水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节39第3章锅炉房蒸汽和冷凝水

3.9.1水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册2253.9.2水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册水处理、储存和蒸汽锅炉排污在讨论并理解锅炉排污之前，应定义水及其含有的杂质以及相关的项目如硬度、pH值等。水是地球上最重要的原材料。它不仅是生命之源，也可用于输送和储存能量。它也称为“通用溶剂”。纯水(H20)是无味、无嗅和无色的，但纯水不容易得到。所有自然的水都含有一定量的各种类型的杂质。好的饮用水不一定是好的锅炉给水。饮用水中的矿物质容易被人体吸收，而且对身体健康很重要。但是，锅炉却不行，这些同样的矿物质滞留在蒸汽锅炉里将造成破坏。在全世界的储水量中，97%在大海，而且很大一部分被冰封存在两极，仅有0.65%可用于民用和工业。如果不是水的循环，这样小比例的水会很快被消耗(见图3.9.1)。水蒸发后变成云，它们在飘动过程中部分会冷凝作为雨水落到地上。尽管如此，不能认为雨水是纯净的，在它降落到地面期间，将溶解杂质如碳酸盐、氮等，如果在工业区，还有二氧化硫。带着这些杂质，水被地表层过滤后进入底下水层，或流过地表溶解并聚集其它的杂质。这些杂质可能在换热表面沉积：造成金属腐蚀。降低换热效率，导致过热并降低机械强度。表3.9.1表示了技术上和常用的水中杂质名称，和它们的化学符号以及它们的作用。图3.9.1典型的水循环从水面、地表和植物中蒸发降雨过滤从海洋蒸发地表和陆地的水流入海洋消耗使用井地下水位大气湿度河流海洋地下淡水交界面含盐地下水2263.9.3水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册生水质量和地区差异一个区域与另一个区域之间的水质变化非常大，取决于水源和当地的矿物质(见图3.9.2).表3.9.2提供了一个相对较小的国家如英国不同区域的一些典型的数字。表3.9.1水中的杂质名称符号俗称作用碳酸钙CaCO3白垩、石灰软水垢碳酸氢钙Ca(HCO3)2软水垢+CO2硫酸钙CaSO4石膏、巴黎灰泥硬水垢氯化钙CaCI2腐蚀碳酸镁MgCO3菱镁矿软水垢硫酸镁MgSO4明矾腐蚀碳酸氢镁Mg(HCO3)2水垢、腐蚀氯化钠NaCI食盐电解碳酸钠Na2CO3苏打、纯碱碱度碳酸氢钠NaHCO3小苏打汽水共腾，发泡氢氧化钠NaOH苛性苏打碱度、脆化硫酸钠Na2SO4芒硝碱度二氧化硅SiO2石英硬水垢软到中等软稍硬到中等硬硬到很硬纽卡斯尔利兹林肯挪威奇伦敦布赖顿南安普顿伯明翰约克图3.9.2水质的区域变化曼彻斯特加德夫布里斯托尔表3.9.2在英国水质的变化-所有杂质用mg/l碳酸钙当量表示地区碱性硬度非碱性硬度总硬度非硬度盐总可溶固体(临时)(永久)(TDS)利兹1210222446约克1569224862310伯明翰2872100130230伦敦180192372504222273.9.4水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册生水中普通杂质可分类如下:溶解固形物-所有溶于水的物质。主要是钙和镁的碳酸盐和硫酸盐，加热时形成水垢。还有其它溶解固形物，是非水垢形成盐。实际上，在锅炉内形成水垢的盐能用化学方法改变，使之产生悬浮的固体或沉渣而不是垢层。悬浮物-以悬浮的颗粒存在于水中。它们通常是矿物质或原始的有机物。这些物质一般不是问题因为它们可以过滤掉。非碱性硬度和碳酸盐(也被称为永久硬度)-这是由于钙和镁盐以硫酸盐和盐酸盐的形式出现。由于温度上升使溶解度减少使得这些盐类从溶液中沉淀出来，形成坚硬的水垢，很难去除。另外，炉水中硅的出现也导致硬垢产生，它能与钙镁盐类起反应形成硅酸盐，它能严重的阻碍热传导，造成火管过热。图3.9.3碱性或临时硬度CO2二氧化碳H20水H2C03碳酸二氧化碳和水形成碳酸H2C03碳酸CaCO3碳酸钙Ca(HCO3)2碳酸氢钙石灰(碳酸钙)被碳酸溶解形成碳酸氢钙图3.9.4非碱性或永久硬度(垢+碳酸)Ca(HCO3)2碳酸氢钙CaCO3碳酸钙CO2二氧化碳H20水蒸汽中的二氧化碳形成碳酸Mg(HCO3)2碳酸氢镁MgCO3碳酸镁CO2二氧化碳H20水同样，镁盐(碳酸镁)被碳酸溶解形成碳酸氢镁加热加热溶解气体-氧气和二氧化碳容易溶解于水。这些气体非常容易引发腐蚀。浮渣形成物质-主要是矿物杂质。例如以碳酸盐，氯化物或硫酸盐形式存在的苏打。杂质的量非常少，它们在水分析中通常用百万分之一(ppm)的重量来表示，或者毫克每升(mg/l)。下面介绍水的特性。硬度水有“软”和“硬”之分。硬水含有形成水垢的杂质，而软水很少或不含这些杂质。通过水对肥皂的效果就很容易分辨它们的差异。硬水比软水需要更多的肥皂才能起泡。钙和镁的盐类形成硬度，而且这些盐类促使形成水垢。有两种常用的硬度分类：碱性硬度(也被称为临时硬度)-钙和镁的重碳酸盐代表碱性硬度。这种盐溶解于水形成碱溶液。加热时，它分解释放出二氧化碳以及软垢和泥渣。有时使用“临时硬度”这个名称，是因为一旦沸腾硬度就没有了。这个效果就是常常在在电水壶里见到的水垢。见图3.9.3和3.9.4-后者描述的是锅炉内的情景。2283.9.5水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册非碱性硬度(永久)碱性硬度(临时)总硬度图3.9.5总硬度图3.9.6加热的效果2NaHCO3碳酸氢钙Na2CO3碳酸钠CO2二氧化碳H20水加热H20水Na2CO3碳酸钠2NaOH氢氧化钠C02二氧化碳加热总硬度＋非硬度盐，则有总可溶固体总硬度非硬度盐总可溶固体(TDS)不形成水垢的盐类非硬度盐类，如钠盐比钙和镁盐有溶解度高，一般不在锅炉换热表面形成水垢，见图3.9.6。当量当盐溶于水后就形成带电的粒子称为离子。金属部分（钙、钠、镁）被称为阳离子，因为它们被阴极吸引并带正电荷。阴离子是非金属的并携带负电荷如重碳酸根，碳酸根，氯根，硫酸根被吸引到阳极。由于碳酸钙的分子量为100，因此将每一种物质都表示为相应于碳酸钙的化学当量。pH值还有一个术语是pH值，它不是一种杂质或者成分而仅仅是一个数值，代表水中可能的氢的含量—这是一种水的酸碱性的测量方法。水有两种离子，氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)。如果氢离子占主导成分，溶液为酸性，而且pH值在0到6之间。如果氢氧根离子占主导成分，溶液是碱性，其pH值在8到14之间。如果氢离子和氢氧根离子数量相等，溶液为中性，pH值为7。酸和碱加在上述中性水样中可增加导电性。如，pH值为12水样的比pH值为7的水样有更高的导电性。表3.9.3是pH图表，图3.9.7表示了pH值和常见物质的pH值。总硬度总硬度不是一种硬度的分类形式，而是代表钙和镁离子的浓度总和，这时它们都用碳酸钙来表示。如果水是碱性的，一部分硬度数值上与总碱度相等，并也表示为碳酸钙，被认为是碱性硬度，剩下部分为非碱性硬度。(见图3.9.5)图3.9.3pH数值范围pH氢离子浓度氢氧离子浓度性质值H+OH-010010-14酸性710-710-7中性1410-14100碱性2293.9.6水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册8.4碳酸氢钠溶液(0.42%NaHCO3)12.0氢氧化钾溶液(0.056%KOH)13.0氢氧化钾溶液(0.56%KOH)13.0氢氧化钠溶液(0.4%NaOH)柠檬汁2.3葡萄酒2.8~3.8啤酒4.0~5.0牛奶6.3~6.6纯水7.0海水8.3饱和石灰水12.30.3硫酸(4.9%H2SO4)2.0盐酸(0.036%HCI)2.9醋酸(0.6%CH3COOH)3.4醋酸(0.06%CH3COOH)5.2硼酸(0.2%H3BO3)9.2四硼酸钠溶液(1.9%Na2B407)10.6氨液(0.017%NH3)11.1氨液(0.17%NH3)11.6氨液(1.7%NH3)14.0氢氧化钠溶液(4%NaOH)14.0氢氧化钾溶液(5.6%KOH)醋3.1水果汁3.5~4.0沼泽水4.00.1盐酸(3.6%HCI)1.1盐酸(0.36%HCI)1.2硫酸(0.49%H2SO4)2.4醋酸(6%CH3COOH)2.1硫酸(0.049%H2SO4)01234657891011121314pH值图3.9.7pH图表2303.9.7水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册3.9.8水处理、储存和蒸汽锅炉排污章节3.9第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册Questions1.Temporaryhardnesssaltsarereducedby:a|Raisingthewatertemperatureb|Loweringthewatertemperaturec|RaisingthepHvalued|Lettingthewatersettle2.WhatistheeffectofCO2inasteamsystem?a|Theformationofscaleb|Theformationofsludgec|Corrosiond|Acidity3.Whichofthefollowingformssoftscaleorsludge?a|Magnesiumsulphateb|Sodiumcarbonatec|Sodiumbicarbonated|Calciumbicarbonate4.Whichofthefollowingareprincipaldissolvedsolidsthatarescaleforming?a|Carbonatesandsulphatesofsodiumb|Calciumbicarbonatec|Carbonatesandsulphatesofmagnesiumd|Bicarbonateofsodiumandmagnesium5.Whatistheeffectoftemperatureoncalciumandmagnesiumsulphates?a|Theyseparateoutassoftscaleandsludgeb|Theyprecipitateoutofsolutionandformhardscalec|Foamingandcarryoveroccursd|TheTDSisincreased6.Whatisthetreatmentforscaleformingsaltsinboilerfeedwater?a|TheyarechemicallytreatedtomodifythepHb|Thefeedwatertankisraisedtoatleast85°Cc|Theyarechemicallytreatedtoproducesuspendedsolidsd|Theyareremovedbyfiltrationmeans1:a,2:c,3:d,4:c,5:b,6:cAnswers