锅炉水(介)质处理基础知识

锅炉水（介）质处理基础知识工业锅炉水处理系统水源→沉淀池→过滤器→交换器→软水箱→除氧器→锅炉核心设备：钠离子交换器一、天然水杂质及锅炉用水天然水中的杂质，按其颗粒的大小可分为三类，即悬浮物质、胶体物质和溶解物质。1．悬浮物质是指直径为1×10-4mm以上的颗粒。按其微粒大小和相对密度的不同，可分为漂浮的、悬浮的和可沉降的。悬浮物在水中很不稳定，分布也很不均匀，是一种比较容易除去的物质。主要危害：沉积于水处理系统中影响水处理系统的正常运行；沉积于锅炉中影响锅炉传热和水循环，严重的造成炉管的堵塞。常采用沉淀、过滤处理。2．胶体胶体微粒是许多分子和离子的集合体，直径约在10-6~10-4mm之间，主要是铁、铝、硅的化合物、动植物有机体的分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。主要危害：吸附到水处理系统中影响水处理系统的正常运行；进入热力系统后在受热面上结成水垢；会使锅水起泡，形成汽水共腾现象。水处理中常采用吸附、混凝处理。3．溶解物质溶解物质是指直径小于10-6mm的颗粒，一般以离子、分子或气体状态存在于水中，成为均匀的分散体系，也称为溶液。主要危害：进入热力系统中会造成系统结垢。这类物质不能用混凝、沉降、过滤的方法除去，必须用蒸馏、膜分离或离子交换等方法才能除去。天然水体中的Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等八种离子，几乎占水中溶解固形物总量的95%以上。在工业锅炉用水中最有害的离子为Ca2+、Mg2+，其在水处理专业中常表示为“硬度”，硬度越高Ca2+、Mg2+浓度越大，锅炉结垢风险越高。长江水、太湖流域水硬度在1.0～3.0mmol/L在工业锅炉水处理中，钙离子、镁离子、铁离子、溶解氧等是主要处理与控制的对象；二、锅炉用水汽及其名称锅炉是一种产生蒸汽和热水的换热设备。符合锅炉给水要求的水质应能保证锅炉安全、经济、可靠、稳定运行以及产出合格蒸汽或热水。水质不良会导致锅炉结垢、损坏。现代锅炉的运行经验表明，很多问题直接与水、汽系统内的沉积物和腐蚀有关。（一）原水原水也称生水，是指未经任何净化处理的天然水或城市自来水。原水是锅炉补给水的主要水源。（二）锅炉补给水原水经过处理后，用来补充锅炉排污和汽水损耗的水。根据处理工艺的不同，锅炉补给水可分为澄清水、软化水和除盐水等。（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）除盐水：去除了原水中盐类离子的水。（三）凝结水主要指火电厂锅炉产生的蒸汽在汽轮机做完功的乏汽进入凝汽器之后，经冷却水冷凝成的水，或生产过程中采用间接加热方式，使蒸汽冷凝的水。（四）回水锅炉产生的蒸汽、热水，做功后或热交换后返回到给水中的水。（五）疏水锅炉过热器，在启动或停炉时。由冷态到热态或热态到冷态时蒸汽会在过热器集箱凝结成的水。（六）锅炉给水锅炉给水是指直接送进锅炉的水，由凝结水、疏水、回水和补给水组成。（七）锅水锅炉运行时，存在于锅炉中并吸收热量产生蒸汽或热水的水。（八）排污水为了保证锅水在一定浓度范围内，防止锅炉结垢和改善蒸汽质量，需从锅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。（九）减温水调节过热器出口蒸汽在允许范围内，以保证过热器管壁温度不超过允许的工作温度，而用来减温的水。（十）冷却水是锅炉在运行中需要将蒸汽冷却而采用的水，通过凝汽器进行间接冷却，一般为原水或经过澄清的水。（十一）饱和蒸汽是指饱和状态下的蒸汽，即水在一定压力下，加热至沸腾汽化，这时蒸汽的温度也就等于饱和温度。这种状态的蒸汽称为饱和蒸汽。这是由气体分子之间的热运动现象造成的。（十二）过热蒸汽如果把饱和蒸汽继续进行加热，其温度将会升高，并超过该压力下的饱和温度。这种超过饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。（十三）再热蒸汽再热蒸汽是指在汽轮机中做了一部分功又送回锅炉再加热的蒸汽。三、水质不良对锅炉的危害如果锅炉给水中含有不良杂质，就会产生结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等现象而使锅炉发生危害，从而降低锅炉的传热系数和设备强度，浪费燃料，缩短使用年限，严重时甚至会引起锅炉爆炸事故。1．水垢和水渣的形成：锅炉运行一定时间以后，在受热面上粘附一层坚硬的附着物，称为水垢。其形成原因：（1）锅炉给水中钙、镁的重碳酸盐类在高温下转化成碳酸盐垢；（2）钙镁离子的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等的溶解度随水温升高而下降，导致水垢的析出；（3）铁、铜氧化物等腐蚀产物也容易在高温受热面形成水垢。（4）水中的悬浮物、胶体和有机物等附着在受热面时，长期高温也会形成水垢。锅水中析出的固体物质悬浮在锅水表面或沉积在锅炉汽包和下联箱等水流缓慢处，形成的松软物质称为水渣。水渣可通过排污除去，但若排污不及时，水渣粘附在受热面上，经高温作用后也可转变为水垢。2．水垢和水渣的危害锅炉受热面结生水垢后易造成：（1）降低热效率，浪费燃料，不符合节能减排要求；（2）影响锅炉水循环受热面管子结垢后使有效流通截面减小，管内水循环的流动阻力增加，严重时流通截面甚至完全堵塞；（4）造成锅炉金属过热，引起鼓包或爆管；（5）锅炉结生水垢后会引起垢下金属的碱性腐蚀或酸性腐蚀，缩短锅炉使用寿命，增加检修清洗费用。（6）水渣过多影响蒸汽质量，并促使汽水共腾，还会引进堵管，水渣也会转为水垢；（7）水垢、水渣过多还会影响锅炉出力。钢管式省煤器发生结垢堵塞锅炉水冷壁因结垢堵管发生局部过热而引起的管道破裂水冷壁管过热胀粗、减薄、爆管集箱中结垢并形成水垢堆积锅炉烟管结垢15T/H锅炉垢下碱性腐蚀水冷壁管垢下酸性腐蚀420T/H电厂锅炉水冷壁管垢下酸性腐蚀爆管15T/H燃油锅炉水冷壁烟气腐蚀穿孔燃煤锅炉炉管外壁腐蚀四、锅炉常用的水汽质量指标锅炉用水的水质指标通常分为两类，一类是反映水中某种杂质含量的成分指标，如溶解氧、磷酸根、氯离子、钙离子等；另一类是为了技术上的需要而人为拟定的，反映水质某一方面特性的技术指标，通常表示的是某一类物质的总含量。例如，硬度，碱度，电导率、含盐量等。（一）工业锅炉水质指标(GB/T1576-2008)1、悬浮物：是表示水中不溶解的悬浮和漂浮物质的含量。测定可采用用重量分析法，即取1L水样经定量滤纸过滤后，将滤纸截留物在110℃下烘干称重来确定，单位为mg/L表示。由于这种分析方法比较麻烦，所以常用浊度近似表示水中悬浮物的含量。2.浊度：水中由于含有悬浮及胶体状态的杂质而产生浑浊现象，其浑浊的程度可以用浊度来表示。浊度是一种光学效应，表现出光线透过水层时受到的阻碍的程度，与颗粒的数量、浓度、尺寸、形状和折射指数等有关。3．溶解固形物（RG）：由于用水质全分析求得含盐量非常麻烦，因此有时用溶解固形物来表示含盐量，也以“TDS”来代表。溶解固形物是指分离了悬浮物之后的滤液，经蒸发、干燥至恒重，所得到的蒸发残渣，它包含了水中各种溶解性的无机盐类和不易挥发的有机物等，单位为mg/L。4．电导率DD：水中溶解的盐类均以离子状态存在，具有一定的导电能力，因此电导率可以间接地表示出溶解盐类的含量。水中所含离子杂质越多，导电能力越大。5．硬度YD：指水中易于形成沉淀物的金属离子总浓度，通常指水中钙、镁离子的总浓度。6．碱度JD：是表示水中能接受氢离子（H+）的一类物质的量，包括各种强碱、弱碱和强碱弱酸盐，有机碱等，如CO32-、HCO3-、OH-、HSiO3-、H2BO3-、HPO4-、HS-和NH3等，其中CO32-、HCO3-、OH-是构成碱度的主要阴离子7．pH：是表征溶液酸碱性的指标。pH对水中其他杂质的存在形态、水质控制过程以及金属的腐蚀有着重要影响。8．其它指标：溶解氧、铁离子、油含量等五、工业锅炉水处理方法一：锅内加药为了防止或减缓锅炉结垢、腐蚀，有针对性地向锅内投加一定数量药剂的水处理方法。加药水处理是针对水垢形成的原因和过程，采用向水中投加药剂的方法，把易形成水垢的物质，转变为可用排污方法排掉的水渣，以防止或减缓水垢的形成，同时可防止或减缓锅炉金属腐蚀。工业锅炉加药处理分单纯采用锅内加药处理和锅外处理后的加药调节处理两种。锅内加药处理的特点：1、锅内加药处理法设备简单，投资小，操作方便，运行维护容易，使用得当，可以收到较好的防垢效果。2、锅内加药处理法是最基本的水处理方法，又是锅外化学处理的继续和补充。经过锅外化学处理以后还可能有残余硬度，为了防止锅炉结垢和腐蚀，仍需加药处理。3、锅内加药处理适用的配方需与给水水质匹配，给水硬度过高时，会形成大量水渣，加快传热面结垢速度。因而一般不适用于高硬度水。4、锅内加药处理法对环境几乎没有什么污染，它不像离子交换等水处理法，处理掉天然水多少杂质，再生后还排出多少杂质，而且还排出大量剩余再生剂和再生后的产物。而锅内加药处理方法是将水中的主要杂质变成不溶于水的泥垢，对自然界不会造成污染。5、锅内加药处理的缺点：锅炉排污控制要求较严格，排污量和热损失相对较大；且影响防垢效果的因素较多，一般不易达到锅炉无垢运行，因此单纯的锅内加药处理通常只适用于小型工业锅炉。工业锅炉单纯采用锅内加药处理的范围工业锅炉的单纯锅内加药水处理一般是指：在含有硬度的给水中加入合适的药剂，使之在锅内与水中硬度物质发生化学或物理化学作用，生成松散而又有流动性的水渣,通过锅炉排污除去，或者生成非沉淀性螯合物，并阻止水垢的结晶生长，达到防止或减缓锅炉结垢和腐蚀的目的。根据GB/T1576—2008《工业锅炉水质》标准规定：额定蒸发量小于或等于4t/h，且额定蒸汽压力小于或等于1.3MPa的自然循环蒸汽锅炉、对水汽质量无特殊要求的汽水两用锅炉、额定功率小于或等于4.2MW非管架式承压的热水锅炉和常压热水锅炉，均可采用单纯锅内加药水处理。几种常用的锅内加药处理药剂的性能和作用1、氢氧化钠（NaOH）：氢氧化钠俗称烧碱、火碱、苛性钠，是一种白色固体，吸水性很强，极易溶于水而放出大量的热量，有强烈的腐蚀性，是一种强碱。氢氧化钠的主要作用如下：（1）能有效的消除给水中的硬度；（2）能防止一些结垢物质在金属受热面上结生水垢。锅水中存在大量CaCO3晶粒，如果同时存在大量的氢氧根离子（OH-）时，它能吸附在带正电荷的CaCO3晶粒周围，不仅可阻止CaCO3晶粒间互相合并长大，同时还可以阻止带负电荷的CaCO3晶粒向带有同性电荷的锅炉金属表面附着，从而防止CaCO3水垢的结生。（3）保持锅水的碱度，防止锅炉腐蚀2、碳酸钠（Na2CO3）碳酸钠俗称纯碱，为白色粉状固体，易溶于水，其水溶液呈碱性。碳酸钠的主要作用为：（1）能与水中的非碳酸盐硬度反应：CaCl2＋Na2CO3＝CaCO3↓＋2NaClCaSO4＋Na2CO3＝CaCO3↓＋Na2SO4MgCl2＋Na2CO3＝MgCO3↓＋2NaClMgSO4＋Na2CO3＝MgCO3↓＋Na2SO4其中MgCO3又会水解成溶解度更小的Mg(OH)2沉淀：MgCO3＋H2O＝Mg(OH)2↓＋CO2↑（2）在锅水中会部分水解成NaOH，因此具有氢氧化钠的作用。其水解反应为：Na2CO3＋H2O＝2NaOH＋CO2↑3、磷酸三钠（Na3PO4·12H2O）磷酸三钠为白色晶体，在干燥的空气中能风化，加热至100℃以上时，就会失去结晶水而成为无水物，溶于水，其水溶液呈碱性。磷酸三钠不仅是非常有效的阻垢剂，而且能在金属表面形成钝化保护膜，加上磷酸盐的水解不受温度、压力的影响，因此也常作为各种压力的汽包锅炉的锅内加药处理的药剂。Na3PO4的主要作用是：（1）能与水中的硬度物质反应，生成水渣。其化学反应式为：3CaCl2＋2Na3PO4＝Ca3(PO4)2↓＋6NaCl3CaSO4＋2Na3PO4＝Ca3(PO4)2↓＋3Na2SO43MgCl2＋2Na3PO4＝Mg3(PO4)2↓＋6NaCl3MgSO4＋2Na3PO4＝Mg3(PO4)2↓＋