锅炉原理课件10章

第十章 供热锅炉水处理
§1.1 水中杂质及水质指标
§1.2 钠离子交换软化 §1.3 离子交换除碱
§1.4 给水除氧及锅炉的排污
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§10.1
第九章
水中杂质及水质指标
一、水中的杂质及其危害性
1．水中的杂质 杂质按其颗粒大小的不同可分成三类：颗粒最大的称为悬浮物，其 次是胶体，最小是离子和分子，即溶解物质。 1）悬浮物 悬浮物是指水流动时呈悬浮状态存在，但不溶于水的颗粒物质，其 颗粒直径在10-4 mm以上，通过滤纸可以被分离出来。主要是砂子，粘土 以及动植物的腐败物质。 2）胶体 胶体是颗粒直径在10-6~10-4mm之间的微粒，是许多分子和离子的集 合体，通过滤纸不能分离出来。它们在水中不能相互粘合，而是稳定在 微小的胶体颗粒状态下，不能依靠重力自行下沉。天然水中的有机胶体 多半是由动植物腐烂和分解后生成的腐植质，同时还带有一部分矿物胶 质体，主要是铁、铝和硅等的化合物。
17.9 ppm
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§10.2钠离子交换软化
第九章
阳离子交换法—阳离子交换剂—由阳离子和复合阴离子组成
常用的离子交换剂：磺化煤和合成树脂
常用的阳离子交换水处理有：钠离子、氢离子、氨离子等。 一、钠离子交换软化的原理
1．软化反应
1）对碳酸盐硬度作用：
Na 2 CO 3 CaSO4 CaCO 3 Na 2 SO 4
所以钠盐碱度被称之为“负硬”。 4）硬度与碱度相互关系
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
5．相对碱度——锅水中游离的NaOH和溶解固形物含量之比值。 游离NaOH是指水中氢氧根碱度折算成NaOH的含量。它是为防止锅炉 苛性脆化而规定的一项技术指标。我国规定的相对碱度值必须小于0.2。 6．pH值——表示水的酸碱性指标 当pH=7时，水呈中性，pH<7时，水呈酸性，pH>7时，水则呈碱性。 天然水的pH值一般在6~8.5范围内。呈酸性的水会对金属有腐蚀性， 因此锅炉给水都要求pH>7，而锅水的pH值通常控制在10~12。
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§10.4给水除氧及锅炉的排污
第九章
水中溶解的氧、二氧化碳气体对金属壁面会产生化学或电化学腐蚀。
气体溶解定律（亨利定律）：任何气体在水中的溶解度是与此气体在 水界面上的分压力成正比。水温升高，水蒸气的分压力增大，其他气体的 分压力降低，致使其他气体的溶解度减小。
2
2
2
1 G

10 28
mmol / L 0.357mmol / L
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
3．ppm——百万分之一，以重量或体积计算，锅炉分析 水中杂质都折算为CaCO3，同时水的密度视为1。因此
1 G 10

50.1 28
二、固定床钠离子交换设备及其运行
1．顺流式再生 1）基本构造
2）运行——运行中，有反洗、还原、正洗和交换的四个步骤
2．逆流式再生 为了克服顺流再生时底层部分交换剂再生较差的缺陷，采用 逆流再生法。
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§10.2钠离子交换软化
第九章
1）特点
（1）逆流再生离子交换出水质量高，盐耗低； （2）当再生液流速较高时，就会和反洗时一样的使交换剂层产生扰 动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，通常称为乱层。为了防 止乱层现象，逆流再生交换器在结构和运行上都有一些措施。 2）运行步骤
水渣——是锅炉给水中的一部分溶解盐类(主要是钙、镁盐类)析出 或浓缩沉淀出来并以悬游的形式存在的杂质。
水垢——是锅炉给水中的一部分溶解盐类(主要是钙、镁盐类)析出或 浓缩沉淀出来，附着受热面的内壁的杂质。 1）水渣使管内流通截面减小，容易造成堵塞，水循环受到破坏 2）水垢导热性能很差(比钢小30~50倍)，使受热面的传热情况恶化，从 而使锅炉的排烟温度升高，降低了锅炉的出力和效率。
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
水中所含的各种硬度和碱度之间有内在的联系和制约。
1）水中不可能同时存在
OH


碱度和

HCO 3 碱度，二者会起反应，即
2

OH
HCO3 CO3
H 2O
2）水中暂时硬度是钙、镁与 CO32 及 HCO 3 根的盐类，属于水中的碱度 。 3）当水中含有钠盐碱度时，应不会存在非碳酸盐硬度(永硬)，
一、给水除氧
1．热力除氧 大气式除氧器内保持的压力很低和温度为102~104℃。压力略高于大气压的目的是便于使 除氧后的气体排出器外，也不会使外界空气倒吸入除氧器内。 软水雾化，经蒸汽加热—— 一次加热和除气
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§10.2钠离子交换软化
第九章
式中：ny——还原1mmol的Ca2+、Mg2+所需的nymmol的NaCl 理论上，当ny=1时，还原1mmol所需的NaCl为43.5g； 实际上，ny=2.5~3.5时，才能完全再生，一般采用指标 140~200g/mol。
③ 由于Na+的当量值比Ca+、Mg+的当量值大，水中含盐量有 所增加；
④ 交换后，软化水残留硬度一般控制在0.03~0.1mmol/L。
2．再生原理
CaR2 2n y NaCl 2 NaR 2(n y 1) NaCl CaCl2
MgR2 2n y NaCl 2 NaR 2(n y 1) NaCl MgCl2

2）永久硬度(HFT) 非碳酸盐硬度：CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4等。这些盐类在加 热至沸腾时不会立即沉淀，只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过 饱和极限时才会沉淀析出。 4．碱度(A) ——指水中含有能接受氢离子的物质的量，单位为mmol/L 3 常见的碱性物质： OH 、 CO32 HCO 3 、PO4 以及其他一些弱酸盐类(诸 、 如硅酸盐、亚硫酸盐，腐植酸盐)和氨等。在天然水中，碱度主要由盐类 组成。
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
（1）在汽锅内壁附着1mm厚的水垢，就要多消耗煤2~3%左右 （2）受热面的壁温大为增高，引起金属的过热而使其机械强度降低，导 致管壁起疱或出现裂缝。 （3）锅炉水管内壁结垢后，使管内流通截面减小，水循环的流动阻力增 大，甚至堵塞，导致爆管。 3）当悬浮物、油脂及盐分等浓度达到某一限度时，锅水的蒸发面上 便会产生大量泡沫和形成汽水共腾现象，造成蒸汽大量带水（或假水位 ），严重影响蒸汽品质，同时还会造成过热器及蒸汽管道中的积盐及结 垢现象。而使管壁温度增高，以致烧损。 4）O2和CO2会对锅炉的受热面产生化学腐蚀。锅炉的给水和锅水又 都是电解质(酸、碱、盐的水溶液)，金属在电解质中会产生电化学腐蚀作 用。这两种腐蚀均为局部腐蚀，即在金属表面产生溃伤性或点状腐蚀， 俗称“起麻点”。腐蚀到一定阶段，常形成穿孔，造成锅炉事故。
7．溶解氧(O2)——气体能溶解于水中，诸如氧、氮和二氧化碳等气体。
水温愈高，则气体溶解度愈小。其中溶解氧会腐蚀金属，所以对压力 较高、容量较大的锅炉，给水必须除去溶解氧。含氧量的单位是mg/L。
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
3 8．磷酸根( PO4 )——为消除锅炉给水的残留硬度或避免腐蚀向锅内加 入一定量的磷酸盐，磷酸根也作为锅水的一项控制指标。
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
3）溶解物质 天然水中的溶解物质主要是钙、镁、钾、钠等盐类和一些溶 解气体。 （1）盐类
这些盐类大都是以离子状态存在，其颗粒小于10-6mm。
Ca2+：石灰石(CaCO3)和石膏(CaSO4•2H2O)的水溶解后； Mg2+：白云石(MgCO3· CaCO3)受含CO2的水溶解而成。
H H T H FT
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
Ca( HCO3 ) 2 CaCO3 H 2 O CO2
Mg ( HCO3 ) 2 MgCO3 H 2O CO2


MgCO3 H 2 O Mg (OH ) 2 CO2
二、水质指标
1．悬浮固形物——水通过滤纸后被分离出来的固形物，经干燥 至恒重，是以1L水中所含固形物的mg数来表示，单位：(mg/L)。
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§10.1水中杂质及水质指标
第九章
2．溶解固形物——已分离出悬浮固形物后的水，经蒸发、干燥后所得 的残渣，单位为mg/L。 通常用溶解固形物作为含盐量的近似值。 3．硬度(H)——指溶解于水中能形成水垢的物质(钙、镁)的含量，单位 mmol/L 总硬度(H)——水中钙(Ca2+)，镁(Mg2+)离子的总含量，即： 1）暂时硬度(HT) 碳酸盐硬 度：是 指溶 解于水 中的 重碳酸 钙 Ca(HCO3)2、重 碳酸 镁 Mg(HCO3)2 和钙、镁的碳酸盐。一般天然水中重碳酸钙、镁在水加热至 沸腾后能转变为沉淀物析出。由于水中尚溶解少量的CaCO3，故暂时硬 度近似于碳酸盐硬度。
2 NaR MgSO4 MgR2 Na2 SO4