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第五章干熄焦锅炉用水处理第一节水净化的目的干熄焦锅炉是中高压锅炉，锅炉的给水品质是影响锅炉及热力系统安全、稳定和经济运行的重要因素之一。地面水源和地下水源都含有很多杂质，不能直接运用到干熄焦锅炉。我国不同区域水质差异很大，如果进入锅炉系统的水中含有大量的杂质，将会产生极大的危害。1．形成水垢在锅炉金属受热面上形成水垢会导致锅炉受热面金属损坏，降低锅炉使用寿命，严重时会产生“爆管”的情况；降低锅炉的热效率，使锅炉产汽能力下降；另外由于锅炉结垢，必须及时进行清洗工作，这不但浪费大量的化学药剂，增加运行成本，还容易使炉水中的杂质在沉积物下浓缩而引起“垢下腐蚀”。2．导致金属腐蚀锅炉的金属受热面长期与水接触，由于给水水质的不良，则会引起金属腐蚀。锅炉的给水管道、热交换器、省煤器和水冷壁等都会因水质不良而引起腐蚀。3．易使蒸汽品质恶化由于给水不良，导致炉水中存有杂质。当炉水不断受热而蒸发和浓缩时，炉水的表面张力加大，炉水含盐量迅速增高，增加了炉水产生“汽水共腾”的情况。我国不同地区水质差异较大，为了保证干熄焦系统的正常稳定运行，锅炉及热力系统不发生结垢、积盐和腐蚀情况，必须做好锅炉水处理工作。一、工业用水的各种水源及其特点水是工业生产中重要的原料之一，没有合格的水源，任何工业都不能维持下去。作为工业用水的淡水水源主要来自地表的江河水、湖泊和水库水以及地下水(井水)。(一)江河水河流是降水经地面径流汇集而成的，流域面积十分广阔，又是敞开流动的水体，其水质受地区、气候、生物活动以及人类活动的影响而有较大的变化。江河水一般均夹带有泥沙悬浮物而有混浊度，从数十到数百度。夏季或汛期可达上千度，冬季冰封时又可降低到数度，随季节变化很大。河水的含盐量一般在100～200mg/L，一般不超过500mg/L。某些内陆河流也可达到很高的矿化度。河水中主要离子的比例一般是Ca2+＞Na+＞HCO3-＞SO42-＞Cl-，也有不少河流的Na+＞Ca2+，个别河流的Cl-＞HCO3-。我国一些河流的主要离子组成如表5—1所示。河水中的溶解氧一般不是饱和的正常数值，有机物含量较低，也就是耗氧量或生化需氧量较小。河水一般情况下是一种含碳酸水类型的水质体系，化学成分有一定的稳定性。表5—1我国部分河流的水质（mg/L）河流Ca2+Mg2+K++Na+HCO3-SO42-Cl-含盐量长江28.99.68.6128.913.44.2193.6黄河39.117.946.3162.082.630.0377.9黑龙江11.62.56.754.96.02.083.7西江18.54.88.191.52.82.9128.6松花江12.03.86.864.45.91.093.9闽江2.60.66.720.24.90.535.5塔里木河107.6841.510265117.260251436831751.3（二）湖泊水和水库水湖泊是由河流及地下水补给而成的。它的水质与补给水水质、气候、地质及生物等条件有密切关系，同时流入和排出的水量、日照和蒸发强度等也在很大程度上影响湖水的水质。水库实际上是一种人造湖，其水质也与流入的河水水质和地质特点有关，但最终会形成与湖泊相似的稳定状态。（三）地下水地下水是由降水经过土壤地层的渗流而形成的。地下水水质的基本特点是：悬浮物质含量少、水比较清澈透明、有机物和细菌含量较少、受地面污染的影响小、溶解盐含量高、硬度和矿化度较大，水温基本保持稳定。地下水按其深度可以分为表层水、层间水和深层水，水层越深，地下水的特点就越明显。表层水是地壳不透水层以上的地下水，受外界的影响还比较大。层间水是指不透水层以下的中层地下水，受外界的影响较小，水质成分稳定而具有明显的地下水特色，一般较大的供水水源或深井取水都是利用此类水层。深层水是指与外界完全隔绝的地下水层，一般有很高的矿化度或特种盐类，油田和矿水通常属于这类地下水。地下水的含盐量随深度增加而增大，主要离子组成也从低矿化度的淡水型向高矿化度的咸水型过渡。二、天然水的化学特性（一）天然水中的碳酸化合物天然水中普遍存在着各种形态的碳酸化合物，它们是决定水质pH值的重要因素。并且对外加酸和碱有一定的缓冲能力，同时对水质和水处理有着重要的影响。天然水中碳酸化合物的来源有以下几个方面：首先是空气中二氧化碳的溶解，岩石、土壤中碳酸盐和重碳酸盐矿物的溶解；其次是水中动植物的新陈代谢作用以及水中有机物的生物氧化等产生的二氧化碳；有时在水处理过程中也会加入或形成各种碳酸化合物。上述各种来源的碳酸化合物综合构成水中碳酸化合物的总量。水中碳酸化合物通常以下列几种不同形态存在：溶于水中的游离碳酸，即呈分子状态的碳酸，其中包括溶解的气体C02和未离解的H2CO3分子；重碳酸盐碳酸，即重碳酸根离子(HCO3-)，也称为半化合性碳酸；碳酸盐碳酸，即碳酸根离子(C032-)，也称为化合性碳酸。在水中，这四种碳酸化合物之间是一种平衡相互转化的关系，水中的碳酸平衡同pH值是密切相关的。（二）天然水的酸度水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质总量。水的酸度通常由三类物质组成：一是强酸，如HCI、HNO3和H2SO4等；二是弱酸，如H2C03、H2S、H2Si04以及各种有机酸等；三是强酸弱碱盐，如FeCI3和Al2(S04)等。这些物质在水中都会电离产生H+或经过水解产生H+，而这些H+均能与OH-发生中和反应。这些H+的总数叫做总酸度，用mmol／L表示。总酸度与水的pH值不是一回事。pH值是水中氢离子浓度的负对数，而总酸度表示中和过程中与强碱进行反应的全部H+数量，称为离子酸度。（三）天然水的碱度水的碱度与酸度相反，是指水中能于强酸即H+发生中和作用的物质总量，包括强碱、弱碱和强碱弱酸盐等。（四）天然水的硬度通常以Ca2+和Mg2+的含量来计算水的硬度，作为水质的一个指标。天然水都含有一定的硬度，地下水、咸水和海水的硬度较大。硬度的单位用mmol／L表示。三、锅炉用水的水质要求锅炉的用途是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，所得蒸汽可用作传热和动力的介质。一般工矿企业常采用低压或中压锅炉产生蒸汽作热源或动力用，这种锅炉对水质要求稍低；而干熄焦系统采用高压锅炉产生蒸汽以推动汽轮机来发电，为保证蒸汽对汽轮机无腐蚀和结垢沉积，这种锅炉对水质要求非常高。因此，锅炉用水的水质要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同。但不论何种锅炉用水，它对水的硬度都有较严格的限制。其他凡能导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去。干熄焦系统的水处理部分，主要包括两部分的内容：为制备锅炉所需质量的补给水的“除盐水处理”和为了防止锅炉热力系统产生结垢、腐蚀和积盐等危害的“锅炉水质调整处理”。一般工艺是：初步净化水源，经过滤、除铁除锰、除盐、除氧、调节pH值和加药等工序后供干熄焦锅炉使用。第二节干熄焦锅炉水、汽质量标准不管锅炉蒸发量大小或蒸汽参数高低，使用符合要求的水质，则是锅炉能够安全、经济、可靠而稳定运行，以及产出合格的蒸汽或热水的前提。水质不良会导致锅炉损坏。实践证明，大多数锅炉的损坏与水质不良有关。显然，应熟悉锅炉用水，了解水质不良对锅炉的危害，掌握水、汽质量标准，作好锅炉用水处理。并在运行中严格按标准要求监督水、汽质量，以确保锅炉用水和蒸汽品质以及锅炉安全经济运行是极其重要的。一、锅炉用水名称由于锅炉水汽循环系统中水质有较大差别，因此对于不同水质，人们给予这些水以不同的名称，现分述如下。1．原水也称生水。它是未经任何处理的天然水(如江河水、湖泊水、地下水和水库水等)或城市自来水，作为锅炉补给水的水源。2．锅炉补给水原水经各种水处理后，其水质符合补给水水质要求，用来补充锅炉蒸发损失的水，称为锅炉补给水。根据补给水处理工艺不同，补给水又有不同名称：（1）澄清水去除了原水中悬浮杂质的水；（2）软化水去除了原水中钙、镁离子的水；（3）凝结水锅炉产生的蒸汽，用于汽轮机(透平机)作功以后，经冷却水冷凝成的水。3．给水送进锅炉的水称给水。锅炉给水可以由汽轮机的凝结水、补给水和各种热力设备的疏水等组成，也可以单独用补给水。4．锅炉水指在锅炉本体的蒸发系统中流动着受热沸腾而产生蒸汽的水。5．排污水为了保持锅水在一定浓度范围内运行，从而防止锅炉结垢和改善蒸汽品质。需从锅炉中排放掉一部分锅水，以排走由给水带入的盐分和锅内的沉渣，这部分排出的锅水称为排污水。6．疏水指各种蒸汽管道和各种热力设备中的蒸汽凝结水，称为疏水。7．减温水干熄焦锅炉喷淋减温器用水。减温水用于调节过热器出口蒸汽在允许温度范围内，以保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。二、干熄焦锅炉的水、汽质量标准（一）锅炉给水质量标准锅炉给水的硬度、溶氧铁、铜、钠和二氧化硅的含量，应符合表5—2的规定。表5—2锅炉给水的硬度、溶氧铁、铜、钠和二氧化硅的含量炉型锅炉压力硬度溶氧铁铜钠二氧化硅MPaμmol／Lμg／L汽包炉3.8～5.85.9～12.612.7～15.615.7～18.3≤3.0≤2.0≤2.0≈0≤15≤7≤7≤7≤50≤30≤20≤20≤10≤5≤5≤5————应保证蒸汽中二氧化硅符合标准直流炉5.9～18.3≈0≤7≤10≤5≤10≤20锅炉给水的pH值、联氨和油的含量，一般应符合表5—3的规定。表5—3给水的pH值、联氨和油的含量（二）锅炉补给水质量标准补给水的质量以不影响锅炉给水质量为标准，一般可按表5—4控制。表5—4锅炉补给水的水质标准（三）锅炉水质量标准（1）干熄焦系统一般采用有汽包的锅炉。用水采用磷酸盐处理时，其炉水磷酸根含量和pH值，应按表5—5的规定控制。表5—5汽包锅炉采用磷酸盐处理时，其锅水磷酸根含量和pH值（2）炉水的含盐量和二氧化硅含量，应通过水汽品质试验确定。一般可参考表5—6炉型锅炉压力MPapH(25℃)联氨μg／L油mg／L汽包炉3.8～5.88.5—9.21.05.9～12.612.7—15.615.7～18.38.8～9.3或9.0～9.510～50或10～30≤0.3直流炉5.9～18.3(加热器为钢管)(挥发性处理)种类硬度μmol／L二氧化硅μg／L电导率(25℃)μS／cm碱度mmol／L一级化学除盐系统出水≈O≤100≤10—一级化学除盐—混床系统出水≈0≤20≤0.3—石灰、二级钠离子交换系统出水≤5.0——O．8～1.2氢—钠离子交换系统出水≤5.0——0.3～0.5二级钠离子交换系统出水≤5.0———锅炉压力磷酸根mg/LpHMPa单段蒸发分段蒸发(25℃)净段盐段3.8～5.85～155～12≤759～115.9～12.62～102～10≤509～10.512.7～15.62～82～8≤409～1015.7～18.30.5～39～10的规定控制。对于用除盐水作为补给水的锅炉，炉水含盐量也可用电导率进行连续监控，其控制范围需经试验确定。（3）有汽包的锅炉进行磷酸盐-pH控制时，其炉水的Na+和PO43-的摩尔比值一般应维持在2.3～2.8。若炉水的Na+与PO43-的摩尔比低于2.3，可加中和剂进行调节。表5—6炉水的含盐量和二氧化硅含量（四）减温水质量标准锅炉蒸汽采用混合减温时，其减温水质量，应保证减温后蒸汽中钠、二氧化硅和金属氧化物的含量符合蒸汽质量标准。（五）蒸汽质量标准自然循环、强制循环汽包锅炉或直流锅炉的饱和蒸汽和过热蒸汽，其质量应符合表5—7的规定。表5—7蒸汽和过热蒸汽质量炉型锅炉压力钠μg／kg二氧化硅MPa磷酸盐处理挥发性处理μg／kg汽包炉3.8～5.8≤15≤205.9～18.3≤10≤10直流炉5.9～18.3≤10第三节水净化除盐的主要工艺原理及工艺流程一、概述水净化处理工艺的主要任务是制备锅炉所需质量的补给水。这个任务包括除去天然水中的悬浮物和胶体态杂质的澄清、过滤等的预处理；利用离子交换技术或膜分离技术降低或去除水中的成盐离子，以获得纯度更高的除盐水。国内外的干熄焦系统用水的处理工艺一般为：离子交换工艺、膜分离（渗透）