第九讲工业锅炉水处理知识-2

第九讲工业锅炉水处理知识《工业水处理技术》主讲：史政海生物与化学工程学院2014.1一、工业锅炉水处理的重要性锅炉，是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所承装的液体加热到一定参数，并对外输出热能的设备。锅炉的工作介质主要是水和有机热载体水质不良对锅炉的危害（1）结垢（2）腐蚀（3）影响蒸汽品质1、结垢水质不良，是指水中含有较多的有害的杂质。这种水如果不经任何处理，一旦进入锅内，将会带来以下的危害：结垢水在锅内受热后沸腾蒸发的结果，为水中的杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，便有固体物质析出。所析出的固体物质，如果悬浮在锅水中，称为水渣；如果沉积在受热面上，称为水垢。1.1结垢的危害1.浪费燃料若结有1mm厚的水垢，浪费燃料约10%。2.受热面损坏结有水垢的锅炉，传热性能变差，燃料燃烧的热量不能迅速的传递给炉水，致使受热面金属的温度超过正常工作条件的温度，此时受热面过热。发生受热面变形、爆破、爆炸。3.锅炉出力降低结垢后，由于传热变差，要达到锅炉的额定蒸发量或额定供热量，就需要多消耗燃料。但随着结垢厚度增加，以及炉膛容积和炉排面积是一定的（燃料的供热量是一定的），燃料的消耗受到限制，因此，锅炉的出力就会降低。水垢的危害示意图锅炉内结垢2、腐蚀1）金属构件破损省煤器、水冷壁、对流管束及锅筒等构件都会因水质不良而引起腐蚀。使这些金属构件变薄、凹陷，甚至穿孔。可造成金属强度降低。缩短锅炉使用年限。尤其是热水锅炉，由于循环水量大，溶解氧含量大，发生氧腐蚀的几率大。故热水锅炉腐蚀问题更为严重。2）增加锅水中的结垢成分金属腐蚀产物（主要是铁化物），被锅水携带到锅炉受热面上后，易于其他杂质结成水垢。当水垢中含有铁时，传热效果更差。如:含有8%的铁并混有二氧化硅形成的1mm水垢，所造成的热损失，相当于4mm其他成分的水垢。3)产生垢下腐蚀含有高价铁的水垢，容易引起与水垢接触的金属铁的腐蚀。铁的腐蚀产物又容易重新结成水垢。这是一种恶性循环，它会迅速导致锅炉构件的损坏。如热水锅炉停炉期间保养不当，即可引起上述循环腐蚀。水垢及溶解氧的腐蚀炉管（水管）的腐蚀情况裂缝泥渣和水垢垢下腐蚀（电化学腐蚀）腐蚀坑3、汽水共腾•蒸汽锅炉锅筒内的水滴被蒸汽大量带走的现象，称为汽水共腾。•产生的原因1)运行操作不当或锅炉结构问题例如，蒸汽阀门开启过快；锅炉水位过高；用汽量突然增加，锅炉压力骤然降低；锅炉超负荷运行，蒸发率过大等。2)锅水中的杂质造成。当锅水中含有较多的氯化钠、磷酸钠、油质和硅化物时，或者锅水中的有机物与碱作用发生皂化时，在锅水沸腾蒸发过程中，液面就会产生泡沫，泡沫薄膜破裂后分离出很多的水滴。这些含盐量很高的水滴不断被蒸汽带走，而发生汽水共腾现象。3.1汽水共腾的危害1)蒸汽受到严重污染；2)过热器管和蒸汽流通管道产生积盐，严重时将管道堵塞；3)使过热蒸汽的过热温度下降；4)水位表内充有汽泡，造成液面分辨不清；5)产生水锤作用，易造成蒸汽系统连接处损坏；6)容易引起蒸汽阀门、回水弯头部位和过热器内的腐蚀。二、工业锅炉水处理工业锅炉水处理工作，就是采取有效措施，保证锅炉的汽、水品质，防止锅炉结垢、腐蚀及汽水共腾等不良现象发生。具体的工作任务如下：汽水监督锅炉运行时，根据国家规定的标准，对锅炉的给水、锅水以及蒸汽等进行化学分析，检查汽水品质是否符合要求。2.1锅炉用水处理锅炉用水处理包括锅外化学处理、锅内加药处理和回水处理。1）锅外化学处理是保证补给锅炉合格软化水或软化、除碱水。2）锅内加药处理是根据锅水的水质情况，向锅内定量投加防垢剂或其他药剂，以保证锅水的各项指标符合相应的标准。3）回水处理对受到污染的回水，根据污染的杂质和污染的程度采取相应的处理措施。如除油、过滤以及离子交换软化等。12/6/2019三、工业锅炉用水的主要评价指标二、含盐量含盐量是表示水中溶解盐类的总和,其单位为mg/L。由水质全分析中所测得阴、阳离子总和求得。这种测量方法操作复杂,又费时间,所以常用溶解固形物(或蒸发残渣)近似的表示。三、溶解固形物溶解固形物是水经过过滤后,那些仍溶于水中的各种元机盐类、有机物等,在水浴上蒸干,并在105~110。C下烘干至恒重所得到的蒸发残渣称为溶解困形物,其单位为mg/L。在不严格的情况下,当水比较纯净时,水中的有机物含量比较少,有时也用溶解固形物来近似地表示水中的含盐量。五、碱度碱度是表示水中能接受氢离子的物质的量,单位为mmol/L。如溶液中OH-、CO32-、HCO3-及其弱酸盐类。在天然水中的碱度主要是碳酸氢盐,有时还有少量的腐殖酸质弱酸类。锅水中的碱度主要是以OH-和CO32-的形式存在。12/6/201912/6/201912/6/2019为了反映锅炉水、汽中杂质的含量，评价和衡量锅炉安全运行状况，热力系统各部分的水汽都要进行严格的监督，看其是否符合标准，以便必要时采取措施，现对各项水汽指标监测意义作简要介绍。。为了防止蒸汽流通部分积盐，必须对锅炉生产的蒸汽品质进行监督。对汽包锅炉的饱和蒸汽和过热蒸汽品质都应进行监督。这样可以便于检查蒸汽品质劣化的原因；同时还可以判断饱和蒸汽中盐类在过热器中的沉积量蒸汽12/6/20192．饱和蒸汽和过热蒸汽含硅量。蒸汽中的硅酸会沉积在热力系统内，形成难溶于水的二氧化硅附着物，它对热力系统的安全性与经济性有较大影响。3．饱和蒸汽和过热蒸汽电导率。通过监测电导率可以间接反映蒸汽中的含盐量。由于有些锅炉给水是经过加氨处理的，因此，其样品应经过氢离子交换后，再测定电导率。4．饱和蒸汽和过热蒸汽铜、铁含量。在进行系统查定时，应测其铜、铁含量，以判明热力系统腐蚀的情况和腐蚀的原因。。12/6/2019为了防止锅内结垢、腐蚀和产生不良的蒸汽等问题，必须对锅炉水水质进行监督，监督指标如下：锅炉水12/6/20193．pH值锅水的PH值应维持在一定范围内，如果pH值较低，其危害是：水对锅炉钢材的腐蚀性增强；锅水中磷酸根与钙离子的反应，只有在pH值足够高的条件下，才能生成容易排除的水渣；为了抑制锅炉水中硅酸盐的水解，减少硅酸在蒸汽中的溶解携带量。锅水的pH值也不能太高，因为当锅水磷酸根浓度符合规定时，若锅水pH值很高，就表明锅水中游离量氧化钠较多，容易引起碱性腐蚀。4．碱度对用软化水作补给水的锅炉，应控制锅水的碱度。锅水的碱度太大时，可能引起锅炉的碱性腐蚀；使锅水产生泡沫而影响蒸汽品质；对于铆接或胀接锅炉可能发生苛性脆化。如果锅水碱度太小时，给水中的残余硬度可能会生成水垢；磷酸根与钙离子的反应难以进行；锅水对锅炉钢材的腐蚀性增强。12/6/20195．Na/PO4摩尔比（R值）锅炉采用协调PH-磷酸盐处理，不仅可以防止锅炉的碱性腐蚀，同时由于锅水中有足够的PO43-和一定的碱度，因而不会产生钙垢，也不会发生锅水pH较低引起的故障。6．相对碱度相对碱度是表示锅水中游离NaOH含量与溶解固形物的比值。对于铆接或胀接锅炉，水中游离氢氧化钠含量过高会引起锅炉金属的苛性脆化，但研究表明，当相对碱度小于某一数值时，不会发生苛性脆化，因此，规定锅水的相对碱度应＜0.2。12/6/2019给水12/6/201912/6/201912/6/2019补给水按其制取方法不同，可分软化水和除盐水等。补给水的质量，以不影响给水质量为标准。而进入水处理设备的原水也应进行必要的预处理，使其悬浮物、残余氯和耗氧量符合要求。补给水12/6/201912/6/201912/6/2019电站锅炉凝结水是锅炉给水的重要组成部分，为了保证给水的质量，必须对其进行监督。凝结水12/6/2019为了保证给水水质，疏水在送入给水系统之前，应化验疏水的含铁量和硬度。疏水从热用户返回的冷凝水，应监督其水质，确认其水质符合标准后，方可送入锅炉的给水系统。通常生产返回水监测含铁量、硬度、含油量。同时还应根据返回水的性质，增加必要的化验项目。生产返回水2019/12/6四、水的预处理概述水的混凝处理水的沉淀软化处理过滤处理膜处理技术12/6/20194.1概述天然水中常含有大量的悬浮物和胶态杂质。电厂水处理的第一步就是要除去这些杂质，即预处理。除去水中的悬浮物和胶体物质，使水得到澄清，或者预先除去部分硬度，这就是水处理的目的。预处理的目的水的预处理工艺流程一般包括：混凝、沉淀（软化）、澄清和过滤。预处理的一般工艺12/6/20194.2水的混凝处理胶态杂质和一部分粒径小的悬浮物，由于沉降速度小，以至于相当长时间仍滞留于水中，而且这部分杂质也不能用过滤的方法除去。因此实际应用中，通常是加入一种称之为混凝剂的化学药剂，使它们相互吸附粘结成较大的絮状物，然后从水中沉降分离。混凝原理常用混凝剂有铝盐和铁盐两大类，它们是一些分子中有高价阳离子的无机盐类。铝盐有硫酸铝、明矾、偏铝酸钠和聚合铝等。铁盐有硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁和聚合硫酸铁等。近年来人工合成了一些有机高分子絮凝剂，一般都是线型的高分子聚合物。有机高分子絮凝剂是一种电解质，根据电离后聚合离子所带电荷的性质，可分为阴离子型，阳离子型和非离子型三类。常用混凝剂12/6/20194.2水的混凝处理以混凝剂Al2(SO4)3为例，说明混凝原理。Al2(SO4)3投入水中，将发生电离、水解、聚合等一系列化学反应。电离：Al2(SO4)3→2Al3++3SO42-水解：Al3++H2O[Al(OH)]2++H+[Al(OH)]2++H2O[Al(OH)2]++H+[Al(OH)2]++H2O[Al(OH)3]+H+由于原水有一定碱度，即存在HCO3-，中和水解产生的H+HCO3-+H+→CO2↑+H2OAl2(SO4)3完全水解为难溶的Al(OH)3，此过程30s内完成。聚合：上述反应的同时，还会发生聚合反应，生成带正电荷的羟基多核络离子，如[Al2(OH)]5+、[Al2(OH)2]4+、[Al3(OH)6]3+等。水解生成的[Al(OH)3]互相聚集生成絮凝物[Al(OH)3]m混凝原理12/6/20194.2水的混凝处理混凝处理效果是以水中胶态杂质和悬浮物的去除率评价的。混凝过程十分复杂，影响因素很多：影响混凝处理效果的因素12/6/20194.2水的混凝处理12/6/20194.3水的沉淀软化处理水的沉淀软化法就是通过在水中加如化学药剂，是水中的钙、镁离子转变成难溶于水的化合物而沉淀出来，从而降低水的硬度。沉淀软化有热力软化法和石灰处理法，但前者不能除去非碳酸盐硬度，电厂一般不采用。沉淀软化处理概述石灰在水中溶解反应后成为熟石灰Ca(OH)2,石灰软化处理就是在水中加入Ca(OH)2，并使其首先与水中游离的CO2反应，然后多余的石灰再与水中的Ca(HCO3)2及Mg(HCO3)2反应，生成难溶于水的沉淀物而除去；石灰沉淀软化处理2232()CaOHCOCaCOHO23232()()22CaOHCaHCOCaCOHO2323222()()2()2CaOHMgHCOCaCOMgOHHO12/6/20194.3水的沉淀软化处理从上述反应可以看出，经石灰处理后，水的碳酸盐硬度和碱度同时得到了降低。至于非碳酸盐硬度，用石灰是无法消除的，虽然石灰也可以与镁的非碳酸盐硬度作用，生成沉淀，但同时却生成了等物质量的钙的非碳酸盐硬度，其反应式如下：石灰只适合处理高硬度、高碱度的原水。石灰沉淀软化处理2442()()CaOHMgSOCaSOMgOH3232322()2NaHCOCaOHCaCONaCOHO自动软化水处理设备内部结构水处理设备（四）主机头副罐主罐树脂大粒盐盐筒12/6/20194.4过滤处理过滤处理水的过滤处理是用过滤材料将水中分散的悬浮颗粒分离出来的处理过程。过滤原理过滤的作用就是通过适当的滤层较为彻底的除去水中的悬浮物杂质。首先，当水开始自上部进入滤层时，水中部分悬浮物由于吸附和机械阻留作用，被率层表面截留下来。此时，悬浮物之间会彼此发生重叠和架桥等作用，所以过了一段时间以后，在滤层的表面就好像形成了一层附加的滤膜。在以后的过滤中，这层