第六章锅炉水处理1.

兴安盟特种设备检验所第六章锅炉水质处理第一节天然水中的杂质及对锅炉的危害天然水中的杂质是多种多样的，按其颗粒大小可分为三类：颗粒最大的称为悬浮物，其次是胶体，最小的是离子和分子，即溶解物质。1、悬浮物是指水流动时呈悬浮状态的物质，其颗粒直径在10-4mm以上，它通过过滤就可以分离出来。主要是泥砂、动植物残渣、工业废物等（漂浮、悬浮、沉淀）。悬浮物的危害：（1）影响离子交换设备的运行；（2）使锅炉受热面传热情况变坏，金属因过热损坏而发生事故；（3）影响水循环，严重堵塞炉管产生事故；（4）引起汽水共腾，降低蒸汽品质。兴安盟特种设备检验所2、胶体物质是多分子和离子的集合体，其颗粒直径在10-6～10-4mm之间。水中胶体物质有铁、铝、硅的化合物，以及动植物有机体的分解物质——有机物。胶体物的危害:(1)使锅炉结成难以去除的坚硬水垢；（2）使锅炉产生大量泡沫，引起汽水共腾，降低蒸汽品质，影响锅炉正常运行。3、溶解物质主要是钙、镁、钾、钠等盐类及氧和二氧化碳等气体。这些盐类在水中大都以离子状态存在，其颗粒直径小于10-6mm。水中溶解的气体则是以分子状态存在的（1）氧气O2----来源大气，水中的含氧量与水温及气压有关。危害：腐蚀金属表面（水侧）。（2）二氧化碳CO2---一是有机物的分解产物；二是大气；三是地球的地质化学过程产生的。危害：含二氧化碳的水有一定的酸性，对金属有腐蚀作用，且还会加剧溶解氧对金属的腐蚀。兴安盟特种设备检验所（3）水中的离子----来源，无机盐类溶于水后电离形成。阳离子主要有：Ca2+、Mg2+、Na+、和k+等。阴离子主要有：HCH3-、so42-和CI-、sio32-危害：①使锅炉结垢及积水渣，浪费燃料，降低锅炉热效率；②腐蚀锅炉，缩短锅炉使用寿命；③引起汽水共腾，恶化蒸汽品质；④结垢使锅炉受热面过热，产生变形，鼓包和损坏；⑤结垢和积存水渣，会减小管内水流通直径，严重堵管影响水循环。兴安盟特种设备检验所第二节低压锅炉水质标准及水质指标为防止锅炉由于结垢、腐蚀及锅水起沫而影响锅炉的安全、经济运行，锅炉给水及锅水均要达到水质标准。我国现行的《工业锅炉水质》标准（GB1576—2008）适用于额定出口蒸汽压力小于等于2.5MPa，以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉，也适用于以水为介质的固定式承压热水锅炉和常压热水锅炉。兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所锅炉进水从底部，经加热至顶部一次性变成蒸汽的水管锅炉，为贯流锅炉。锅炉进水从底部，经加热至顶部一次性变成蒸汽的水管锅炉，为贯流锅炉。兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所二、锅炉用水主要评价指标1、悬浮物表示水中不溶解的固态杂质含量，即将水样过滤后分离出的固形物。其含量通常用mg/L表示。2、溶解固形物将滤出悬浮物后的水样进行蒸发和干燥后所得的残渣。其含量用mg/L表示。3、硬度（H）指溶解于水中能够形成水垢的钙、镁盐类的总含量。其含量用mmol/L表示，硬度又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度、永久硬度、暂时硬度、负硬度。兴安盟特种设备检验所1）碳酸盐硬度（YD碳）：溶解于水中的重碳酸钙Ca（HCO3）2、重碳酸镁Mg(HCO3)2和钙、镁的碳酸盐形成的硬度称为碳酸盐硬度。这些盐类很不稳定，在水加热至沸腾后可分解生成沉淀物析出，即Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑Mg(HCO3)2=MgCO3↓+H2O+CO2↑MgCO3+H2O=Mg(OH)↓+H2O+CO2↑所以又称其为暂时硬度。2）非碳酸盐硬度（YD非）：指水中的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸钙CaSO4、硫酸镁MgSO4等非碳酸盐的含量。这些盐类在加热至沸腾时不能立即沉淀析出，只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过饱和极限时才会沉淀析出，所以又称为永久硬度。因此，总硬度=暂时硬度+永久硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度3）负硬度（YD负）：是指水中重碳酸钠（NaHCO3）和重碳酸钾（KHCO3）的总含量。4）碱度（JD）指水中碱性(能接受氢离子的)物质总含量。例如，氢氧根OH-、碳酸根CO32-、重碳酸根HCO3-及其他一些弱酸盐类都可以用酸中和，都是水中常见的碱性物质。碱度的单位用mmol/L表示。兴安盟特种设备检验所水中所含的各种硬度和碱度，有着内在的联系和制约。，注（1）水中不可能同时存在氢氧根碱度和重碳酸根碱度，因为二者会发生化学反应，即HCO3-+OH-→CO32-+H2O注（2）水中的暂时硬度是钙、镁与HCO3-及CO32-形成的盐类，也属于水中的碱度。当水中含有钠盐碱度时，就不会存在非碳酸盐硬度（永久硬度），即CaSO4+Na2CO3===CaCO3↓+Na2SO4由上列化学反应方程式可见，水中不可能同时存在钠盐碱度和永久硬度，所以常将钠盐碱度称为负硬度。兴安盟特种设备检验所5）氯化物（CI-）---指水中氯离子的含量，单位mg/L。锅炉水中其含量越小越好，含量高时则会腐蚀锅炉，易引起汽水共腾。6）二氧化硅（sio2）----水中含量不大，对锅炉结垢的速度和性质有很大的影响。7）相对碱度指锅水中氢氧根碱度折算成游离NaOH的量与锅水中溶解固形含量的比值。相对碱度是为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标。8）pH值它是表示水的酸碱性指标，指水中氢离子浓度的负对数。呈酸性的水会对金属产生酸性腐蚀，因此锅炉给水要求pH7；当水的pH13时，容易将金属表面的Fe3O4保护膜溶解，加快腐蚀速度，因此锅水的pH值要求控制在10～12。兴安盟特种设备检验所9）溶解氧（Ｏ２）指溶解于水中的氧气含量，单位为mg/L。水中溶解氧会腐蚀锅炉设备及金属管路，所以水中的溶解氧必须除去。10）磷酸根（ＰＯ４３-）天然水中一般不含磷酸根，但有时为了消除给水带入锅内的残余硬度或为了防止锅炉内壁苛性脆化，可向锅内加入一定量的磷酸盐。因此，磷酸根也作为锅水的一项控制指标。11）亚硫酸根（SO32-）给水中的溶解氧可用化学除氧方法除去，常用的化学药剂为亚硫酸钠，给水中亚硫酸钠相对于氧的过剩量越多，则反应速度越快越完全，此时，亚硫酸根也是一项控制指标。12）含油量天然水中一般不含油，可是蒸汽的凝结水或给水在使用过程中可能混入油类，因此也规定了锅炉给水含油量的指标，其单位为mg/L。含油量只作为定期检测项目。兴安盟特种设备检验所第三节离子交换水处理方法及特点一、钠离子交换法1、钠离子交换的原理-----水中的Ca2+、Mg2+等离子与交换剂中的Na+进行交换，使被处理水的硬度降低到符合国家标准。Ca2++2NaR=2Na++CaR2Ma2++2NaR=2Na++MaR2钠离子交换的特点：1）硬度可以降低或消除；2）碱度不变；3）含盐量增加；4）可逆的化学反应；5）钠型离子交换过程是分层进行。兴安盟特种设备检验所二、钠离子交换软化加酸处理法1、加酸处理的目的和原理经过钠离子处理以后的水，硬度大体上已被除去，而碱度基本上不变。特别是当软化水中的碱度超过2毫摩尔/升以上时，如不加酸，锅水中由于碱度超过标准（这时锅水中溶解固形物并未超标），锅炉就要排污，因此浪费大量的热和水。所以在这样的水中加酸（通常加硫酸）。较高碱度的水和酸起中和反应，可以降低碱度，其反应如下：2NaHCO3+H2SO4=Na2SO4+2CO2↑+2HO2有上式可知碱度已被除去，但产生的CO2若不除去，则可引起系统的腐蚀。因此，这种水处理方式，应和除CO2结合起来考虑。部分钠离子交换法P231兴安盟特种设备检验所（2）再生过程在钠离子交换剂失效以后，可以用盐酸或硫酸溶液进行再生，其反应如下：氢离子交换特点：（1）消除硬度同时降低原水的碱度；（2）水中非碳酸盐被酸（硫酸或盐酸）所代替，出水呈酸性（3）降低出水含盐量；（4）水中的酸度的高低，由原水中CI-、SO42-、NO3-的大小所决定的。兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所第四节固定床离子交换器是指运行时交换器中的交换剂层是固定而不流动的，一般原水由上而下经过交换剂层，使水得到软化，简称固定床。固定床交换器常用的规格用筒体的直径表示。有φ500mm--φ2000mm等多种。交换剂层高有1.5m、2m、2.5m。固定床离子交换按其再生运行方式不同，可分为顺流再生和逆流再生两种。1、顺流再生钠离子交换器及其运行顺流式再生是指交换运行时再生液的流动方向和原水流动方向相同，一般均由上向下。1）结构顺流再生固定床离子交换器结构如上图所示。它由交换器壳体、进水装置、再生液分配装置、底部排水装置和顶部排气管等组成。兴安盟特种设备检验所钠离子交换器1-进水阀2-排水阀3-分配漏斗4-法兰5-环行管6-喷嘴7-排水阀8-软水出水阀9-冲洗水进水阀10-三通11-泄水帽12-集水管13-排气管14-排水管15-排气阀16-泄水管兴安盟特种设备检验所2）顺流再生离子交换器运行操作（见下图）。（1）软化目的：使原水软化。过程：上进下出。操作：阀门1和2开起，其余阀门关闭。要求：应定时对水质进行化验；当出水硬度超过规定的允许值时，应立即停止软化。（2）反洗目的：①松动软化时被压实了的交换剂层，为还原创造条件。②带走交换剂表层的污物和破碎的交换剂颗粒。过程：下进上出。顺流再生离子交换器操作示意图操作：阀门3和5开起，其余阀门关闭。要求：反洗强度以不冲走完好的交换剂颗粒为宜，一般为15m/h，反洗时间一般为10～15min。（3）再生目的：使失效的交换剂恢复交换能力。过程：再生液上进下出。操作：阀门4和6开起，其余阀门关闭。要求：再生流速一般为4～8m/h。（4）正洗目的：清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。过程：废盐液放尽后，开始正洗，上进下出。操作：阀门1和6开起，其余阀门关闭。逆流再生离子交换器1—废再生掖出口2—进水阀3—冲洗水阀4—再生掖进口5—排水6—软化出水7—排水8—小反洗进水9—进气管10—排气管11—压实层12—中间排水装置12—中间排水装要求：正洗水耗通常为3～6m3/m3树脂，正洗速度为6～8m/h，正洗时间为30～40min，正洗后期阶段的含盐分的正洗水可送入反洗水箱贮存起来，供下次反洗使用，以节省用水量和耗盐量。正洗结束后，又可开始软化。兴安盟特种设备检验所逆流再生离子交换器1—废再生液出口2—进水阀3—冲洗水阀4—再生液进口5—排水6—软化出水7—排水8—小反洗进水9—进气管10—排气管11—压实层12—中间排水装置3）顺流再生固定床的优缺点优点：结构简单，运行维修方便，水质适应性强。缺点：再生盐液耗量大。兴安盟特种设备检验所2、逆流再生钠离子交换器及其运行逆流再生-----是指再生时再生液的流向和原水软化运行时的流向相反。通常盐液从交换器下部进入，上部排出。新鲜的再生液总是先与交换器底部尚未完全失效的交换剂接触，使其得到很高的再生程度，随着再生液继续向上流动，交换剂的再生程度逐渐降低，当再生液与上部完全失效的交换剂接触时，再生液仍具有一定的“新鲜性”，再生液被充分利用。在软化运行时，水中钙、镁离子含量随着水流向下越来越少，而下部交换剂的再生程度很高，因此，交换反应仍能持续进行下去，使交换器的出水水质较好。综上所述，逆流再生离子交换的优点是具有出水质量高、盐耗低等优点。所以被广泛采用。在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的，当再生液流速较高时，会使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。如果发生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。兴安盟特种设备检验所为了防止乱层，逆流再生交换器在结构上有一些相应的措施。①在交换剂表面层设有中间排水装置，如图7-3，使向上流动的再生液或冲洗水能均匀地从中间排水装置排走，而不使交换剂层发生扰动。②在交换剂表面铺设150～20