅酸鹽及回收水雜質(zhì)成垢

工業(yè)鍋爐的補(bǔ)水率一般都超過50%，因此水處理工藝及補(bǔ)充水質(zhì)量直接影響鍋爐結(jié)垢傾向。較小容量的工業(yè)鍋爐補(bǔ)充水僅作軟化處理，其殘留硬度較大，是鍋爐結(jié)垢的重要原因。

工業(yè)鍋爐補(bǔ)充水進(jìn)行沉淀處理時(shí)，常用水玻璃(偏硅酸鈉)作為助凝劑，向補(bǔ)充水中引入二氧化硅，是受熱面結(jié)硅垢的重要原因。

工業(yè)鍋爐回水中常具有被加熱工質(zhì)的攜帶或泄漏成分，不管是溶解還是懸浮狀態(tài)，這些成分均有也許在受熱面上成垢?；厮锌値в幸澡F的氧化物為主的設(shè)備系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物，它們隨給水進(jìn)入鍋爐后都會(huì)以垢的形式析出。

1.3.2水渣轉(zhuǎn)化為二次水垢

碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣在受熱面上結(jié)垢時(shí)要通過一系列過程:形成過飽和溶液，微細(xì)的結(jié)晶在過飽和溶液中處在溶解-結(jié)晶平衡的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)晶長(zhǎng)大聚集而失去穩(wěn)定，成垢物質(zhì)在受熱面上粘附并依序使晶粒長(zhǎng)大，結(jié)成硬垢。這樣形成的垢即一次水垢。在采暖鍋爐、工業(yè)鍋爐和多種換熱器中所結(jié)的垢都屬于此類。

為防止2.45MPa及以上參數(shù)的鍋爐結(jié)(一次)水垢，要進(jìn)行鍋內(nèi)防垢處理，最常用的藥劑是投加磷酸三鈉，它可與鈣離子結(jié)合成堿性磷灰石，鎂鹽也可與硅酸鹽(水中自身帶有的)結(jié)合為蛇紋石，它們不粘附在受熱面上，呈絮狀水渣形式，能隨排污排走。其反應(yīng)如下:10CaSO4十6Na3PO4十2NaOH—→Ca10(OH)2(Po4)6↓十10Na2SO43MgSO4十2Na2SiO3+2NaOH—→3MgO·2SiO2·H2O↓十3Na2SO4

假如水渣不能及時(shí)排走，在隨爐水循環(huán)流轉(zhuǎn)的過程中，又會(huì)粘附在受熱面上變成硬垢，即二次水垢。

1.3.3工業(yè)鍋爐中的腐蝕過程

工業(yè)鍋爐同樣也會(huì)由于自身腐蝕而產(chǎn)生以腐蝕產(chǎn)物為主的附著物，尤其當(dāng)產(chǎn)生堿腐蝕時(shí)，所生成的腐蝕產(chǎn)物影響傳熱，使腐蝕部位的金屬溫度局部升高而加重腐蝕，這樣又將產(chǎn)生更多的腐蝕產(chǎn)物。

工業(yè)鍋爐采用化學(xué)除鹽水為補(bǔ)充水時(shí)，多采用兩床三塔式一級(jí)除鹽系統(tǒng)，此系統(tǒng)雖具有較簡(jiǎn)樸經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)處，不過也有酸腐蝕的重大隱患。當(dāng)陰床先于陽床失效而未停止制水時(shí)，除鹽水將呈酸性反應(yīng)，使鍋爐產(chǎn)生酸腐蝕。酸腐蝕的產(chǎn)物也是以亞鐵為主，同步產(chǎn)生氫氣。

工業(yè)鍋爐停用機(jī)會(huì)較采暖鍋爐少，不過也有相稱嚴(yán)重的停用腐蝕。在工業(yè)鍋爐的受熱面管子水流阻滯或出現(xiàn)倒流等水循環(huán)故障時(shí)，鋼鐵可產(chǎn)生水蒸氣腐蝕而形成致密的氧化鐵皮(磁性氧化鐵)，它和水垢同樣起阻礙傳熱作用。

2冷卻水系統(tǒng)中水垢的形成

在工業(yè)用水中冷卻水的比例最大，這是由于在眾多的冷卻介質(zhì)中水最廉價(jià)易得、無毒副作用并且冷卻效率最高。伴隨將水看作寶貴的自然資源，變直流冷卻為循環(huán)冷卻成為最有效的節(jié)水措施。隨之而來的就是循環(huán)冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢問題。

2.1循環(huán)冷卻水的濃縮與碳酸鈣的析出

2.1.1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的濃縮

圖2-3是冷卻塔的工作示意圖。吸取了熱量的水被送人冷卻塔中噴淋降溫，冷卻后的水被送至被冷卻設(shè)備中作為冷卻介質(zhì)。一般通過冷卻塔的播散蒸發(fā)，可使水溫減少5～10C。

在冷卻塔中，水溫的減少重要依托水的蒸發(fā)吸熱。在夏季水的冷卻80%以上是依托蒸發(fā)作用，在冬季約有50%以上是依托蒸發(fā)降溫，另一方面是依托冷空氣及其他原因散熱。對(duì)于火電廠來說，循環(huán)冷卻水在冷卻塔中蒸發(fā)走的部分可達(dá)汽輪機(jī)排汽量的70%，是循環(huán)水流量的1.2%上下，杯蒸發(fā)損失，在圖2-3中為P1。在夏季時(shí)，循環(huán)冷卻水的蒸發(fā)損失可達(dá)循環(huán)水量的1.6%，冬季為0.8%，年平均為1.2%。

冷卻塔的自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)當(dāng)中，被氣流帶走的微小水滴可達(dá)總水量的0.5%。這部分水給環(huán)境導(dǎo)致一定影響。冬季時(shí)它降落地面結(jié)冰影響交通，具有鹽分的水滴連同灰塵粘附在高壓線路上引起閃路事故。在冷卻塔中加收水器，可回收60%～80%的隨氣流帶走的水滴。在圖2-3中隨氣流帶走的部分記作P2，稱風(fēng)吹(含泄漏)損失。加有收水器的冷卻塔中，這部分損失是總水量的0.1%～0.2%。

蒸發(fā)損失P1引起循環(huán)冷卻水的濃縮，風(fēng)吹(與漏泄)損失則克制循環(huán)冷卻水的濃縮。假如以蒸發(fā)損失平均為1.2%，風(fēng)吹損失平均為0.15%計(jì)算，則水在循環(huán)系統(tǒng)中濃縮后，水中總固體濃度可到達(dá)新鮮水(原水)的8倍，亦即濃縮倍率為8。

從節(jié)水的角度考慮，人們但愿循環(huán)水的濃縮倍率盡量高些。不過，受設(shè)備結(jié)垢、腐蝕的限制，必須控制濃縮程度。為此，常采用外排一部分循環(huán)水的措施控制其濃縮程度，在圖2-3中，排污記作P3，P3的量要通過試驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)踐確定。

循環(huán)系統(tǒng)的新鮮水總補(bǔ)充量等于蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失和排污的加和，圖2-3中記作P0，亦即:

P0=P1十P2十P3

通過試驗(yàn)和實(shí)踐，可以確定某一循環(huán)系統(tǒng)在運(yùn)行狀況良好時(shí)循環(huán)水的總固體濃度；用補(bǔ)充水(P0)來維持這個(gè)濃度不變，由此可以計(jì)算出循環(huán)水的濃縮倍率(用R表達(dá))與損失水量、排污水量及補(bǔ)充水量的關(guān)系:

在循環(huán)冷卻水的濃縮過程中，鈉鉀等離子和強(qiáng)酸陰離子隨之按比例發(fā)生濃縮，此時(shí)，有如下關(guān)系

式中R是濃縮倍率，[Na+]1、[K+]1、[Cl-]1、[SO2-4]1分別是循環(huán)水中的鈉離子、鉀離子、氯離子和硫酸根離子的濃度；[Na+]2、[K+]2、[Cl-]2、[SO2-4]2分別是補(bǔ)充水中的鈉離子、鉀離子、氯離子和硫酸根離子的濃度。在補(bǔ)充水硫酸根離子含量超過100mg/L，而濃縮倍率超過5倍時(shí)，硫酸根離子有也許不按比例濃縮，而析出硫酸鈣。

由于鈉離子可迅速地用鈉離子濃度計(jì)(pNa計(jì))檢測(cè)，氯離子也較輕易地用滴定法檢測(cè)，常用這兩種離子之一來反應(yīng)或控制循環(huán)水的濃縮倍率。電導(dǎo)率可相對(duì)地反應(yīng)水中鹽類總量，也可以用來體現(xiàn)循環(huán)水的濃縮程度。

2.1.2碳酸鈣的失穩(wěn)結(jié)垢過程

天然水中碳酸氫鈣的溶解存在是有條件的，這就是水中具有一定量的游離二氧化碳，可與碳酸鈣微細(xì)結(jié)晶建立如下溶解平衡:

假如水中游離二氧化碳足夠多，反應(yīng)正向進(jìn)行，碳酸氫鈣保持穩(wěn)定，水中可不存在碳酸鈣結(jié)晶。反之，假如游離二氧化碳局限性或由于某些原因散失，則碳酸氫鈣發(fā)生分解，水中出現(xiàn)碳酸鈣結(jié)晶。

循環(huán)水在受熱與播散蒸發(fā)中，二氧化碳不可防止地要損失。提高冷卻水的pH值，也使二氧化碳被固定。因此從另首先說，循環(huán)水的pH值升高，尤其是達(dá)8.3以上，也表明游離二氧化碳己被固定，水中有碳酸鈣結(jié)晶存在。

循環(huán)冷卻水的傳熱與散熱過程，就是冷卻水中碳酸氫鹽受熱、二氧化碳析出、水滴播灑與通風(fēng)加速二氧化碳解吸逸散的過程。由此可知，在冷卻水系統(tǒng)中碳酸氫鹽的分解和碳酸鈣的成垢是不可防止的。

實(shí)際上水中碳酸氫鹽的溶解存在條件相稱苛刻。從熱力學(xué)上講，其分解條件是充足的，由于大氣中二氧化碳的分壓僅30Pa，與之平衡存在于水中的二氧化碳僅0.5mg/L，難以使碳酸氫鹽處在熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。雖然不對(duì)天然水加熱和播灑，靜止盛放于容器中，也會(huì)由于水中游離二氧化碳在與大氣中二氧化碳平衡過程中減少，使碳酸氫鹽分解。在溶洞中人們已熟知鐘乳石與石筍是碳酸氫鈣的分解產(chǎn)物。假如登上黃果樹瀑布觀看跌水前的河道，可以發(fā)現(xiàn)河床中全是由碳酸鈣形成的石華，這是自然界中的碳酸氫鹽分解成垢現(xiàn)象，而巖溶作用則是自然界中碳酸鈣被轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽的現(xiàn)象。由此看來，循環(huán)水中含碳酸氫鹽是極易結(jié)垢的。

2.2循環(huán)冷卻水的極限碳酸鹽硬度及其確定

如前所述，在天然水中能成垢的物質(zhì)諸多，如硅酸鹽、氧化鐵、碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣等，由于其溶解度低，均可結(jié)成水垢。不過，實(shí)際化驗(yàn)冷卻系統(tǒng)傳熱表面的水垢成分可知，碳酸鈣的含量可達(dá)90%以上。這是由于二氧化硅和氧化鐵的溶解度雖低于碳酸鈣，不過其含量較少，鎂鹽也少于鈣鹽，并且常溫下硫酸鈣的溶解度遠(yuǎn)不小于碳酸鈣。

由此可知，控制住碳酸鈣成垢過程，是循環(huán)冷卻水防垢處理的重要環(huán)節(jié)。因此，研究碳酸鈣在水中存在的極限是至關(guān)重要的。

由碳酸氫鈣的解離平衡，亦即碳酸的解離和碳酸鈣的濃度積，可推求出其穩(wěn)定存在的條件。不過計(jì)算成果與實(shí)側(cè)相差較大，在實(shí)際應(yīng)用中常通過測(cè)取極限碳酸鹽硬度得到在規(guī)定條件下碳酸鈣在水中存在的極限濃度。

2.2.1影響碳酸鈣在水中存在的條件

大量的試驗(yàn)研究表明，在剛失去二氧化碳的水中，碳酸鈣雖已達(dá)過飽和狀態(tài)，不過并非立即成垢，而是處在亞穩(wěn)定的過飽和狀態(tài)。當(dāng)過飽和狀態(tài)加深到一定程度時(shí)，碳酸鈣失去穩(wěn)定而大量析出成垢。處在亞穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的碳酸鹽硬度就是極限碳酸鹽硬度。

不一樣的水其極限碳酸鹽硬度不一樣。向水中加入某些藥劑可提高水的極限碳酸鹽硬度，投加磷酸鹽尤為明顯。一般高效水質(zhì)穩(wěn)定劑都可大幅度提高水的極限碳酸鹽硬度。

循環(huán)水的補(bǔ)充水碳酸鹽硬度與循環(huán)水極限碳酸鹽硬度決定了循環(huán)水的最大濃縮倍率Rmax，亦即

由此可知，循環(huán)水的極限碳酸鹽硬度是循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢的重要指標(biāo)，使循環(huán)水的碳酸鹽硬度低于此極限值就能到達(dá)基本不結(jié)垢，長(zhǎng)期到達(dá)極限值，甚至超過此值，必然會(huì)結(jié)垢。

影響極限碳酸鹽硬度的水質(zhì)條件是:水的硬度、堿度、永久硬度、pH值，它們的數(shù)值越高，極限碳酸鹽硬度值越低。提高水中游離二氧化碳含量會(huì)使極限硬度增大，不過循環(huán)冷卻水中基本不含游離二氧化碳。水中懸浮物和有機(jī)物對(duì)其有一定影響，懸浮物可成為碳酸鈣的結(jié)晶關(guān)鍵，有機(jī)物則有一定的阻滯作用。影響極限碳酸鹽硬度的環(huán)境條件重要是水的溫度，水溫升高加劇了分子的熱運(yùn)動(dòng)，增大了碳酸鈣結(jié)晶接觸增長(zhǎng)成垢的機(jī)會(huì)。

2.2.2通過模擬濃縮試驗(yàn)確定極限碳酸鹽硬度

循環(huán)冷卻水的極限碳酸鹽硬度因水質(zhì)及運(yùn)行條件而異，為了較精確地得到某一冷卻系統(tǒng)的極限碳酸鹽硬度，一般是用該系統(tǒng)的補(bǔ)充水(原水)仿照系統(tǒng)的水溫、水量、濃縮倍率、換熱狀況(換熱器進(jìn)出口水溫)及水的冷卻狀況(淋灑前后水溫)建立模擬裝置，使水在系統(tǒng)中循環(huán)流轉(zhuǎn)并濃縮。

模擬裝置如圖2-4所示，試驗(yàn)用水量不少于30L，貯于高位水箱1中，按照系統(tǒng)的濃縮倍率與流速使其流過換熱器2。換熱器用帶有控溫器3的加熱裝置4調(diào)整至規(guī)定溫度，受熱的水淋灑并蒸發(fā)冷卻后由泵5送回高位水箱。

在試驗(yàn)水樣的循環(huán)濃縮過程中，定期采樣化驗(yàn)堿度、硬度、氯離子(或電導(dǎo)率)、pH值，可得到如圖2-5的一組曲線。

對(duì)于pH值為7.5左右、堿度≤2mmol/L、硬度≤1.5mmol/l的水樣來說濃縮特性曲線如圖2-5，亦即在水的濃縮過程中堿度、硬度、氯離子和pH值都會(huì)隨水的濃度按比例有所升高。一般的天然水在堿度超過2.5mmol/L、硬度超過2mmol/L時(shí)，堿度和硬度停止增長(zhǎng)，或增長(zhǎng)速度低于水的濃縮比例，或者出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，而氯離子(或電導(dǎo)率)會(huì)隨水的濃縮而不停增長(zhǎng)。水的pH值超過8.0后來會(huì)迅速升高。由氯離子算得的濃縮倍率Rcl-和由堿度算得的濃縮倍率RA之比先是為1，隨即該比值將增大。這些曲線的拐點(diǎn)處的硬度值即該循環(huán)冷卻水的極限碳酸鹽硬度，由此也可得到循環(huán)水的最大濃縮倍率Rmax。

2.2.3通過模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)水質(zhì)穩(wěn)定處理效果

采用上述濃縮試驗(yàn)措施，可以較客觀、較精確地判斷不一樣的阻垢防垢處理措施的效果，可以確定阻垢分散劑的最佳配比與用量，以及多種處理措施所能到達(dá)的濃縮倍率。

對(duì)于同一系統(tǒng)和同一水樣來說，哪種防垢處理措施所能到達(dá)的極限碳酸鹽硬度最高，亦即其濃縮倍率最高，排污率最低，最為節(jié)水，一般也就是最經(jīng)濟(jì)或較經(jīng)濟(jì)的措施。

盡管模擬試驗(yàn)中的監(jiān)控試驗(yàn)均屬常規(guī)水質(zhì)分析措施，易于掌握，不過假如有些基本要領(lǐng)未能掌握，可導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)誤差，得到錯(cuò)誤的結(jié)論。其中最重要的就是用于測(cè)試堿度、硬度、pH值的水樣必須通過致密濾紙過濾，以免水中懸浮存在的碳酸鈣結(jié)晶對(duì)測(cè)試構(gòu)成干擾。

70年代初中期，筆者所在單位承接了對(duì)渤海某處海水進(jìn)行濃縮極限測(cè)取的任務(wù)，為此建立了與該地水域狀況相仿、水量比例相仿、氣溫、風(fēng)速(為炎夏季節(jié))蒸發(fā)強(qiáng)度相近的模擬試驗(yàn)，得到的成果是該海水濃縮108%時(shí)不結(jié)垢，108%～112%間為基本不結(jié)垢的亞穩(wěn)定狀態(tài)。超過114%將明顯結(jié)垢。實(shí)際設(shè)計(jì)中采用了最高為108%的濃縮倍率，建立了2×320MW水工設(shè)施和取水方式。

隨即另一單位反復(fù)了這個(gè)試驗(yàn)，不過在測(cè)量堿度、硬度時(shí)未對(duì)水樣進(jìn)行過濾。測(cè)量堿度時(shí)碳酸鈣微晶消耗酸而使堿度測(cè)定值偏高，由堿度決定的濃縮倍率竟達(dá)130%～160%。在炎夏季節(jié)采用114%～130%的濃縮倍率試運(yùn)轉(zhuǎn)74天后，凝汽器管結(jié)垢0.5mm而影響機(jī)組效率。在酸洗除垢后，根據(jù)酸量的消耗，算得碳酸鈣總量達(dá)3t。事后記錄了這74天的平均濃縮倍率為118%，僅有一天到達(dá)132%。此例表明，水質(zhì)測(cè)試的系統(tǒng)誤差，可給濃縮試驗(yàn)成果導(dǎo)致嚴(yán)重歪曲。

確定濃縮試驗(yàn)終點(diǎn)及循環(huán)水極限碳酸鹽硬度的要點(diǎn)是:(1)經(jīng)定量濾紙過濾后的堿度值不增長(zhǎng)或甚至有所減少，硬度增長(zhǎng)緩慢或不增長(zhǎng)；(2)由氯根算得的濃縮倍率與由堿度算得的濃縮倍率之比不再為1，而是升高5%～10%；(3)出現(xiàn)酚酞堿度和pH值升高到8.3～8.4；(4)經(jīng)定量濾紙過濾的水樣堿度比未過濾試樣低0.05mmol/L以上。上述幾點(diǎn)是同步出現(xiàn)的，只要有其中之一就可鑒定為到達(dá)極限濃度，該濃縮倍率是某穩(wěn)定處理措施所能到達(dá)的濃縮倍率。

2.3循環(huán)冷卻水結(jié)垢傾向的判斷

2.3.1用極限碳酸鹽硬度確定結(jié)垢傾向

循環(huán)冷卻水的極限碳酸鹽硬度是在該系統(tǒng)、該水質(zhì)、該運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及該水處理措施條件下的堿性硬度(臨時(shí)硬度)極限值。通過試驗(yàn)確定之后，規(guī)定該值的90%～95%為水質(zhì)控制原則，只要控制在此值之下，則不會(huì)結(jié)垢。相反地，在循環(huán)冷卻水的監(jiān)控化驗(yàn)中，假如發(fā)現(xiàn)已達(dá)此值則表明有結(jié)垢傾向。

由于堿度化驗(yàn)快捷精確，常用堿度值規(guī)定控制原則。例如某電廠原水堿度為2mmol/L，用高效水穩(wěn)劑進(jìn)行防垢處理，經(jīng)試驗(yàn)確定極限碳酸鹽硬度為9mmol/L，，規(guī)定循環(huán)水堿度的最高值為8mmol/L，濃縮倍率≤4倍，則可保證基本不結(jié)垢。

進(jìn)行循環(huán)水的模擬濃縮試驗(yàn)雖可較精確地得到極限碳酸鹽硬度，不過費(fèi)時(shí)、費(fèi)工較多。在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到如下一組經(jīng)驗(yàn)公式，可以大體確定循環(huán)冷卻水的極限碳酸鹽硬度。

式中H1～H4——不一樣水質(zhì)條件下的極限碳酸鹽硬度，mmol/L；

H永——循環(huán)水的永久硬度值，mmol/L。

式中H1是不進(jìn)行處理的原水或用硫酸中和處理的循環(huán)水的極限硬度，石灰處理后再加硫酸中和的水也可以用此式計(jì)算；H2是用聚磷酸鹽作水質(zhì)穩(wěn)定劑的循環(huán)水的極限硬度；H3是單獨(dú)使用有機(jī)阻垢劑或分散劑的循環(huán)水的極限硬度；H4是用復(fù)配的水穩(wěn)劑循環(huán)水的極限硬度。除藥劑處理外，非藥劑的電場(chǎng)防垢措施是對(duì)所有循環(huán)水進(jìn)行電場(chǎng)處理，在其有效作用期間內(nèi)，可使極限碳酸鹽硬度達(dá)8.5mmol/L。

2.3.2用飽和指數(shù)與平衡指數(shù)確定結(jié)垢傾向

循環(huán)水的飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)是由碳酸鈣的溶解平衡得到的。前者是在碳酸鈣飽和溶解度下得到的，由蘭格里(Langelier)提出；后者進(jìn)而考慮到碳酸鈣的溶解條件，由雷茲納(Ryznar)提出，兩式的數(shù)學(xué)形式如下。

蘭格里飽和指數(shù)I飽=pH—pHs

雷茲納穩(wěn)定指數(shù)I穩(wěn)=2pHs—pH其中pH為循環(huán)水的實(shí)測(cè)pH值，pHs為水中碳酸鈣達(dá)平衡(飽和)時(shí)的pH值，

式中pK2——碳酸二級(jí)解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)；

pKs——碳酸鈣溶度積的負(fù)對(duì)數(shù)；

——鈣離子濃度(mol/L)的負(fù)對(duì)數(shù)；

——碳酸氫根濃度(mol/L)的負(fù)對(duì)數(shù)。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)采用簡(jiǎn)化式求得pHs，其式為

式中A、B、C、D可由表2-9查到。A項(xiàng)表達(dá)水的離子強(qiáng)度(含鹽量)的影響，B項(xiàng)是水溫影響，C、D項(xiàng)分別與水中鈣離子(鈣硬度)及堿度有關(guān)。其中A項(xiàng)影響較小。

使用蘭格里(飽和)指數(shù)I飽判斷循環(huán)水時(shí)，期望值為0±0.3，此時(shí)循環(huán)水能保持穩(wěn)定。假如此值為正，亦即pH>pHs0.3以上，則表達(dá)水呈結(jié)垢性；假如此值為負(fù)，pH<pHs0.3以上，表達(dá)此水呈侵蝕性，有溶解構(gòu)筑物中碳酸鈣的傾向。

使用雷茲納(穩(wěn)定)指數(shù)I穩(wěn)判斷循環(huán)水時(shí)，其期望值是6附近，在6～6.5范圍內(nèi)不會(huì)有結(jié)垢現(xiàn)象。假如此值為4～6，則呈明顯結(jié)垢傾向，低于4則嚴(yán)重結(jié)垢；假如此值為6.5～7.5，則有侵蝕性，超過7.5呈嚴(yán)重侵蝕傾向。

第3節(jié)防結(jié)垢

小容量鍋爐結(jié)垢、防垢與除垢的斗爭(zhēng)已歷200余年，它推進(jìn)了水化學(xué)的發(fā)展，形成了水質(zhì)分析、水質(zhì)處理及化學(xué)清洗等系列的學(xué)科。近代大容量鍋爐的出現(xiàn)及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的防垢、防污塞處理，使水處理技術(shù)日臻完善。

由于中低壓鍋爐的水處理、電站鍋爐的水處理及循環(huán)冷卻水處理均有專著(可參看本書后所列的參照文獻(xiàn))，本節(jié)僅重點(diǎn)簡(jiǎn)介多種防結(jié)垢技術(shù)，而不作展開、深入的論述。

1鍋爐結(jié)垢的危害及防垢技術(shù)

鍋爐結(jié)垢影響傳熱，既增長(zhǎng)燃料消耗，又使受熱面管子溫度升高，還可引起腐蝕。進(jìn)行爐外水處理或鍋內(nèi)處理可控制水垢的增長(zhǎng)速度。熱水鍋爐可使用非藥劑的物理防垢技術(shù)。

1.1鍋爐結(jié)水垢的危害及防垢的效益

1.1.1結(jié)水垢對(duì)傳熱的影響

水垢的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼鐵的1/20～1/200，當(dāng)鍋爐受熱面管子結(jié)水垢后，鍋爐效率將明顯下降。鍋爐均勻結(jié)水垢1mm，可使其效率下降5%，且增長(zhǎng)了燃料消耗。

自70年代后期起，我國(guó)下力量抓了采暖鍋爐和工業(yè)鍋爐的防垢水處理，使低壓小容量鍋爐水垢平均厚度由本來2mm以上，降到0.5mm如下，每年全國(guó)節(jié)煤量達(dá)1000萬噸。

結(jié)垢還使受熱面管子與鍋爐水沒有良好的接觸，使金屬溫度急劇升高。以中壓鍋爐為例，清潔無垢的水冷壁管平均溫度僅比鍋爐水溫度高25C左右；每結(jié)1mm水垢，水冷壁管的鋼鐵溫度上升65C左右；假如水垢厚度為3.5mm，則將超過碳鋼的容許使用溫度，使其以5×10-7mm/(mm·h)的速度蠕脹；水垢超過4mm厚，能在六個(gè)月內(nèi)引起水冷壁管過熱爆破，其蠕脹速度可超過35×10-7mm/(mm·h)。

某發(fā)電廠由于水質(zhì)不良，鍋爐頻繁發(fā)生結(jié)水垢過熱爆破，據(jù)記錄4臺(tái)鍋爐合計(jì)爆管16次，少發(fā)電的產(chǎn)值損失近1000萬元。該廠抓了防結(jié)垢處理，使給水硬度合格，對(duì)有結(jié)垢的鍋爐分別進(jìn)行了浸泡清洗或循環(huán)清洗，更換了因結(jié)水垢而超溫蠕伸變形達(dá)3.5%的水冷壁管。通過一系列的治理，一年后不再發(fā)生結(jié)垢引起的水冷壁管超溫。和過去數(shù)年的頻發(fā)故障狀況相比，僅不因爆管停爐影響發(fā)電一項(xiàng)，每年的效益靠近300萬元。

1.1.2結(jié)水垢對(duì)鍋爐腐蝕的影響

蒸發(fā)受熱面清潔無垢的管子不輕易產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)結(jié)有水垢時(shí)，某些離子在水垢下爐水局部濃縮可達(dá)正常爐水濃度的上萬倍。假如爐水的pH值為10，當(dāng)爐水有游離氫氧化鈉時(shí)，局部濃縮的成果可使垢下濃縮液的pH值達(dá)14，在爐水的飽和溫度下，受熱面管子將產(chǎn)生強(qiáng)烈的堿腐蝕。假如爐水pH值為8，當(dāng)有游離酸進(jìn)入時(shí)，可使垢下的爐水濃縮液pH值低達(dá)4左右，發(fā)生酸腐蝕。因此，假如受熱面管子結(jié)水垢，當(dāng)水質(zhì)偏離規(guī)范時(shí)，鍋爐可產(chǎn)生堿腐蝕或酸腐蝕。

檢查鍋爐產(chǎn)生的堿腐蝕時(shí)，假如發(fā)既有一根水冷壁管腐蝕穿孔，應(yīng)當(dāng)考慮到還會(huì)有20%以上的水冷壁管同樣具有堿腐蝕，存在腐蝕坑，僅僅是尚未到穿透的程度而已。酸腐蝕則更為危險(xiǎn)，首先是水冷壁管往往以脆性爆破的形式失效，亦即在管壁尚未減薄到穿透的程度時(shí)，已經(jīng)發(fā)生爆破。水冷壁管腐蝕穿透，不會(huì)使鍋爐立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可以有一定期間啟動(dòng)備用鍋爐替代；不過當(dāng)鍋爐水冷壁管脆爆時(shí)，必然引起緊急停爐，亦即故障停爐。酸腐蝕的另一危險(xiǎn)是其損壞量遠(yuǎn)超過堿腐蝕的比例，有腐蝕的水冷壁管一般超過總量的50%。有的甚至換管數(shù)達(dá)總管數(shù)的60%～80%。

防止鍋爐結(jié)水垢可以防止發(fā)生爆破或穿孔，對(duì)于發(fā)電鍋爐來說，少發(fā)生一次爆管或穿孔停爐，直接的經(jīng)濟(jì)效益超過100萬元。

1.2熱水鍋爐及采暖熱互換器的防垢技術(shù)

熱水鍋爐的介質(zhì)參數(shù)較低，受熱面的熱負(fù)荷較低，水在鍋爐系統(tǒng)中基本不濃縮；采暖系統(tǒng)中的各級(jí)熱互換器的介質(zhì)參數(shù)更低，傳熱表面的熱負(fù)荷也低，水不發(fā)生濃縮。不過由于多使用未經(jīng)處理的水作為補(bǔ)充水，其結(jié)垢問題非常嚴(yán)重，尤其是通流間隙小的板式換熱器，結(jié)垢更為嚴(yán)重，往往在一種采暖期內(nèi)就因結(jié)垢堵塞而無法使用。有的板式換熱器使用一種多月就要清洗一次。此類設(shè)備數(shù)量巨大，是防垢工作的重要對(duì)象之一。

1.2.1電場(chǎng)、磁場(chǎng)防垢

熱水鍋爐和采暖用熱互換器在長(zhǎng)江以北的大中都市使用甚廣，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的南方都市和居民區(qū)使用也漸多。伴隨人民生活水平提高，住宅建設(shè)工程的啟動(dòng)和物業(yè)管理的完善，此類設(shè)備將大量增長(zhǎng)，其防垢研究與實(shí)行將有很大的技術(shù)市場(chǎng)與經(jīng)營(yíng)對(duì)象。

由于采暖用熱水鍋爐與熱互換器參數(shù)低、熱負(fù)荷低，并且水的濃縮程度低，最適于采用非藥劑的電場(chǎng)或磁場(chǎng)處理。電場(chǎng)處理由于不存在像磁場(chǎng)處理長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中鐵磁顆粒物對(duì)磁場(chǎng)影響問題，更為合適。該法投資不大，運(yùn)行費(fèi)用低廉優(yōu)勢(shì)大。

該非藥劑防垢措施將在第3章詳細(xì)簡(jiǎn)介。

1.2.2阻垢劑與分散劑處理

阻垢劑與分散劑復(fù)配成的水質(zhì)穩(wěn)定處理劑對(duì)熱水鍋爐和采暖系統(tǒng)也有良好防垢效果。

由于熱水鍋爐和小型熱力網(wǎng)，如物業(yè)管理的小區(qū)采暖中總用水量較少，該法的運(yùn)行費(fèi)用不算很大。假如是10萬m2及以上的熱力網(wǎng)，則應(yīng)考慮水質(zhì)穩(wěn)定處理的運(yùn)行費(fèi)用。

比較有效的水質(zhì)穩(wěn)定劑是由聚膦酸(鹽)與聚羧酸鹽復(fù)配成的復(fù)合藥劑，經(jīng)典的配方是用次氨基三亞甲基膦酸與聚丙烯酸以1:1復(fù)配而成，用堿調(diào)pH值到規(guī)定的水質(zhì)原則。也可用它們的鈉鹽進(jìn)行復(fù)配。

我國(guó)自80年代初抓節(jié)能與采暖鍋爐水處理，在此階段涌現(xiàn)了許多水處理服務(wù)部(站、處)，各有自己復(fù)配的阻垢藥劑，通過在實(shí)際使用中的調(diào)整，防垢、阻垢效果不停提高，目前總阻垢率可達(dá)80%以上，能保證鍋爐受熱面和熱互換器傳熱表面的垢厚不超過0.5mm。除有機(jī)磷之類阻垢劑之外，也有使用聚磷酸鹽和偏磷酸鹽為阻垢劑的，它們適于水溫度較低的鍋爐和熱網(wǎng)。

1.3蒸汽鍋爐的防垢處理

1.3.1小容量蒸汽鍋爐的防垢處理技術(shù)

低壓小容量蒸汽鍋爐是指2t/h及如下蒸發(fā)量、1.27MPa、尤其是0.78MPa的鍋爐。此類鍋爐多不進(jìn)行爐外水處理，依托鍋內(nèi)處理防垢。

150年此前，為了防止鍋爐結(jié)垢，已采用石灰乳為沉淀劑減少大部分臨時(shí)硬度。而將石灰與蘇打(碳酸鈉)聯(lián)合使用減少水中大部分永久硬度與臨時(shí)硬度已經(jīng)有1歷史了。

對(duì)于低壓小容量采暖鍋爐、生活鍋爐和工業(yè)鍋爐進(jìn)行鍋內(nèi)沉淀處理已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)以上的歷史，在長(zhǎng)期實(shí)踐中，形成的“三鈉一酸”復(fù)配劑被認(rèn)為有良好的防垢、防腐蝕作用。其重要組分是碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉和丹寧酸。其中磷酸鈉含磷酸三鈉和磷酸氫二鈉，丹寧也常寫作單寧，又稱栲膠，重要取自栲樹。我國(guó)東北的橡碗與海南的紅樹富含丹寧，是制取丹寧酸(又稱鞣酸)的重要原料。

近來腐植酸鈉應(yīng)用較多，它有取代氫氧化鈉與磷酸三鈉的作用。它用泥煤制取，來源豐富，價(jià)格低廉，無毒害作用。

有些水處理服務(wù)部有自己復(fù)配的多種系統(tǒng)的小容量蒸汽鍋爐阻垢劑和防腐蝕劑，除了上述藥劑外，也常使用聚磷酸鹽、有機(jī)磷和聚羧酸鹽，其防垢效果很好，但處理費(fèi)用也較高。

1.3.2大容量采暖鍋爐與工業(yè)用蒸汽鍋爐的防垢技術(shù)

此類鍋爐使用爐外水處理設(shè)備對(duì)水進(jìn)行軟化處理，有的還進(jìn)行脫堿處理甚至脫鹽處理。不過由于鍋爐參數(shù)提高、受熱面的熱負(fù)荷提高、水的濃縮程度提高以及水汽混合物中蒸汽的比率提高(循環(huán)倍率減小)，鍋爐對(duì)結(jié)垢的敏感性增強(qiáng)，因此，除了進(jìn)行爐外水處理外，還要進(jìn)行鍋內(nèi)藥劑防垢處理。

中壓鍋爐的防垢藥劑重要是磷酸三鈉。用加藥泵注入磷酸三鈉溶液，使鍋爐水中過剩的磷酸根含量為5～15mg/L，并且保持足夠的底部排污將所生成的水渣及時(shí)排出鍋爐外部，可以保持受熱面管子的積垢率不超過80g/(m2·a)。

1.3.3發(fā)電鍋爐的防垢處理

伴隨我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，大容量電網(wǎng)中的發(fā)電鍋爐均為高參數(shù)鍋爐，10MPa和15MPa壓力的鍋爐所用的鍋內(nèi)處理藥劑是磷酸三鈉和磷酸氫二鈉，磷酸根離子的過剩量合適減少到2～8mg/L(10MPa鍋爐上限可放寬到10mg/L)。運(yùn)用酸性磷酸鹽可以控制鍋爐水的pH值，此時(shí)鍋爐水是磷酸三鈉與磷酸氫二鈉的緩沖溶液，而不存在氫氧化鈉。

自70年代后期起，鍋爐酸腐蝕問題越來越受人重視，用氫氧化鈉和磷酸三鈉進(jìn)行鈍化、防腐蝕的處理措施逐漸取代用磷酸三鈉和磷酸氫二鈉的所謂協(xié)調(diào)磷酸鹽處理。有的國(guó)家已規(guī)定13MPa及以上鍋爐優(yōu)先采用氫氧化鈉與磷酸三鈉聯(lián)合處理，保持爐水pH值不低于9.0，到達(dá)防垢防腐蝕的目的。

壓力為18MPa的亞臨界參數(shù)鍋爐也可采用氫氧化鈉與磷酸三鈉聯(lián)合處理，不過鍋爐水磷酸根含量要減少到0.5～3mg/L，并且保持爐水pH值為9～10。

由于高參數(shù)鍋爐對(duì)腐蝕的敏感性強(qiáng)，受熱面管子里的附著物中腐蝕產(chǎn)物占有相稱大的比例。因此，抓好鍋爐的防腐蝕是防止結(jié)垢(此處“垢”是指附著物或腐蝕產(chǎn)物)的關(guān)鍵。

高參數(shù)鍋爐都配置熱力除氧器，并且發(fā)電鍋爐的補(bǔ)充水先補(bǔ)充到凝汽器中，運(yùn)用凝汽器的高度真空進(jìn)行預(yù)脫氧。雖然如此，通過熱力除氧后的給水中，仍有一定量殘存的氧，它仍可引起高壓給水管道、省煤器甚至蒸發(fā)受熱面管子的腐蝕。因此，常向給水中投加聯(lián)氨進(jìn)行輔助除氧，也稱化學(xué)除氧。由于聯(lián)氨有一定毒性和污染，國(guó)外使用硫酰肼、甲乙基酮肟(MECO或稱米柯)替代聯(lián)氨，國(guó)內(nèi)也有用二甲基酮肟(或稱丙酮肟DMCO)或異抗壞血酸作為聯(lián)氨的代用品。

提高給水的pH值，可以防止水汽系統(tǒng)二氧化碳腐蝕，有效地防止向鍋爐中輸送鐵、銅等腐蝕產(chǎn)物，國(guó)外常用氨(液氨或氨水)、環(huán)己胺，使給水pH值為9士0.3。我國(guó)以氨為主，不過也有使用環(huán)己胺作為中和劑提高給水pH值的。

2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的防垢技術(shù)

2.1工業(yè)循環(huán)冷卻水概況

在生產(chǎn)與生活中到處用到冷卻水。火電廠與核電廠用冷卻水冷凝做過功的蒸汽，使之成為冷凝水再送回鍋爐以減少鍋爐補(bǔ)充所需的純凈水用量；在化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)中冷卻水用于對(duì)工藝的調(diào)控和介質(zhì)、產(chǎn)品的冷凝、冷卻降溫；在冶煉廠、煉焦廠和水泥廠冷卻水用于對(duì)窯爐的保護(hù)；在使用壓縮機(jī)械、鼓風(fēng)機(jī)械、各類大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械時(shí)要進(jìn)行水冷；大型變壓器、熱處理爐和其他發(fā)熱設(shè)備也用水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。從工礦企業(yè)、機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、商場(chǎng)、賓館到家庭中廣泛使用的制冷設(shè)備和空調(diào)裝置也用水作冷卻介質(zhì)。

2.1.1火電廠使用的循環(huán)冷卻水

在火電廠中冷卻水用于對(duì)汽輪機(jī)排汽的冷卻和冷凝、發(fā)電的冷卻用風(fēng)或(和)冷卻用水的冷卻、潤(rùn)滑油和絕緣油的冷卻、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸瓦的冷卻以及中央空調(diào)設(shè)備的冷卻。

汽輪機(jī)排汽在凝汽器(或稱冷凝器)中冷凝，它的用水量最大。在直流冷卻時(shí)可占火電廠總用水量的95%，在循環(huán)冷卻時(shí)可占火電廠總用水量的70%以上，這部分水消耗于蒸發(fā)降溫、難以防止的損失和必要的排污，因此也形成一定的耗水量。

發(fā)電機(jī)的冷卻方式有風(fēng)冷、氫冷和水冷之分。小型發(fā)電機(jī)用空氣冷卻，空氣先經(jīng)水冷降溫。50MW以上機(jī)組使用氫氣作冷卻介質(zhì)以提高冷卻效率，這是由于氫氣的熱傳導(dǎo)能力遠(yuǎn)高于空氣。這種發(fā)電機(jī)多是轉(zhuǎn)子用氫氣冷卻，定子的空心導(dǎo)線則用純凈水冷卻，稱水-氫-氫冷卻系統(tǒng)。有一部分發(fā)電機(jī)采用轉(zhuǎn)子與定子均為高純水冷卻，稱雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)。上述冷卻介質(zhì)也要進(jìn)行再冷卻。

汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的軸承軸瓦用油潤(rùn)滑與冷卻，潤(rùn)滑油再經(jīng)冷油器冷卻。大型變壓器用冷油器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以提高冷卻效率。大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械如大容量水泵、風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)等均需要軸承冷卻用水，稱過瓦水。相比之下空調(diào)冷卻用水則是上述冷卻水量中最小的。

對(duì)電力工業(yè)用水與耗水進(jìn)行的研究列為“六五”期間國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目的子課題，其中研究了火電廠水平衡，查明了各項(xiàng)用水、耗水狀況，提出了針對(duì)性的節(jié)水對(duì)策。實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)研究所提出的節(jié)水措施，可使大機(jī)組的耗水為1m3/(GW·s)。

對(duì)火力發(fā)電廠用水、用水量規(guī)定的定額列于表2-10。

我國(guó)東北、華北、西北地區(qū)采用直流冷卻時(shí)，冷卻倍率為50～60倍，不過目前已很難滿足這樣大的用水量，因此，多為循環(huán)水冷卻方式。黃河以南、長(zhǎng)江以北的冷卻倍率為60～70倍，長(zhǎng)江以南為65～75倍。

2.1.2其他行業(yè)使用的循環(huán)冷卻水

除了電力工業(yè)外，其他行業(yè)中冷卻水用量也占其工業(yè)用水的最大份額。例如化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)和石油化工等行業(yè)的冷卻水所占比例均相稱高。

我國(guó)某省不含電力工業(yè)的10類企業(yè)冷卻水用量占該工業(yè)總用水量平均為51.7%，其中化學(xué)工業(yè)為74.5%，冶金工業(yè)為75.6%，石油化工達(dá)80.2%。某缺水省的電力工業(yè)以外8個(gè)行業(yè)工業(yè)用水中，冷卻水比例平均為47.6%。其中化學(xué)工業(yè)為86.7%，冶金工業(yè)為85.1%，食品、建材和機(jī)械行業(yè)的冷卻水用量均超過總用水量為50%。

北京市電力工業(yè)(含供熱)的新鮮水取用量占全市56.8%。因此