8第八章锅炉水处理原理与设备

第八章锅炉水处理原理与设备第一节水中的杂质和水质指标一、水中的杂质按其颗粒大小的不同可分成三类：1、悬浮物水流动时呈悬浮状态存在，但不溶于水的颗粒物质；其颗粒直径在10-4mm以上；通过滤纸可以被分离出来；主要是砂子，粘土以及动植物的腐败物质。2、胶体颗粒直径在10-6-10-4mm之间的微粒；许多分子和离子的集合体；通过混凝作用分离出来；天然水中的有机胶体多半是由动植物腐烂和分解后生生成的腐植质，同时还带有一部分矿物胶质体，主要是铁、铝和硅等的化合物。3、溶解物质主要是钙、镁、钾、钠等盐类和一些溶解气体；盐类大都是以离子状态存在，其颗粒小于10-6mm。离子是由于水溶解了某些矿物质而带入的；溶解气体主要有氧气和二氧化碳。二、水中杂质的危害1、溶解盐类会析出或浓缩沉淀出来：一部分形成锅水中的悬游杂质——水渣，另一部分附着受热面的内壁上——水垢。2、溶解气体对锅炉的受热面产生化学腐蚀。锅炉水处理的主要任务：降低水中钙、镁盐类的含量（俗称软化），防止锅内结垢现象，减少水中的溶解气体（俗称除氧），以减轻对受热面的腐蚀。锅外水处理锅内水处理三、水质指标1、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。它的含量是以1L水中所含固形物的mg数来表示，即（mg/L)。2、溶解固形物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，单位为mg/L。通常用溶解固形物作为含盐量的近似值。3．硬度把水中钙（Ca2+)、镁（Mg2+）离子的总含量称为总硬度（H)，单位：mmol/L。溶解于水中的重碳酸钙Ca(HCO3)2、重碳酸镁Mg(HC03)2和钙、镁的碳酸盐称为碳酸盐硬度（HT)，又称为暂时硬度。水的总硬度和碳酸盐硬度之差就是非碳酸盐硬度（HFT)，又叫永久硬度。H=HT+HFT4、碱度（A)指水中含有能接受氢离子的物质的量。主要由HCO3-和CO32-的盐类组成。碱度的单位用mmol/L表示。水中所含的各种硬度和碱度，它们之间有内在的联系和制约。5、相对碱度指锅水中氢氧根碱度折算成NaOH的含量和溶解固形物含量之比值。相对碱度是为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标，我国规定必须小于0.2。6、pH值表示水的酸碱性指标。天然水的pH值一般在6-8.5范围内。呈酸性的水会对金属有腐蚀性，因此锅炉给水都要求pH＞7，而锅水的pH值通常控制在10-12。7、溶解氧水温愈高，则气体溶解度愈小。对压力较高、容量较大的锅炉，给水必须除去溶解氧。含氧量的单位是mg/L。8、磷酸根为消除锅炉给水带入汽锅的残留硬度，或为了防止汽锅内壁腐蚀，向锅内加入一定量的磷酸盐。9、亚硫酸根给水中的溶解氧可用化学方法去除，常用的化学药剂为亚硫酸钠。10、含油量天然水一般不含油，可是蒸汽的凝结水或给水在使用过程中有可能混入油类。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。四、水质标准见教材表10-2、10-3、10-4。见相关锅炉手册。第二节钠离子交换软化通常采用阳离子交换法。阳离子型离子交换剂由阳离子和负荷阴离子根（R）组成过去：钠氟石、磺化煤（交换容量小、化学稳定性差、机械强度不好、易碎）现在：合成离子交换树脂（强酸性苯乙烯系和丙烯酸系，交换能力大、机械强度和工作稳定性好）常用的阳离子交换水处理有钠离子、氢离子和铵离子交换等。第二节钠离子交换软化一、钠离子交换软化原理3223NaHCO2CaR)HCO(CaNaR24224SONaMgRMgSONaR23223NaHCO2MgR)HCO(MgNaR24224SONaCaRCaSONaR2NaCl2MgRMgClNaR222NaCl2CaRCaClNaR222第二节钠离子交换软化一、钠离子交换软化原理（1）经钠离子交换后，水中的钙镁盐类都变成钠盐（2）水中的重碳酸盐碱度均转变为钠盐碱度，钠离子交换只能软化水，不能除碱（3）由于钠离子当量值比钙镁离子大，交换后含盐量有所增加失效后钠离子交换剂使用浓度为5-8%的NaCl溶液进行还原（再生）二、固定床钠离子交换设备及其运行运行中离子交换剂层是固定不动的，通常使原水由上而下不断地通过交换剂层。按再生运行方式分为：顺流再生：交换运行时水流方向和再生时还原液流动方向一致。逆流再生：交换运行时水流方向和再生时还原液流动方向不一致。（一）顺流再生都是由上向下流动。1、钠离子交换器构造2、钠离子交换器的运行1）软化：原水进入交换器内分配漏斗，自上而下均匀地流过交换剂层，软水由底部集水装置汇集，送往软化水箱。2）反洗：目的是松动软化时被压实了的交换剂层，同时带走交换剂表层的污物和杂质。具有一定压力的反洗水自下而上通过交换剂层，从顶部排出。3）还原（再生）：目的使失效的交换剂恢复交换能力。盐液由顶部多个辐射型喷嘴喷出，流过失效的交换剂，废盐液经底部集水装置汇集排出。下面的交换剂，再生程度差，增大了盐液的耗量。4）正洗：目的是清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。正洗水由交换器上进下出。通常将含有盐分的正洗水送入反洗水箱存起来，供下次反洗时使用。顺流再生固定床优点：结构简单、运行维修方便，水质适应性强。缺点：再生效果差，盐液耗量大。（二）逆流再生克服了顺流再生时底部交换剂再生较差的缺陷。再生液由下进入，流速较高时和反洗时一样使交换剂层产生扰动，交换剂上下层次被打乱，称为乱层。1、见结构图（看教材）2、运行步骤（小反洗、排水、顶压、反洗、小正洗、正洗）三、钠离子交换系统当原水硬度小于8mmol/L时，采用单级钠离子交换。当原水硬度大于8mmol/L时，采用双级钠离子交换。第三节离子交换除碱一、氢—钠离子交换原理及系统二、铵—钠离子交换原理及系统三、部分钠离子、部分氢离子交换原理及系统（一）软化流程原水从交换塔底部进入上升，与从塔顶送入的树脂进行逆流、悬浮状离子交换，原水由塔顶溢流槽，饱和树脂最后落入塔底借喷射器被送至再生塔顶部。（二）再生流程饱和树脂经再生塔上段与自下而上的再生液相遇进行逆流再生，再生液由上部的废液管排出。第四节流动床离子交换（三）清洗流程树脂下落至再生塔下段，与自下而上的清洗水逆向接触，进入清洗段的下面，被水压送至交换塔顶部。清洗水一股向上流，作清洗用，另一股向下流，输送再生树脂。敞开式装置不承受压力，可用塑料制作；设备简单，加工容易；不需自控装置，可连续稳定运行；还原液耗量较低，出水质量较高。第六节其它水处理方法对小型锅炉采用简易水处理方法。一、锅内水处理（一）钠盐法（加碱法）常用的有磷酸三钠、纯碱（碳酸钠）和火碱（氢氧化钠）。必须加强排污管理。（二）有机胶法（三）复合防垢剂（四）石墨法二、物理水处理磁化法和高频（电场）水性改变法。三、电渗析水处理在直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，将溶液中溶质和水进行分类第八节水的除氧化学腐蚀222H)OH(FeOH2Fe232223CO8)OH(Fe4OOH2)HCO(Fe4OH2OH22223222)OH(Fe4OH2O)OH(Fe42322)HCO(FeCO2)OH(Fe第八节水的除氧电化学腐蚀阴极去极化剂（H+、O2）阳极去极化剂（OH-）OH4OH2e4O222He2H2332HCOHCOH33)OH(FeOH3Fe第八节水的除氧气体溶解定律（亨利定律）任何气体在水中的溶解度是与此气体在水界面上的分压力成正比的。热力除氧真空除氧解吸除氧化学除氧一、热力除氧热力除氧不仅除去水中溶解氧，而且同时除去其他溶解气体，使碱度有所降低。供热锅炉给水热力除氧都采用大气式热力除氧器，除氧器内保持的压力较低，一般为0.02MPa（表压力）。在此压力下，汽水的饱和温度为102-104℃。1—脱气塔；2—贮水箱；3—排气冷却器；4—安全水封；5—压力表；6—水位表1—壳体；2—接安全阀；3—配水管；4—上进汽管；5—下进汽管；6—喷嘴；7—淋水盘；8—挡水板；9—进水管；10—形填料；11—排气管二、真空除氧利用低温水在真空状态下达到沸腾，从而达到除氧的目的。除氧器的真空可借蒸汽喷射泵或水喷射泵来达到。为了保证真空除氧效果，整个系统要求有良好的密封性能。在运行时，除氧水箱内的水位波动会影响到真空度的变化，为此，控制除氧水箱的液位，以保持稳定，是很有必要的。真空除氧比大气式热力除氧有以下优点：1、可以不用蒸汽，锅炉给水温度低，便于充分利用省煤器，降低锅炉排烟温度。2、与热力除氧一样，要考虑给水泵的气蚀问题，因此除氧水箱都必须放在一定的标高位置上，这就给小型锅炉房的布置带来一定的麻烦。三、解析除氧将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合，由于不含氧气体中的氧分压力为零，软水中的氧就大量地扩散到无氧气体中去，从而使软水的含氧量降低，以达到其除氧的目的。解吸除氧装置简单，设备耗钢少，运行费用省。除氧后给水温度低、锅炉省煤器效用就大。1—水泵；2—水喷射器；3—扩散器；4—水气混合管；5—解吸器；6—挡板；7—反应器；8—给水箱；9—浮板；10—水分离器；11—水封箱四、化学除氧常用的化学除氧有钢屑除氧和药剂除氧。（1）钢屑除氧是使含有溶解氧的水流经钢屑过滤器，钢屑与氧反应，生成氧化铁，达到水被除氧的目的。其反应式为：3Fe+202=Fe304水温愈高，反应速度愈快，除氧效果愈好。水与钢屑接触时愈长，反应效果也佳。所需反应接触时间又与水温有关。（2）药剂除氧向水中加药，使其与水中溶解氧化合成无腐蚀性物质，以达到给水除氧的目的。常用的药剂为亚硫酸：2Na2SO3+02=2Na2S04药剂除氧装置简单，操作方便，适用于小型锅炉。（3）电化学除氧人为的在除氧器中使一种金属发生电化学腐蚀，当水流经除氧器时将水中溶解的氧消耗，已达到除氧的目的。（4）树脂除氧以树脂为载体，将贵金属粒子牢固吸附在其表面，最后进行活化处理。向待除氧的水通入氢气，水中的溶解氧与氢气经触媒型树脂的催化作用化合成水。这种除氧方法的工艺设备和系统，尚处于逐步完善过程中。第九节锅炉排污连续排污（表面排污）排除锅水中的盐分杂质。由于上锅筒蒸发面附近的盐分浓度较高，连续排污管设置在低水位下面定期排污排除锅水中的水渣，同时排除盐分。定期排污管设置在下锅筒的底部或下集箱的底部