提高锅炉给水质量减少锅炉排污调高锅炉效率的途径和方法一Word文档下载推荐.docx
《提高锅炉给水质量减少锅炉排污调高锅炉效率的途径和方法一Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《提高锅炉给水质量减少锅炉排污调高锅炉效率的途径和方法一Word文档下载推荐.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
CaCl2
腐蚀
碳酸镁
MgCO3
硫酸镁
MgSO4
明矾
碳酸氢镁
Mg（HCO3）2
泻盐
水垢，腐蚀
氯化钠
NaCl
食盐
电解
碳酸钠
Na2CO3
苏打，纯碱
碱化
碳酸氢钠
NaHCO3
小苏打
发泡
氢氧化钠
NaOH
苛性苏打
碱化，脆化
硫酸钠
Na2SO4
芒硝
二氧化硅
SiO2
石英
水中的化学物质
上表列出了原水中常见杂质的名称、化学符号、俗称和影响等。
这些杂质可以分为：
可溶固体
形成水垢的物质。
主要是钙和镁的碳酸盐和硫酸盐。
并非所有的可溶固体都会形成水垢。
悬浮固体
形成淤泥的物质。
通常是固体矿物质或有机颗粒。
大多数的水中没有这一问题。
可溶气体
腐蚀性杂质。
氧气和二氧化碳都能溶于水中。
形成浮渣的物质
产生泡沫的矿物质。
通常是碳酸盐、氯化物或硫酸盐型式的苏打。
事实上，所有在锅炉中会产生水垢的盐分都应该被化学处理以生成悬浮固体或淤泥，而不是水垢。
水中杂质的含量极小，常见的表示方法有ppm（partspermillion），或mg/L（毫克每升）。
硬度
水被分为硬水和软水。
硬水中含有形成水垢的杂质，而软水中没有或含有的水垢杂质少。
从瓦特节能的“锅炉给水处理手册”中可以知道它们间的不同可以通过对肥皂的影响来认识。
硬水比软水需要更多的肥皂来起泡。
硬度是由于矿物盐如钙盐和镁盐的存在而引起的。
正是这些物质形成水垢。
硬度有两种通用的分类方法：
碱性硬度（临时硬度）
碱性硬度主要是由钙和镁的碳酸氢盐引起的。
这些盐溶解在水中，形成碱性溶液。
受热后分解，产生二氧化碳并形成软性水垢或淤泥。
有时也称为临时硬度，因为它们可以通过加热沸腾而去除。
非碱性硬度和碳酸盐（永久硬度）
这同样是由于钙盐和镁盐的存在，但此时是碳酸盐和硫酸盐。
随着温度升高，它们的溶解度降低，从水中析出，形成难以去除的硬水垢。
锅炉水中硅的存在也会引起硬水垢。
硅会和钙盐和镁盐反应形成硅酸盐，这将严重的阻碍热量的传递并引起金属过热。
总硬度
在瓦特节能的“锅炉给水处理手册”中指出锅炉给水的总硬度并不是指一种硬度的型式，而是将钙离子和镁离子的浓度都表示为CaCO3时的总量。
如果水是碱性的，总硬度的一部分表示为碱性硬度，而其余的则为非碱性硬度。
（见图4）
二氧化碳与水反应形成碳酸。
石灰（碳酸钙）被碳酸溶解形成碳酸氢钙。
水/二氧化碳
蒸汽中的二氧化碳溶解在凝结水中形成碳酸。
水垢+碳酸
同样，镁盐（碳酸镁）被碳酸溶解形成碳酸氢镁。
水垢+碳酸
非水垢形成盐
锅炉水中也存在一些非硬度盐如钠盐，其溶解度远大于钙盐和镁盐，在锅炉表面通常不会形成水垢，如图5所示。
总硬度+非硬度盐，则有：
总可溶固体
对应当量
盐溶解在水中，形成电解微粒即离子。
金属离子（钙、钠、镁等等）被阴极吸引，称为阳离子，带正电。
非金属离子为阴离子，带负电－－如碳酸氢离子、碳酸离子、氯离子、硫酸离子等，被阳极吸引。
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。
原水质量和地区差异
瓦特节能的“锅炉给水处理手册”中指出各地方的水质由于水源、矿产等的不同而有很大的差异。
所有硬度均表示为碳酸钙对应当量mg/l
地区
碱性硬度（临时）
非碱性硬度（永久）
非硬度盐
总可溶固体（TDS）
Leeds
12
10
22
24
46
York
156
92
248
62
310
Birmingham
28
72
100
130
230
London
180
192
372
50
422
各地水质差异
pH值
瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出必须考虑的另一项值是pH值，用来度量水的酸性或碱性。
水，H2O，有两种离子－－氢离子（H+）和氢氧离子（OH-）。
PH值
氢离子浓度
H+
氢氧离子浓度
OH-
性质
10-14
酸性
7
10-7
中性
14
碱性
表3pH值
当氢离子占主导时，溶液为酸性，pH值在0－6之间。
当氢氧离子占主导时，溶液为碱性，pH值在8－14之间。
当氢离子和氢氧离子相等时，溶液为中性，此时pH为7。
酸性或碱性对水的电导率有影响。
例如，pH值为12的水样其电导率将大于pH值为7时的电导率。
pH表
图7的pH表显示了pH的数值以及相应的日常物质。
pH：
酸性或碱性的量度：
PH<
7=酸性
PH7=中性
PH>
7=碱性
pH表
水处理
目的
蒸汽锅炉的运行目标可以表示如下：
∙工作寿命长
∙效率最大
∙运行安全
∙维修量小
锅炉给水的水处理质量将有助于实现上述的目标。
我们必须在如下的一些要求下运行锅炉：
无水垢
如果给水的硬度高，且未用化学方法控制，则会在锅炉传热面形成水垢，降低传热率和效率－－这样就需要频繁的清洗锅炉。
在极端情况下，会出现局部热点，导致锅炉的机械损伤或火管故障。
无腐蚀和化学侵蚀
当水中含有可溶气体，尤其是氧气时，就可能会腐蚀锅炉的表面、管道和其它设备。
如果水的pH值过低，酸性溶液将侵蚀金属面。
如果水为碱性，则会有其它的问题如发泡，稍后解释。
苛性脆化或苛性裂纹会引起金属的微小裂纹，因此必须防止其发生。
其原因是由于氢氧化钠的浓度过高。
与老式的铆接锅炉相比，除了管路末端区外，现代的焊接锅炉通常不会出现这种问题。
高质量蒸汽
瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出如果锅炉给水中的杂质处理不当，锅炉水将被携带进入蒸汽系统。
两种因素会引起水携带。
1.汽水共腾：
是指锅炉水喷射进入蒸汽系统中，通常是由于下述原因引起的。
∙在过高的水位下运行锅炉。
∙在低于锅炉设计压力下运行锅炉。
这将增大蒸汽的比容和流速。
∙过大的蒸汽负荷。
2.发泡：
是由于水的化学状态引起的。
蒸汽汽泡很小，不破裂，并被携带进入系统中。
∙进入蒸汽系统中的携带固体会沉积并堆积，从而引起阀门的堵塞。
安全
由于水垢引起的过热和由于可溶气体引起的腐蚀所带来的危险是很容易理解的。
在极端情况下，发泡、水垢和淤泥会使锅炉水位控制感应到不正确的水位－－从而引起极大的危险。
锅炉产生蒸汽，在锅炉给水中含有的各种杂质并不会随水蒸发，而是在锅炉中积聚。
根据杂质的性质和锅炉内状态的不同，各种杂质可能：
在锅炉加热面形成水垢；
形成悬浮固体或淤泥；
或继续溶解在锅炉水中。
因此，必须对锅炉给水进行水处理，以减小腐蚀，避免结垢和减少发泡和汽水携带等等。
通常，只要可能，给水处理应在锅炉外进行。
给水
锅炉产生蒸汽，锅炉中的水被蒸发，因此必须不断的泵给水进入锅炉中。
蒸汽通过蒸汽管网进入各种不同的蒸汽使用设备后，又会重新回到热水状态－－凝结水。
除非在加热过程中存在污染，否则凝结水都是高质量的热水，因而也是优良的锅炉给水。
因此，尽可能多的回收凝结水具有很好的经济性。
回收所有的凝结水几乎是不可能的。
此外，一部分蒸汽会被用于直接加热设备如加湿器，同时还有部分水的损失如排污。
因此，为了维持正确的水位，必须加入补充水。
这部分补充水必须经过水处理。
典型回路
瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出，锅炉给水的化学处理取决于下述的一些因素：
∙补充水中含有的杂质和硬度。
∙回收的凝结水量和水质，包括凝结水的pH值、TDS值和硬度。
∙锅炉及其运行状态的设计要求。
具体的水处理系统请与水处理专家探讨。
外部水处理
外部水处理形式包括：
1.石灰和石灰/苏打软水法
2.离子交换：
a-碱交换
b-脱碱作用
c-脱矿作用
3.逆向渗透
在第
（1）中情况中，在石灰的软化作用下，熟石灰（氢氧化钙）与碳酸氢镁和碳酸氢钙反应，形成可去除的淤泥。
这降低了碱性（临时）硬度。
石灰/苏打（纯碱）通过化学反应降低非碱性（永久）硬度。
逆向渗透（3）是这样一个过程：
纯水通过半透膜，而杂质则不能通过。
但使用最为广泛的则是第2类－离子交换。
因此我们将对此作一些介绍。
碱交换软化器
离子交换
离子交换剂是一种不溶材料，通常是0.5/1.0mm的树脂小球。
通常树脂小球以填充床的形式，放在一个玻璃增强塑料压力罐中。
树脂球是疏松多孔和亲水的－－因此会吸水。
树脂球的内部是离子群，带相反电荷的流动可交换离子。
这些流动离子能被包围着树脂的相似的溶解在水中的带电离子替换。
碱交换软化
这是离子交换最简单的形式，同时应用也最广泛。
首先，将7－12％的盐水溶液（氯化钠或食盐）通过树脂床来活化树脂或使树脂带电荷，使树脂富含钠离子。
随后，将需要软化的水由泵作用通过树脂床，此时发生离子交换。
钙离子和镁离子从树脂中置换钠离子，水中留下的是钠盐。
因为钠盐在水中的溶解度非常高，不会在锅炉中形成有危害的水垢。
上图中可见，硬性离子被钠离子交换。
用钠离子碱交换法，水的总可溶固体量（TDSppm）没有降低，pH值也没有变化。
我们所做的是将一种有危害的会形成水垢的盐置换为一种危害更小的非水垢形成的盐。
由于TDS值没有变化，树脂床的损耗不能由电导率（或TDS）的增加来检测。
因此，需要定时的活化树脂床，或根据总流量活化。
软化器相对较便宜并能可靠的使用多年。
甚至在高碱性（临时）硬度地区，只要凝结水的回收率高>
50％，它也能成功的使用。
当凝结水回收很少时，就需要一种更先进的离子交换型式。
有时，也会使用石灰/苏打软化处理作为碱交换的预处理。
这可以减少树脂的负载。
脱碱作用
碱交换软化的缺点是TDS值和碱性没有降低。
这一缺点可以通过先脱碱来克服。
此时通常使用脱碱装置来实现。
脱碱装置的型式有多种，但最常见的是如图10所示的装置。
它由三部分组成，一个脱碱器，一个脱气装置和一个碱交换软化装置。
脱碱设备可以去除临时硬度，如下图所示。
通常，当在补充水所占的百分比高时使用脱碱装置。
1
2
3
4
5
2H2CO3
H2O
MgCl2
2NaCl
PH7.6
pH4.5–5.0
pH4.5-5.0
pH7.8-8.5
脱碱装置
脱碱器
上面显示的系统有时被称为“分流”软化。
很少会单独使用脱碱器（无碱交换软化器），因为此时产生的溶液为酸性，将引起腐蚀，同时永久硬度也将直接进入锅炉。
脱碱器的工作
2NCl
H2SO4
Na2SIO3
H2SIO3
pH7.6
pH2.0-2.5
pH8.5-9.0
脱矿器的工作
脱矿作用
将原水通过阳离子和阴离子交换树脂来进行水处理。
有时，这些树脂放在一个容器中，这被称为“混合床”脱矿作用。
该过程能去除所有的矿物质，产生非常高质量的水，几乎不含有可溶固体。
它用于压力极高的锅炉如电厂。
如果原水中的悬浮固体量很多，将很快的沾污离子交换材料，极大的增加运行成本。
在这种情况下，需要对原水进行预处理，如澄清或过滤。
总结
根据不同的水处理过程，我们可以对水处理的质量作一个总结，见下表。
硬度ppm
非硬性盐
TDS
过程
非碱性
Ppm
原水
200
60
石灰
30
58
138
石灰/苏打
108
石灰/碱交换
133
碱交换
255
脱碱作用
115
脱碱作用+碱交换
110
脱矿作用
逆向渗透
20
6
31
从上表来看，可能会认为应该使用脱矿装置。
然而，每个系统都有不同的投资成本和运行成本，见下表。
相应成本
系统型式
投资成本
运行成本
15
给水槽
锅炉给水槽用来储存补充水和回收凝结水，其重要性经常被低估。
在锅炉房中，很多的设备都有两套以备损坏，但却很少会有两个给水槽。
同时，瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出给水槽的设计也往往是在设计过程的最后阶段才考虑。
通常，冷态的补充水和回收的凝结水都进入
升级会员 