工业锅炉水处理(精)

江苏省特检院常州分院胡月新2008年8月2020/2/10工业锅炉水处理2一、基础知识1、锅炉：是利用燃料的化学能或其它能源的热能，把锅内工质加热到一定参数的热能转换设备。2、锅炉水处理的重要性如果不能很好地控制锅炉水质，就会给锅炉安全经济运行带来严重的影响，主要表现在：（1）结垢（2）腐蚀（3）影响蒸汽品质2020/2/10工业锅炉水处理3一、基础知识3、常用的化学名词（1）溶液——是一种或一种以上物质分散到另一种物质里所形成的均一稳定的混合物。（2）浓度——一定量的溶液里所含溶质的量叫做溶液的浓度。a.百分比浓度——100克溶液中所含溶质的克数b.重容百分比浓度——1升溶液中所含溶质的克数或毫克数mg/l，g/lc.物质的量的浓度（摩尔浓度）——1升溶液中所含溶质的物质的量（摩尔数）mol/l，mmol/l注意：水质标准中，物质的量的浓度的基本结构单元——含一个单位电荷的粒子作为基本结构单元。溶剂溶质溶液2020/2/10工业锅炉水处理4一、基础知识（3）pH值在22℃时，Kw=1.0000×10-14∴pH=7中性pH＞7碱性pH＜7酸性HlgpHOHHOH2OHOHHK2OHHOHK2OHHKw7101OHH2020/2/10工业锅炉水处理5一、基础知识（4）溶度积KSP在一定温度下，当难溶电解质在溶液中达成溶解平衡时，其电离后所生成的离子浓度的乘积是个常数。如：OH2MgOHMg22OHMgK2OHSPMg22323COCaCaCO18℃时为1.2×10-11232SPCaCOCOCaK325℃时为8.7×10-8当溶液中这两种离子的浓度的乘积等于该物质的KSP时，就开始出现沉淀。因此，物质的KSP越小，沉淀就越易产生。2020/2/10工业锅炉水处理6一、基础知识（5）溶解度在一定温度下，100克水中，所能溶解溶质的克数。P191表5-10.1MPa压力下，氧气在水中的溶解度。2020/2/10工业锅炉水处理7二、锅炉用水及其水中含有的杂质1、水源泉水地下水：深、浅井水、水库水（海水）地表水：河、湖、江、2、天然水中含有的杂质天然水中的杂质，有的呈液态或气态，它们大多以分子态、离子态或胶体颗粒存在于水中。如按其颗粒大小不同可以分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类，如表2-1所示。粒径/mm分类特征处理方法溶解物透明离子交换膜分离蒸馏胶体光照下浑浊悬浮物浑浊肉眼可见混凝澄清过滤自然沉降10-710-610-510-410-310-210-11102020/2/10工业锅炉水处理8二、锅炉用水及其水中含有的杂质（1）悬浮物悬浮物是指颗粒直径约在10-4mm以上的微粒，包括泥沙、草本植物和动物有机体的微小碎片、纤维及死亡后的腐败产物等。（2）胶体胶体是指颗粒直径约在10-6～10-4mm之间的微粒，主要是铁、铝、硅的化合物及动植物有机体的分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。由于胶体颗粒比表面积大，有明显的表面活性和吸附性，因而表面常常带有正、负电荷离子，天然水体中的黏土颗粒，一般带负电荷，而一些金属离子的氢氧化物则带正电荷。结果使同类胶体因带有同性电荷而相互排斥。在水中不能相互结合形成更大的颗粒，而稳定在微小的胶体颗粒状态下，使这些颗粒不能依靠重力自行沉降。（3）溶解物溶解物质是指颗粒直径约在10~6mm的微粒，它们往往以离子、分子或气体状态存在于水中，成为均匀的分散体系，称为真溶液。天然水中溶有的主要离子见表2-2，从表中可以看出，天然水中主要溶有8种离子，它们几乎占水中溶解固体总量的95％以上。2020/2/10工业锅炉水处理9二、锅炉用水及其水中含有的杂质表2-2天然水中溶有的主要离子阳离子阴离子浓度的数量级名称符号名称符号钠离子钾离子钙离子镁离子Na+K+Ca2+Mg2+重碳酸根碳酸根硫酸根氯根HCO3-CO32-SO42-Cl-从几mg/l至几万mg/l另外，水中还有一定的生物生成物。生物生成物（NH4+、NO2-、NO3-）、磷化合物（HPO42-、H2PO4-、PO43-）、铁和硅的化合物。微量元素主要有Br-、I-、Cu2+、Co2+、Ni2+、F-、Fe2+、Ra2+等，它们的含量一般都小于10mg/L。天然水中常见的溶解气体有氧、二氧化碳和氮，有时还含有硫化氢、二氧化硫和氨等。天然水中O2的主要来源是大气中氧的溶解。天然水中CO2的主要来源是水中有机物的分解和氧化。2020/2/10工业锅炉水处理10二、锅炉用水及其水中含有的杂质极软水软水中等硬水硬水极硬水＜1.0mmol/l1.0～3.0mmol/l3.0～6.0mmol/l6.0～9.0mmol/l＞9.0mmol/l3、天然水的分类按天然水中硬度的大小，可以将天然水分为五类，如表2-3所示。表2-3天然水中硬度分类按天然水中含盐量的高低，可以将天然水分成四类，如表2-4所示。表2-4天然水中按含盐量分类低含盐量水中等含盐量水较高含盐量水高含盐量水＜200mg/l200～500mg/l500～1000mg/l＞1000mg/l2020/2/10工业锅炉水处理11二、锅炉用水及其水中含有的杂质4、锅炉用水名称由于水在火力发电厂水、汽循环系统中所经历的过程不同，其水质常有较大的差别。因此，根据生产实际上的需要，我们常给予这些水以不同的名称，现简述如下：（1）生水生水是未经任何处理的天然水（如江、河、湖泊、地下水等等）。在火力发电厂中生水是制取补给水的原料，或用来冷却转动机械的轴承，以及供消防用等。（2）补给水生水经过各种方法处理后，用来补充火力发电厂水、汽循环系统中损失的水。补给水按其净化处理方法的不同，又可分为软化水、蒸馏水和除盐水等。（3）凝结水在汽轮机中做功后的蒸汽经冷凝器冷凝成的水，称为冷凝水。（4）疏水各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽冷凝水，称为疏水。它经疏水器汇集到疏水箱或并入凝结水系统。2020/2/10工业锅炉水处理12二、锅炉用水及其水中含有的杂质（5）返回冷凝水热电厂向用户供热后，回收的蒸汽冷凝水，称为返回凝结水（简称返回水）。其中又有热网加热器凝结水和生产返回凝结水之分。（6）给水送往锅炉的水称为给水。凝汽式发电厂的给水，主要有汽轮机凝结水、补给水和各种疏水组成。热电厂的给水组成中，还包括返回凝结水。（7）锅炉水在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水，称为锅炉水，简称炉水。（8）冷却水作为冷却介质的水称为冷却水，在火力发电厂中，它主要是指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。5、水质指标等、或表征某种性能—表示某些化合物之和—技术指标、、组成—表示水中杂质的离子—成分指标水质指标YDJDSiOPOCl23342020/2/10工业锅炉水处理13二、锅炉用水及其水中含有的杂质（1）悬浮物（mg/l）——指水样中能够用某种过滤材料分离出来的固形物。①将一定量水中的截留物在105～110℃下烘干称重而测得；②也可采用从浊度仪上直接读出读数来近似表示悬浮物的量。（2）含盐量（mg/l）——表示水中溶解盐类的总和，可由水质全分析测得阴、阳离子总和求得。（3）溶解固形物（mg/l）RG水经过滤后，那些仍溶于水中的各种无机盐类、有机物等，在水浴上蒸干，并在105～110℃下烘干至恒重所得到的蒸发残渣称为溶解固形物。可利用电导仪直接读出溶液的电导率来近似估算溶液的溶解固形物。-3HCO21溶解固形物含盐量（4）电导率（μs/cm、s/cm）DD——表示水中导电能力大小的指标。是电阻率的倒数，可用电导仪测定。2020/2/10工业锅炉水处理14二、锅炉用水及其水中含有的杂质JDYDHCOYDJDYDYDYD3TF＜—有剩余的—负硬度—碳酸盐硬度—暂时硬度＞—非碳酸盐硬度—永久硬度（6）碱度（mmol/l）JD——表示水中能与强酸（H+）发生中和作用的物质的量。（OH-、HCO3-、CO32-、SO32-、PO43-、SiO32-）3.8pHP3.4pHJD：酚酞碱度甲基橙碱度：（5）硬度（mmol/l）YD——水中钙、镁离子的总含量。（7）酸度（mmol/l）SD——是表示水中能与强碱（OH-）发生中和作用的物质的量。2020/2/10工业锅炉水处理15二、锅炉用水及其水中含有的杂质（8）pH值——是表示水的酸碱性的指标。（9）氯离子（Cl-）mg/l（10）溶解氧（O2）mg/l（11）相对碱度——表示锅水中游离NaOH含量与溶解固形物的比值。6、水质标准GB1576-2001《工业锅炉水质》第四次修订表2-5给水和锅水监测的指标及意义指标意义给水锅水防垢指标硬度、悬浮物、含油量、含铁量碱度、pH、PO43-防腐指标溶解氧、pHpH、相对碱度、SO32-防汽水共腾指标含油量溶解固形物、碱度2020/2/10工业锅炉水处理16三、水中存在的杂质对锅炉安全经济运行的影响水中杂质的存在除能污染树脂、堵塞管道等以外，主要表现在：1、结垢（1）水垢的形成过程①固态物质从过饱和炉水中析出溶解于炉水的某些盐类都有其一定的溶解度，超过溶解极限，就以沉淀的形式在炉水中析出。a.水在锅炉中的不断蒸发、浓缩、炉水的含盐量不断地升高；b.水温升高时，某些物质的溶解度降低；CaSO4、Mg(OH)2、Ca(OH)2c.发生化学反应生成难以沉淀物。OHCOCaCOHCOCa2232322323COOHMgCOHCOMg22COOHMg②固态物质在锅内受热面上粘附2020/2/10工业锅炉水处理17三、水中存在的杂质对锅炉安全经济运行的影响（2）水垢的种类混合水垢油垢氧化铁垢硅酸盐水垢硫酸盐水垢碳酸盐水垢省煤器、给水管理、凝汽器冷却通道中等易产生热负荷高的受热面上，如锅炉炉管、蒸发器等处易生成表面为咖啡色内层是黑色或灰色（3）水垢的危害①降低热效率，浪费燃料；②引起金属受热面过热，损坏锅炉受压元件，缩短使用寿命；③破坏正常锅炉水循环，增加维修费用；④为腐蚀创造条件。2020/2/10工业锅炉水处理18三、水中存在的杂质对锅炉安全经济运行的影响2、引起受压元件的腐蚀腐蚀——金属（材料）表面和周围介质发生化学或电化学作用而遭受到破坏的现象叫腐蚀。汽等、高盐度炉水、高温蒸、水垢、受压元件着水的一侧—电化学腐蚀蒸汽炉灰、烟气、空气、水受压元件着火的一侧—化学腐蚀腐蚀22COO（一）电化学腐蚀（1）基本原理——由于金属与作为导电体的电解质互相作用，引起电流自金属的一部分流向另一部分而发生金属的破坏，称为电化学腐蚀。锅炉用钢在冶炼、轧制过程夹有衬渣或其它杂物，这些杂物的电极电位高于金属，就成为原电池中的阴极，而金属电极电位低而成为阳极，电子从阳极向阴极移动。极化——由于形成双电层而产生了钝态情况，称为极化。（极化可以阻止金属的进一步腐蚀）去极化——一些物质能破坏双电层促使腐蚀不断加强（不断从阴极获得电子）称为去极化作用。2020/2/10工业锅炉水处理19三、水中存在的杂质对锅炉安全经济运行的影响★去极化剂——能从阴极不断获得电子，产生去极化作用，加剧腐蚀的物质称为去极化剂，如：H+、O22HH2e2H2OH4e4OH2O2222OHFeOH2Fe保护膜——牢固而致密地覆盖在钢材的表面，把钢材与周围介质隔离开来，起到抑制腐蚀的作用，称之为保护膜。2020/2/10工业锅炉水处理20三、水中存在的杂质对锅炉安全经济运行的影响（2）影响电化学腐蚀的因素①溶解盐a.钢材的腐蚀速度随着锅水中含盐的浓度的增高而加快；b.Cl-、SO42-会破坏金属表面的保护膜（特别是Cl-很容易取代金属表面保护膜的氧离子）可溶固体343FeClOFe因此必须对炉水中Cl-进行监督②金属材料a.镇静钢耐腐蚀性＞沸腾钢（含杂质多、偏析、疏松）；b.钢材在