供热锅炉水处理

碱度(暂时硬度)转变为钠盐碱度， 2NaR CaSO4 CaR 2 Na2SO4
且摩尔数相等
2NaR CaCl2 CaR 2 2NaCl
• 出水含盐量稍有增加——Na+的 摩尔质量略高于0.5 Ca2+ 、 0.5
2NaR MgSO4 MgR 2 Na 2SO4 2NaR MgCl2 MgR 2 2NaCl
▪ 钠离子交换的缺点
2NaR CaSO4 CaR 2 Na2SO4 2NaR CaCl2 CaR 2 2NaCl 2NaR MgSO4 MgR 2 Na2SO4 2NaR MgCl2 MgR 2 2NaCl
▪ 只能使原水软化，而不能除去水中碱度
▪ 为保证锅水碱度，导致锅炉排污量增大
Ca(HCO 3 )2
HT A
CaCl 2
HFT H- A
NaHCO 3
负硬度 0
H=A
A
0
0
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——水中氢氧根碱度折算成 NaOH的含量：[0H-]×40
▪ 为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标
▪ 锅炉在有高浓度NaOH和高度应力集中的情况下，
▪ 氢—钠、氨—钠及部分钠离子交换系统
▪ 软化水、降低碱度和含盐量
一、氢－钠离子交换原理及系
统
1.氢离子交换软化、除碱原理
▪ 要求：选用钠离子软化设备，采用强酸
阳离子交换树脂和顺流再生，计算交换 器的运行数据
锅炉补给水应经 软化处理。补给 水量指给水量与 合格的凝结水回 收1量m之3交差换，剂给能水 量软包化括钙蒸镁发离量子、 排污的量摩及尔设数备和
管道漏损
mol mol h
固定式阳离子交换器的 主要工艺计算
1. 离子交换器的内径d(m)
排水装置—交 换时，均匀汇 集软化水；反 洗时，均匀配 水
2 逆流式再生
▪ 盐液流向和水软化流向相
反——底部交换剂再生程度 高
▪ 盐耗低——含反离子较多的盐 液对上层失效程度大的交换剂 仍能起到较好的再生作用，盐 液充分利用
▪ 交换剂工作容量提高——上层 交换剂先与硬度高的原水接触， 能充分利用
▪ 出水残留硬度低——底部交换 反应能持续进行
水质指标
9. 亚硫酸根(SO32-)： mg／L
▪ 给水中的溶解氧可用亚硫酸钠除去 ▪ 如亚硫酸根浓度过高：增加运行费用、溶
解固形物增加
10.含油量：天然水一般不含油。 mg／L
▪ 蒸汽凝结水或给水在使用过程中可能混入 油类
▪ 锅水含油及碱类等物质，在水位表面易形 成泡沫层，使蒸汽带水量增加，影响蒸汽 品质
GB1576-2001《工业锅炉水质》
▪ 锅内加药水处理的水
质标准
▪ 额定蒸发量≤2 t／h、 且额定蒸汽压力 ≤1.0MPa的蒸汽锅炉采 用
▪ 蒸汽锅炉和汽水两用
锅炉一般采用锅外化 学处理
以H+为基本单元
热水锅炉水质标准
第二节 钠离子交换软化
▪ 离子交换水处理
▪ 原水进入锅炉之前，通过与交换剂的离子交换 反应，除去水中的离子态杂质
会产生晶间腐蚀
▪ 发生苛性脆化的部位失去了金属光泽，使锅炉受
热面发生脆性破裂
▪ 我国规定的相对碱度值必须小于0.2
水质指标
6. pH值——表示水的酸碱性指标
▪ 酸性水对金属有腐蚀性
7. 溶解氧(O2)——水中溶解氧气的浓度。mg
／L
▪ 溶解氧腐蚀金属，对压力较高、容量较大的 锅炉，锅炉给水须除去溶解氧
／L)
▪ 天然水碱度主要由HCO3－和CO32－的盐类组 成
▪ 锅水碱度主要由OH－和CO32－组成 ▪ 进入锅筒后，在不同的压力和温度下， HCO3－会
全部分解成CO32－和一定比例的0H－
▪ 水中所含的各种硬度和碱度间有内在的联
系和制约
硬度和碱度的联系
▪ 不可能同时存在0H—碱度和HCO3－碱度
三、水质指标
▪ 水质——水和其中杂质共同表现的综合特
性
▪ 水质标准——评价水质好坏的指标。两种
方法：
▪ 客观反映水中某种杂质含量的成分指标，如 溶解氧、Cl-、Ca2+等
▪ 为了技术上的需要反映水质某方面特性的技 术指标，如硬度、碱度、溶解固形物的含量 等
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。以1L水中所含固形物的mg数表示 (mg／L)
MgCO3 H2O Mg(OH)2 CO2
▪ 总硬度(H) ——溶解于水中的钙、镁离子
总量(mmol／L)
▪ 碳酸盐硬度(HT)——溶解于水中的钙、
镁的重碳酸盐和碳酸盐的含量
▪ 对于天然水，HT即钙镁的重碳酸盐含量 ▪ 又称暂时硬度——重碳酸钙、镁在水加热至
沸腾后转变为沉淀物析出。近似等于碳酸盐 硬度
2. 溶解固形物
▪ 将已被分离出悬浮固形物后的水，经蒸发、 干燥后所得的残渣(mg／L)
▪ 近似等于水中含盐量（忽略有机物含量）— —水中各种盐类总和，由水中全部阴阳离子 相加得到
3.硬度
Ca(HCO3 )2 CaCO3 H2O CO2
Mg(HCO3 )2 MgCO3 H2O CO2
受热面的壁温大为增高——管壁起疱或出现裂缝 减少管内流通截面，增加流动阻力 结垢严重时堵塞水管——导致管子烧损
保证锅炉给水品质措施
▪ 水处理任务
▪ 软化(降钙、镁盐类含量)——防止管内结垢 ▪ 除氧(减溶解气体)——减轻受热面腐蚀
▪ 水处理方法：
▪ 锅外水处理——给水预先处理后进入锅炉 ▪ 锅内水处理——水处理在汽锅内部进行
▪ 降低硬度和碱度，以达到锅炉用水的水质要求
一、离子交换剂
▪ 具有离子交换性能的物质。遇水时将其本
身所具有的某种离子和水中同符号的离子 相互交换
▪ 由阳离子和复合阴离子根两部分组成，后者是 一种不溶于水的高分子化合物 ▪ NaR——钠离子交换剂、HR——氢离子交换剂 ▪ R——复合阴离子根
▪ 反应时，复合阴离子根是稳定的组成部分，阳 离子和水中的钙、镁等离子互相交换
硬度
▪ 非碳酸盐硬度(HFT)——溶解于水中钙、镁
的硫酸盐和氯化物的含量
▪ CaCl2、MgCl2 、CaSO4和MgSO4等 ▪ 又叫永久硬度——水不断蒸发至其所含浓度超
过饱和极限时才沉淀析出。近似于非碳酸盐硬 度
▪ 硬度间关系： H＝HT +HFT
4.碱度(A)
▪ 水中含有能接受氢离子的物质的量(mmol
▪ 天然水中的杂质按其颗粒从大到小分三类：
▪ 悬浮物——水流动时呈悬浮状态存在，不溶于水的 颗粒物质，直径>10-4mm。通过滤纸可分离，砂子、 粘土及动植物的腐败物质
▪ 胶体——微粒直径10-6～10-4mm，许多分子和离子 的集合体，不能通过滤纸分离
▪ 离子和分子——水中的溶解物质(钙、镁、钾、钠等 盐类)和溶解气体(O2、CO2)。盐类以离子状态存在， 颗粒<10-6mm
供热锅炉水处理
▪ 供热锅炉供应生产用汽、采暖、通风、空
调、生活用热
▪ 锅炉房送出的蒸汽大部分不能回收，热水
亦有损失，需要一定量补给水
▪ 各种水源含有杂质，必须经过处理后才能作为 锅炉给水
▪ 锅炉房须设置水处理设备以保证锅炉给水
质量——锅炉房工艺设计中的重要工作
第一节 水中的杂质和水质 标准
一、水中的杂质
▪ 常用规格有φ500、750、 1000、1200、1500及 2000；交换器层高1.5、2、 2.5m
(2)顺流再生离子交换器运行
▪ 运行循
环
▪ 交换 ▪ 反洗 ▪ 再生 ▪ 正洗
进水装置— 交换时，使 进水分配均 匀；反洗时， 将积留的悬 浮物和破碎 树脂排出本 体外
再生液分配装 置——均匀喷 洒。当直径＜ 500mm，不专 设，将再生液 通过进水装置 分配到交换器 内
▪ 常用的离子交换剂为磺化煤和合成树脂
二、钠离子 交换软化原
理
▪ 对供热锅炉用水，钠离子交换处理用得最多。处理
后的水质特点：
• 达到了除硬目的——原水中的钙、与原水中碳酸盐硬度作用：
镁盐类变成了钠盐
2NaR Ca(HCO3 )2 CaR 2 2NaHCO3
• 达不到除碱目的——原重碳酸盐
2NaR Mg(HCO3 )2 MgR 2 2NaHCO3 与原水中非碳酸盐硬度作用：
的食盐(NaClቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ溶液进行还原
▪ 理论上还原1mol钙镁硬度需NaCl 117g。
在供热锅炉房还原1mol钙镁硬度一般采 用140～200g NaCl
CaR 2 2NaCl 2NaR CaCl2 MgR 2 2NaCl 2NaR MgCl2
三、固定床钠离子交换设备及其
运行
▪ 固定床离子交换
Mg2+
交换剂失效
▪ 运行一段时间后，离子交换剂上的钠离
子大部分转为钙、镁型，出水硬度增高
▪ 交换剂的工作能力Eg
▪ 将出水硬度达到软化水保证硬度作为交换剂 失效标志，按此计算1m3湿态离子交换剂的 软化能力。 mol／m3 或mmol／L
1m3交换剂能软化钙 镁离子的摩尔数
交换剂还原（再生）
▪ 失效后的钠离子交换剂用浓度为5～8％
固定式阳离子交换器的 主要工艺计算
3. 再生一次用盐量（再生剂
耗量）B(kg)
▪ b——离子交换剂单位再生 剂耗量， g / mol
B bEV 1000
离子交 换
软化 反洗 再生 正洗
软化+小反洗+排水 +顶压+进再生液+ 逆流冲洗+小正洗+ 正洗+大反洗
与原水中碳酸盐硬度作用：
第三节 离子交换除碱 2NaR Ca(HCO3)2 CaR2 2NaHCO3 2NaR Mg(HCO3)2 MgR 2 2NaHCO3 与原水中非碳酸盐硬度作用：
▪ H >8mmol／L，宜采用双级 钠离子交换系统
▪ 双级系统
▪ 第二级交换剂层高可较小， 可采用较高流速，对交换剂 的再生程度要求较高
▪ 节省盐量
例题
▪ 某厂锅炉房设置二台SHL10-1.3／350型
锅炉，凝结水回收率K＝30％，锅炉排污 率P＝5％；原水总硬度H＝7.8mmol／l， 查得，锅炉给水允许硬度H’＝0.03mmol ／l
▪ Q——离子交换器的出力，m3/h ▪ v——水通过交换器的空塔流速，m/h
d 4Q
v
2. 离子交换器的运行延续时间T（一般≥8~12h）
▪ V——离子交换器内装交换剂体积，m3
▪ E——交换剂实际有效工作交换容量，mol/ m3
▪ Q——软化水量，m3/h
T VE
▪ H——进出离子交换器水中总硬度之差，mol/ m3 QH
▪ HCO3－+OH－→ CO32－+H2O
▪ 水中暂时硬度都属于水中的碱度
▪ 钠盐碱度——负硬度
▪ 当水中含有钠盐碱度时，不会存在非碳酸盐硬度(永硬)
2NaHCO3 CaCl2 CaCO3 2NaCl H2O CO2
Na2CO3 CaSO4 CaCO3 Na2SO4
硬度 碱度
H>A
▪ 运行中离子交换剂层固定不动，原水由上而 下不断地通过交换剂层，完成反应过程
▪ 四个步骤
▪ 交换(软化)、反洗、还原(再生)、正洗
▪ 按再生运行的方式分
▪ 逆流再生、顺流再生
1.顺流式再生
▪交换时原水和再生时还
原液都由上向下流动
（1）钠离子交换器结 构
▪ 由交换器本体、进水装置、 排水装置、再生液分配装 置、排气管、反洗管、阀 门等组成
悬浮物和胶体杂质在水厂通过混凝和 过滤处理后大部分被清除，外观看 来澄清
混 凝 和 过 滤
二、水中杂质的危害
▪ 严重影响锅炉的安全、经济运行
▪ 部分溶解盐类(钙、镁)加热会析出或浓缩沉淀出 来。一部分成为锅水中的悬游杂质—水渣；另 一部分附着在受热面的内壁——形成水垢
▪ O2、CO2对锅炉受热面局部腐蚀（包括化学腐 蚀和电化学腐蚀） ▪ 起麻点——在金属表面产生溃伤性或点状腐蚀 ▪水穿垢孔导—热—性腐能蚀差严，重降，低可锅导炉致的事出故力和效率；
▪ 节水——废液量少而浓度低， 小反洗和正洗水量少
▪ 乱层现象
▪ 中间排水装置；压实层；顶压； 低流速
逆流再生离子交换的运行
▪ 软化 ▪ 小反洗 ▪ 排水 ▪ 顶压 ▪ 进再生
液
▪ 逆流冲
洗
▪ 小正洗 ▪ 正洗
四、钠离子交换系统
▪ 一般根据原水硬度选择离
子交换级数
▪ H<8mmol／L，采用单级钠 离子交换系统
▪ 氧气在水中溶解度随温度变化。水温越高， 溶解度愈小
8.磷酸根(PO43-)
▪ 天然水一般不含磷酸根。mg／L
▪ 锅内加磷酸盐处理——消除汽锅中的残留 硬度，使之形成松软的碱式磷酸钙水渣， 随锅炉排污带走；同时可消除一部分游离 苛性钠，保证锅水pH值在一定范围内
▪ PO43-含量不能太高——过高生成 Mg3(PO4)2水垢