干熄焦锅炉用水处理.docx

1、干熄焦锅炉用水处理第五章 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

2、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

3、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XX。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100200mg/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51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

4、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51 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

5、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

6、。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

7、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

8、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mmolL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C

9、a2+ 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mmolL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、

10、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

11、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）

12、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

13、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52的规定。表52 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MPamolLgL汽包炉3.85.85.912.612.715.615.718.33.02.02.00157775030202010555应保证蒸汽中二氧化硅符合标准直流炉5.918.3071051020锅炉给水的pH值、联氨和油的含量，一般应符合表53的规定。炉 型锅炉压力 MPapH (25)联氨 gL油 mgL汽包炉3.85.88

14、.59.21.05.912.612.715.615.718.38.89.3或9.09.51050或10300.3直流炉5.918.3(加热器为钢管)(挥发性处理)表53 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54控制。 表54 锅炉补给水的水质标准种 类硬度molL二氧化硅 gL电导率(25)Scm碱 度mmolL一级化学除盐系统出水O10010一级化学除盐混床系统出水0200.3石灰、二级钠离子交换系统出水5.0O81.2氢钠离子交换系统出水5.00.30.5二级钠离子交换系统出水5.0（三）锅炉水质量标准（1）干熄焦系统一般采

15、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55的规定控制。表55 汽包锅炉采用磷酸盐处理时，其锅水磷酸根含量和pH值锅炉压力磷 酸 根 mg/LpHMPa单段蒸发分段蒸发(25)净段盐段3.85.8515512759115.912.621021050910.512.715.628284091015.718.30.53910（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56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

16、尔比值一般应维持在2.32.8。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56 炉水的含盐量和二氧化硅含量锅炉压力含盐量二氧化硅MPamgL5.912.610020012.715.65004515.718.320O25（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57的规定。表57 蒸汽和过热蒸汽质量炉 型锅 炉 压 力钠 gkg二氧化硅MPa磷酸盐处理挥发性处理gkg汽包炉3.85.815205.91

17、8.31010直流炉5.918.310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）工艺或两者相结合的工艺。主要根据原水水质和操作要求来选择哪种工艺。除盐的方法主要有蒸馏法、离子交换法、膜分离法及膜分离-离子交换法等。生产实践表明：离子交换法具有出水纯度高，操作技术较易掌握，供水水质安全可靠等优点。一般认为：当原水含盐量小于50

18、0mgL时，利用离子交换法来制取锅炉补给水是比较经济可靠的。表58列举了常用除盐方法的适用范围。二、预处理 天然水中含有大量的悬浮物和胶体类杂质，如果不首先除去，将影响离子交换工序的正常运行。因为水中的悬浮物杂质将在管道中和水处理设备中沉积，引起堵塞和磨损；悬浮物和胶体类杂质等还会沉积在离子交换剂表面。使交换容量下降或损坏离子交换树脂。干熄焦系统用水首先要除去悬浮物和胶体类杂质，以减少其对离子交换树脂的损害，提高树脂的使用寿命。所以在干熄焦水处理系统中，首先要进行机械化过滤器的过滤。表58 不同除盐方法的适用范围及特点方法蒸 馏离 子 交 换膜 分 离电渗析反渗透原理利用水沸腾所产生的不含盐分

19、的水蒸气，经冷却凝结后得到的淡水利用离子交换剂上的可交换阳离子(H+)和阴离子(OH-)去交换掉水中的杂质离子，以达到用水水质要求利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场的作用下，由水中成盐离子定向迁移而得到的除盐水利用渗透膜对水分子优先透过的原理，以大于渗透压的盐水压力，使盐水中的水分子透过半透膜，从而获得除盐水的方法水质纯度电导率一般110s/cm最好O5s/cm一级复床：电导率一般小于5s/cm最好为O5s/cm混床(强强)：电导率一般小于O2s/cm最好为0.05s/cm除盐率50%80%除盐率85%95%工艺特点 (1)适用于水源水质很差，锅炉补给水量不大的场合 (2)成本较高，单位体

20、积出水量较多，但运行较为复杂 (3)蒸发过程中，易带走挥发性杂质(例如氨)，而在冷却过程中又易于带入C02，所以虽经多次蒸馏仍不能满意地除去水中杂质 (4)蒸发进行很慢(1)适用于处理含盐量小于500mg/L的原水(2)出水纯度高 (3)供水水质安全可靠 (4)操作技术较易掌握 (5)需用大量化工原材料，易对环境造成污染 (6)设备较多，系统复杂，投资较大目前在锅炉补给水处理中，常置于预处理和离子交换工艺之间进行高含盐量(500mg/L以上)的原水 “预脱盐”处理 机械化过滤器一般是采用单流式机械过滤器，它的进水和出水都只有一路。单流式机械过滤器的本体是一个圆柱体钢制容器，有的还有进压缩空气的

21、装置。器外设置各种必要的管道和阀门，器内装备有使水沿过滤器的截面均匀分配的进水装置和使水汇集或反洗的排水系统。过滤器是上层装有滤料（例如：无烟煤）下层装有石英砂或瓷球的容器。正常工作时上层进水，下层出水。当初次使用或使用过程中压降升高到一定程度后要进行反洗和正洗操作，以清除滤料中的杂质，使正常运行时出水悬浮物低于2mg/L。三、离子交换除盐工艺当含有各种离子的原水通过H型阳离子交换树脂时，水中的阳离子被树脂吸附。树脂上的可交换H+被交换到水中，与水中的阴离子组成相应的无机酸。Ca2+2RHR2Ca+2H+Mg2+2RHR2Mg+2H+Na+RHRNa+H+将含有无机酸的水再通过OH型阴离子交换

22、树脂时，水中的阴离子被树脂吸附，树脂上的可交换OH-被交换到水中，并与水中的H+生成水，其反应如下： H2S04+2ROHRHS04+H20 HCL+ROHRCL+H20 H2C03+ROHRHC03+H20 H2Si03+ROHRHSi03+H20 这样，原水在经离子交换除盐工艺处理后，即可将水中的成盐阳、阴离子去除，从而获得了除盐水。除盐水可以满足中、高压锅炉对补给水质的需求，这种离子交换除盐工艺也有称作化学除盐工艺。根据离子交换除盐工艺流程的不同，常用离子交换除盐工艺可分为：复床式除盐工艺；混床式除盐工艺；复床混床式除盐工艺和膜分离离子交换除盐工艺等。（一）复床式除盐工艺复床式除盐工艺是

23、离子交换除盐工艺中最常用的一种。H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂分别装在两个交换床的形式，称为复床式。原水一次相继通过H型阳离子交换床(简称“阳床”)，和OH型阴离子交换床(简称“阴床”)来进行除盐的形式称为一级复床式除盐，工艺流程如下：原水阳床除碳器阴床供出复床式除盐工艺系统投资少，运行简单，适用于进水含盐量较低、强酸阴离子总量小于1.5mmoLL、碱度小于0.6mmoLL的原水处理。中压锅炉的给水处理多采用一级复床式除盐工艺。（二）混床式除盐工艺混床式除盐工艺如下所示：原水混床供出当混床失效后，可利用离子交换树脂的密度差，通过反洗的方法使其分层，然后分别进行再生。与复床式除盐工艺相

24、比，混床式除盐工艺有出水水质好、运行稳定和交换终点明显等优点。混床式除盐工艺通常用于原水含盐量较低(例如小于200mgL)，碱度较低，阳离子量较小，对出水纯度要求较高的场合。但混床式除盐工艺离子交换树脂交换容量低，经济性较差，再生时操作复杂。所以一般不单独用于锅炉给水处理。（三）复床混床式除盐工艺 当要求处理水的纯度较高或原水水质较差时，通常采用复床混床式除盐工艺。高压及高压以上锅炉常采用复床混床工艺系统来制取纯度很高的补给水，工艺流程如下： 原水阳床除碳器阴床混床供出一般讲，经复床一混床除盐工艺处理后的出水，其H2Si03-小于20SL，电导率小于0.2Scm，可以满足高压锅炉对补给水水质的

25、要求。适用于处理进水含盐量较高(例如大于500mgL)，总阳离子量较高(例如大于4mmolL)的水质处理。四、膜分离离子交换工艺膜分离离子交换除盐工艺流程如下：原水膜分离装置除盐装置供出膜技术是近30年发展起来的一种高新技术，在能源、电子、石化和环保等各个领域发挥着重要作用。膜技术是当今水处理研究中最活跃的领域，其应用比较广泛。其中包括海水淡化、苦咸水淡化、废水处理和给水处理，用膜法可制取矿泉水、纯净水和优质饮用水等。膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法总称。溶剂透过的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透和膜滤(微滤、纳滤、超滤)，

26、其次还有自然渗析和液膜技术。从材料上分，膜主要分为有机膜和无机膜。用于水处理的膜分离法有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)和电渗析(ED)等。下面简单介绍用于水处理的几种典型膜法特点和作用。1电渗析电渗析(ED)是以直流电为推动力，并利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子选择透过性而使溶液中溶质与水分离的一种物化过程。1952年美国Ionics公司研制成功世界上第一台电渗析器，并用于苦咸水淡化制取生活饮用水。70年代“频繁倒极电渗析技术”(EDR)开发成功，使电渗析装置运行更加方便和稳定。1965年我国第一台电渗析装置研制成功。1967年开始工业生产异相离子交换膜，现已在海

27、水、苦咸水淡化制取生活饮用水和工业生产纯水、超纯水等领域得到广泛应用。2反渗透反渗透(RO)是以压力为推动力，并利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性而从水体中提取纯水的物质分离过程。可见，实现反渗透过程的必要条件一是须有高选择性和高透水性的半透膜，二是操作压力必须高于溶液渗透压。1960年Loeb等人制得了世界上第一张高脱盐率和高通量的不对称型醋酸纤维素(CA)反渗透膜。后来国外相继开发成功芳族聚酰胺(PA)中空纤维膜、聚酰胺复合膜及卷式膜件。1965年我国开始研发反渗透膜技术，1982年我国开发成功国内第一个CA卷式膜元件。1991年我国用国产CTA中空纤维反渗透膜组件成功生产食

28、用纯净水。在我国，反渗透膜主要用于海水和苦咸水淡化、锅炉补给水处理、饮用水制备和废水处理。我国将反渗透膜技术用于制备饮用水，特别是纯净水生产。净水器制造业发展很快，目前全国纯净水生产厂约二、三千家，这对提高饮用水质、减少供水系统二次污染和节水都有积极意义。3超滤超滤(UF)是以压力为推动力，并利用超滤膜的不同孔径将液体进行分离的物理筛分方法。1965年美国Amicon公司在世界上首先开发成功中空纤维式超滤器，并投放市场。近些年来，日本盛行的超微滤技术所用膜孔径约为0070.08m，膜通量远大于传统超滤膜，现已成为世界超滤膜的主流。70年代初我国开始研究超滤技术，先后开发成功CA管式膜组件、聚砜

29、(PS)中空纤维膜组件和聚丙烯腈(PAN)中空纤维膜组件，并得到较为广泛的应用，其中PAN中空纤维膜组件在水处理中应用较多。国产超滤膜组件在饮用水除菌和降浊方面得到大量应用，尤其是由大孔和不易堵塞的长寿命超滤膜制作的净水器颇受用户欢迎。4微滤微滤(MF)是一种精密过滤技术，膜孔径一般为0.11.5m，介于常规过程与超滤之间。1952年德国Sartorius公司首先生产经营CN微孔滤膜，随后美国、英国、日本和原苏联都相继建立、形成了各自的微滤工业，其应用范围相当广泛。MF膜为低压膜滤，进料压力小于0.2MPa，一般采用0.2m额定孔径中空纤维膜处理地下水和地表水，以除去水中颗粒物、浊度和原生动物等。1994年世界上第一座处理地面水的大型微滤水厂在美国加州SanJose建成投产，将原水浊度由250NTU降低到0.03NTU。20世纪70年代初我国开始研究微滤膜。先后开发成功混纤维片以及聚砜、尼龙和聚偏氟乙烯等膜片，特别是生产出标准折叠式滤芯，并得到广泛应用。5. 纳滤纳滤(NF)介于反渗透和超