锅炉及锅炉房设备_10供热锅炉水处理

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10-6～10-4mm，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、CO2)。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(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。以1L水中所含固形物的mg数表示(mg／L)2.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(mg／L)•近似等于水中含盐量（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(mmol／L)•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22232232322323COMg(OH)OHMgCOCOOHMgCO)Mg(HCOCOOHCaCO)Ca(HCO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：H＝HT+HFT4.碱度(A)•水中含有能接受氢离子的物质的量(mmol／L)•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)42343222323SONaCaCOCaSOCONaCOOH2NaClCaCOCaCl2NaHCO23)Ca(HCO2CaCl3NaHCO碱度硬度HTHFT负硬度HAAH-A0H=AA00HAH0A-H5.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NaOH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6.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pH＞7，而锅水的pH值通常要求控制在10～12。7.溶解氧(O2)——水中溶解氧气的浓度。mg／L•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。mg／L•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pH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9.亚硫酸根(SO32-)：mg／L•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10.含油量：天然水一般不含油。mg／L•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≤2t／h、且额定蒸汽压力≤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，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：2NaClRMClM2NaRSONaRMSOM2NaR2NaClCaRCaCl2NaRSONaCaRCaSO2NaR2NaHCORM)(HCOM2NaR2NaHCOCaR)Ca(HCO2NaR22422422422432233223gggggg作用：与原水中非碳酸盐硬度用：与原水中碳酸盐硬度作•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0.5Ca2+、0.5Mg2+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。mol／m3或mmol／L1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数交换剂还原（再生）2222ClM2NaR2NaClRMCaCl2NaR2NaClCaRgg•失效后的钠离子交换剂用浓度为5～8％的食盐(NaCl)溶液进行还原•理论上还原1mol钙镁硬度需NaCl117g。在供热锅炉房还原1mol钙镁硬度一般采用140～200gNaCl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、再生液分配装置、排气管、反洗管、阀门等组成•常用规格有φ500、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、钠离子交换系统•一般根据原水硬度选择离子交换级数•H8mmol／L，采用单级钠离子交换系统•H8mmol／L，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SHL10-1.3／350型锅炉，凝结水回收率K＝30％，锅炉排污率P＝5％；原水总硬度H＝7.8mmol／l，查得，锅炉给水允许硬度H’＝0.03mmol／l•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hmolmol固定式阳离子交换器的主要工艺计算1.离子交换器的内径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/h2.离子交换器的运行延续时间T（一般≥8~12h）•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/m3vQd4QHVET固定式阳离子交换器的主要工艺计算3.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/mol1000bEVB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2NaClRMClM2NaRSONaRMSOM2NaR2NaClCaRCaCl2NaRSONaCaRCaSO2NaR2NaHCORM)(HCOM2NaR2NaHCOCaR)Ca(HCO2NaR22422422422432233223gggggg作用：与原水中非碳酸盐硬度用：与原水中碳酸盐硬度作一、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HCl2RMClM2HRSOHRMSOM2HRHCl2CaRCaCl2HRSOHCaRCaSO2HRCO2OH2RM)(HCOM2HRCO2OH2Ca