锅炉给水处理

７）溶解氧（Ｏ２） 指溶解于水中的氧气含量，单位 为mg/L。水中深解氧会腐蚀锅炉设备及金属管路，所 以水中的溶解氧必须除去。 ８）磷酸根（ＰＯ４３－） 天然水中一般不含磷酸根， 但有时为了消除给水带入锅内的残余硬度或为了防止 锅炉内壁苛性脆化，可向锅内加入一定量的磷酸盐。 因此，磷酸根也作为锅水的一项控制指标。 9）亚硫酸根（SO32- ） 它是给水采用化学药剂亚硫酸 钠除氧时残留在水中的，此时，亚硫酸根也是一项控 制指标。 （10）含油量 天然水中一般不含油，可是蒸汽的凝 结水或给水在使用过程中可能混入油类，因此也规定 了锅炉给水含油量的指标，其单位为mg/L。含油量只 作为定期检测项目。
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第一节 水中的杂质和水质指标
一、水中的杂质 天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按其颗 粒 大小可分为以下三类 ： 1、悬浮物：指水流动时呈悬浮状态的物质，其颗粒 直径在10-4mm以上，通过滤纸可以分离出来。主要 是泥砂、动植物残渣、工业废物等。 2、胶体物质：是许多分子和离子的集合体，其颗粒 直径在10-6～10-4mm之间。水中胶体物质有铁、铝、 硅的化合物以及动植物的腐败物。 3、溶解物质：主要是钙、镁、钾、钠等盐类及氧和 二氧化碳等气体。这些盐类在水中大都以离子状态 存在，其颗粒直径小于10-6mm。水中溶解的气体则 是以分子状态存在的。
3）破坏水循环 锅炉水管结垢后，管内流通截面积减 小，流动阻力增加，严重时会将水管完全堵塞，破坏 水循环，最终使管子烧坏。 4）水垢清理困难 水垢的附着力很强，，清理困难， 需要耗费大量的人力和物力；还会使受热面受到损伤， 缩短锅炉的使用寿命。 二、锅炉的腐蚀 水中含有的溶解氧和二氧化碳会对锅炉的给水管路、 受热面产生化学腐蚀。这两种腐蚀均为局部腐蚀，即 在金属表在产生溃伤性或点状腐蚀，严重时使管壁穿 孔，造成事故。
2、离子交换器运行 通常分四个步骤。 （1）软化 方法 原水由上部进入交换器内分配漏斗，自上而下 均匀地流过交换剂层，软水由底部集水装置汇集，送 往软化水箱。 要求 当出水硬度超过规定的允许值时，应立即停止 软化。 （2）反洗 目的 是松动软化时被压实了的交换剂层，为还原液 与交换剂充分接触创造条件，同时带走交换剂表层的 污物和杂质。 方法 使具有一定压力的反洗水自下而上流过交换剂 层，从顶部排出。 要求 反洗强度以不冲走完好的交换剂颗粒为宜，一 般为15m/h，反洗时间一般为10～15min。
3、顺流再生离子交换器的操作 软化 阀门1和2开 反洗 阀门3和5开 再生 阀门4和6开 正洗 阀门1和6开 4、顺流再生固定床的优点： 结构简单，运行维修方便， 水质适应性强。 缺点：再生效果差，盐液 耗量大。
（二）逆流再生钠离子交换器及其运行 逆流式再生是指再生时再生液的流向和原水软化运行 时的流向相反。盐液从交换器下部进入，上部排出。 逆流再生离子交换的优点是出水质量高、盐耗低等， 所以被广泛采用。 在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的， 当再生液流速较高时，会使交换剂层产生扰动现象。 这样，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。如果发 生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。 防止乱层的措施： ①在结构上，在交换剂表面层设有中间排水装置。 ②在交换剂表面铺设150～200mm厚的压实层，（25～ 30目的聚乙烯白球或失效树脂）
二、水质指标和水质标准 （一）水质指标 用来表示水中杂质含量的指标称为水质指标。水质指 标用以表明水的品质，主要指标如下： （1）悬浮物 表示水中不溶解的固态杂质含量，即将 水样过滤后分离出的固形物。单位mg/L表示。 （2）溶解固形物 将滤出悬浮物后的水样进行蒸发和 干燥后所得的残渣（蒸发残渣）。单位mg/L表示。 （3）硬度（H） 指溶解于水中能够形成水垢的 物质。 （钙、镁盐类）因此，把水中钙、镁离子的总浓度称 为总硬度（H），单位mmol/L。 硬度又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。
（二）水质指标常用的单位 1、毫摩尔/升（mmol/L） （再数值上与习惯用的毫克 当量∕升的表示方法相符） 2、德国度（°G ） 一升水中含有硬度或碱度物质的总 量相当于10mgCaO时称为1°G。 3、百万分之一单位（ppm） 一百万份溶液中，含有 一份某种物质的量，就称为含有这种物质为1ppm。 在锅炉水分析中，为了便于计算，水中杂质都折算为 （CaCO3），即：1ppm就等于1×106mg溶液中有1mg碳 酸钙（CaCO3）。 换算关系 1mmol/L=2.8°G 1mmol/L=50.1×10-4% 1°G=17.9×10-4%。
1）碳酸盐硬度（HT）：溶解于水中的重碳酸根 （HCO3）和钙、镁形成的的碳酸盐Ca （HCO3）2 Mg(HCO3)2称为碳酸盐硬度。这些盐类很不稳定，在 水加热至沸腾后可分解生成沉淀物析出，即 Ca(HCO3)2 = CaCO3↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2=MgCO3↓+H2O+CO2↑ MgCO3+H2O=Mg(OH)↓+H2O+CO2↑ CaCO3 、MgCO3 、Mg(OH) 是松散的水渣，通过排污 排出炉外。因此也叫暂时硬度。 2）非碳酸盐硬度（HFT）：指水中的氯化钙CaCl2、氯 化镁MgCl2、硫酸钙CaSO4、硫酸镁MgSO4等非碳酸盐的 含量。这些盐类在加热至沸腾时不能立即沉淀析出， 所以又称为永久硬度。 总硬度等于暂硬度和永久硬度之和，即H=HT+HFT。
工业锅炉给水处理
7、1 7、2 7、3 7、4 7、5 7、6 7、7 水中的杂质和水质指标 锅炉受热面的结垢与腐蚀 钠离子交换软化 离子交换除碱 其他水处理方法 水的除气 锅炉排污
第七章
工业锅炉给水处理
自然界中的各种水源都含有一些杂质，不能直接用
于锅炉给水，必须经过处理符合水质标准后才能供锅 炉使用，否则会影响锅炉的安全、经济运行。因此， 锅炉房必须设置合适的水处理设备。
2、合成树脂（离子交换树脂）是人工合成的高分子化 合物。其交换能力大，机械强度高，工作稳定性较好， 近年来被广泛使用。 目前广泛采用的是阳离子交换水处理有钠离子、氢离 子、铵离子交换等方法。 通常用R表示离子交换剂中复合阴离子根。NaR表示为 钠离子交换剂，HR表示为氢离子交换剂。 二、钠离子交换软化原理 1、与碳酸盐硬度 Ca(HCO3)2+2NaR===CaR2+2NaHCO3 Mg(HCO3)2+2NaR===MgR2+2NaHCO3
水中硬度和碱度的内在关系可归结为以下三种情况：
硬度和碱度的相互关系 硬度 分析结果
H A A H
H
H-A 0 0
“负硬度”
H>A H=A H < A
0 0 A-H
５）相对碱度 指锅水中氢氧根碱度折算成游离NaOH 的量与锅水中溶解固形含量的比值。相对碱度是为防 止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标。 ６）pH值 它是表示水的酸碱性指标，指水中氢离子 浓度的负对数。 酸性水会对金属产生酸腐蚀，因此锅 炉给水要求pH>7；锅水的pH值要求控制在10～12。
（3）再生 目的 使失效的交换剂恢复交换能力。 方法 盐液由顶部多个辐射型喷嘴喷出，流过失效的 交换剂，废盐液经底部集水装置汇集。 要求 再生流速一般为4～8m/h。 （4）正洗 目的 是清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。 方法 自来水从上部进入，从下部排出。 要求 正洗水耗通常为3～6m3/m3 树脂，正洗速度为 6～8m/h，正洗时间为30～40min。 正洗结束后，又可开始软化。
三、固定床钠离子交换设备及其运行 固定床离子交换器，是指运行时交换器中的交换剂层 是固定不动的，一般原水由上而下经过交换剂层，使 水得到软化，简称固定床。 固 定 床 交 换 器 常 用 的 规 格 有 φ 500mm 、 φ 750mm 、 φ 1000mm、φ 1200mm、φ 1500mm、及φ 2000mm等，交 换剂层高有1.5m、2m及2.5m。 固定床离子交换按其再生运行方式不同，可分为顺流 再生和逆流再生两种。 （一）顺流式再生 顺流式再生是指交换运行量再生液的流动方向和原水 流动方向相同，一般均由上向下。 1、结构 它由交换器壳体、进水装置、再一液分配装 置、底部排水装置和顶部排气管等组成。（见图）
结
论
要保证锅炉的安全、经济运行，必 须对锅炉的给水进行处理。其任务是： 软化 降低水中钙、镁离子的含量 防止锅内结垢。 除碱 减低碱物质含量，以减少锅 炉排污量。 除氧 减少水中的溶解气体，减轻 对受热面金属的腐蚀。
第四节 钠离子交换软化
离子交换软化 是利用不产生硬度的阳离子（如Na+、 H+）将水中的Ca2+、Mg2+置换出来，达到软化的目的。 离子交换软化主要通过离子交换剂来实现。 一、离子交换剂 离子交换剂：不溶于水，但可用自己的离子把水溶液 中Ca2+、Mg2+离子置换出来的颗粒物质称为离子交换剂， 它是一种高分子化合物。 常用的有机离子交换剂有磺化煤和合成树脂两种。 1、磺化煤 是将烟煤破碎，用浓硫酸处理（称磺化） 而制成的。由于其交换能力小、化学稳定性差、机械 强度低、易碎。逐步被合成树脂代替。
4）碱度（A） 指水中碱性物质的总含量。例如，氢氧 根OH-、碳酸根CO32-、重碳酸根HCO3-及其他一些弱酸 盐类，都是水中常见的碱性物质。碱度的单位用 mmol/L表示。 水中所含的各种硬度和碱度，有着内在的联系和制约。 1、水中不可能同时存在氢氧根碱度和重碳酸根碱度， 因为二者会发生化学反应，即 HCO3-+OH-→CO32-+H2O 2、水中的暂时硬度是钙、镁与HCO3-及CO32-形成的盐 类，也属于水中的碱度。当水中含有钠盐碱度时，就 不会存在非碳酸盐硬度（永久硬度），即 CaSO4+Na2CO3===CaCO3↓+Ba2SO4 由上列化学反应方程式可见，水中不可能同时存在钠 盐碱度和永久硬度，所以常将钠盐碱度称为负硬度。
（三）水质标准 为防止锅炉由于结垢、腐蚀及锅水起沫而影响锅炉的 安全、经济运行，锅炉给水及锅水均要达到水质标准。 我国现行的《工业锅炉水质》标准（GB1576—2001） 适用于额定出口蒸汽压力小于等于2.5Mpa，以水为介 质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉，也适用于以水 为介质的固定式承压热水锅炉和常压热水锅炉。（见 教材）
第二节 锅炉受热面的结垢与腐蚀
天然水中的悬浮物和胶体物质在水厂里通过混凝和过 滤处理后大部分被清除。但水中的一部分溶解盐类 （钙、镁盐类）在锅炉运行时就会析出或浓缩沉淀出 来。沉淀物的一部分比较松散，称为水渣；而另一部 分附着在受热面内壁，形成坚硬而致密的水垢。 一、水垢的危害： 1、 影响传热 水垢的导热系数为钢的导热系数的 1∕50—1∕30，锅内结垢锅炉的传热能力下降，使锅 炉的排烟温度升高，耗煤量增加，效率降低。根据试 验，锅筒内壁附着1mm厚的水垢，就要多耗煤2%～3%。 2、引起爆管事故 水垢的导热性能差，受热面的壁温 大为增高，金属的机械强度下降，导致管壁起包或出 现裂缝，甚至爆裂。
随交换软化的进行，交换剂的NaR型变为CaR2和MgR2型。 交换剂已失去交换能力，则认为交换剂已经“失效”， 此时应立即停止软化。这时要对交换剂进行再生（也 称还原），以恢复交换剂的软化能力。 常用的再生剂是食盐NaCl。方法是让质量分数5%～8% 的工业食盐水溶液流过失效的交换剂层进行再生，再 生反应如下： CaR2+2NaCl===2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl===2NaR+MgCl2 再生生成物CaCl2和MgCl2易溶于水，可随再生废水一起 排掉。
2、与非碳酸盐硬度 CaSO4+2NaR===CaR2+Na2SO4 MaCl2+2NaR===MgR2+2NaCl 从上述反应得出以下结论： 1）经钠离子交换后，水中的钙、镁盐类都变成了钠盐， 因此，除去了水中的硬度。 ２）原水中的暂时硬度均转变为钠盐碱度NaHCO3，所 以，钠离子交换只能软化水，但不能除碱。 ３）由于Na+的当量值要比Ca2+、Mg2+的当量值大， 故经钠离子交换后，软水中的含盐量有所增加。