蒸汽冷凝水呈酸性的机理分析

２ 冷凝水呈酸性的原因分析
蓄热器
分汽缸
中央空调
制冷设备
冷凝水呈酸性，并不是在供汽用汽系
锅炉
统中的某一步形成的，而是与整个系统的
全过程有关，因此，对于冷凝水呈酸性的
分析，准备从进水这一步开始，分如下几
步来分析。
热力除氧器 钠离子பைடு நூலகம்换器 储水池 冷凝水回收装置 冷凝水回缸
冷凝水一般由冷凝水回收装置直接输入热力除氧器，但由于水质 呈 酸 性 ，不 得 不 排 到 储 水 池 中 ，待 重 新 处 理 利 用 。
综上所述，冷凝水呈酸性的原因可概括为如下几 点： （１） 处理前的水中含有碳酸氢镁和碳酸氢钙杂质， 经钠离子交换树脂处理后全部转化为碳酸氢钠。 （２） 碳酸氢钠在锅炉内反应生成氢氧化钠和二氧 化碳气体，氢氧化钠能使蓄热器和锅炉水呈碱性。 （３） 二氧化碳气体能在饱和蒸汽冷凝水中部分溶 解，因而使得饱和蒸汽冷凝水的 ｐ Ｈ 降低。 （４） 二氧化碳在冷凝水中能大量溶解，最终使得冷 凝水呈酸性（ｐ Ｈ ＝ ５ ． ４ ）。
［参考文献］
［１］ 周本身．工业水处理技术．北京：化学工业出版社
［２］ 张爱友．回收高温冷凝水应注意的问题．节能与环保２００（３ １）
48 月刊·2003.No.3
２．１ 关于进水的水质介绍 天然水中溶解有各种盐，这些盐类是 以各种离子形式存在于水中的。其中，阳 离子主要有 Ｃ ａ ２＋ 、Ｍ ｇ ２＋、Ｎ ａ ＋、Ｃ ｕ ２＋ 、Ｆ ｅ ２＋
１．２ 各部分水汽的水质分析结果
等，阴离子主要有 ＣＯ３２－、ＨＣＯ３－、Ｃｌ－、ＳＯ４２－ 等，水的硬度是由水中的 Ｃ ａ ２＋、Ｍ ｇ ２＋ 的存在引起的，存
３ 冷凝水呈酸性的解决途径 因为冷凝水呈酸性主要是由于碳酸氢钠盐在系统 内反应引起的，因此，可想办法消除碳酸氢根离子。 ３．１ 对水处理系统进行改进，可增加氢离子交换器和除 碳器 其流程可分为二种类型： （１） 并联型 其流程如图：
Ｎ 自来水→
→
ａ
Ｒ
交换器→碱性水→ 按一定比混合→除碳器
硬水通过固定床钠离子交换器后变成软水，其反应
Ｎａ＋ ＝ ３．５ｍｇ／Ｌ；Ｆｅ２＋＝２３．６７ μ ｇ／Ｌ；
原理如下：
Ｃｕ２＋＝１１．４２ μ ｇ／Ｌ；ｐＨ＝９．８９。
（钠离子交换树脂用 Ｎ ａ Ｒ 符号表示，其中 Ｒ 表示阴
③冷凝水回收罐的水质分析：
离子部分，Ｎ ａ ＋ 表示阳离子）
Ｎａ＋ ＝ ０．２３ｍｇ／Ｌ；Ｆｅ２＋ ＝ ６０２ μ ｇ／Ｌ；
（１） 消除暂时硬度：
2003.No.3·月刊 47
【行业交流】
Ｃ ａ（Ｈ Ｃ Ｏ ３ ）２＋ ２ Ｎ ａ Ｒ ＝ Ｃ ａ Ｒ ２＋ ２ Ｎ ａ Ｈ Ｃ Ｏ ３ Ｍ ｇ（Ｈ Ｃ Ｏ ３ ）２ ＋ ２ Ｎ ａ Ｒ ＝ Ｍ ｇ Ｒ ２ ＋ ２ Ｎ ａ Ｈ Ｃ Ｏ ３ （２） 消除永久硬度： ＣａＳＯ４ ＋ ２ＮａＲ ＝ Ｃ ａ Ｒ ２ ＋ Ｎ ａ ２Ｓ Ｏ ４ Ｍ ｇ Ｓ Ｏ ４ ＋ ２ Ｎ ａ Ｒ ＝ Ｍ ｇ Ｒ ２ ＋ Ｎ ａ ２Ｓ Ｏ ４ ＣａＣｌ２ ＋ ２ＮａＲ ＝ ＣａＲ２ ＋ ２ＮａＣｌ Ｍ ｇ Ｃ ｌ２ ＋ ２ Ｎ ａ Ｒ ＝ Ｍ ｇ Ｒ２ ＋ ２ Ｎ ａ Ｃ ｌ 用钠离子交换树脂软化水，既可消除暂时硬度，又 可消除永久硬度，处理过的水的硬度可降至 ０．０１～０．０３ 毫克当量 ／ 升，但此方法不能处理碱度，因为原来的碱 度［Ｃａ（ＨＣＯ３）２ 和 Ｍｇ（ＨＣＯ３）２］全部转变成钠盐的碱度， 所以用钠离子交换树脂处理后的水呈现碱性，是碱性 水。水经过软化以后，水的含盐量并没有减少甚至还稍 有增加。 ２．３ 软水经过锅炉后的水质 软水经过锅炉后，变成了高温高压水蒸气，其温度 （ｔ）约为 ３５０～４００℃，压力（Ｐ）约为 ２５ｋｇｆ／ｃｍ２，软水中 的碳酸氢钠盐在锅炉内能发生反应，其反应为： ２ Ｎ ａ Ｈ Ｃ Ｏ ３ ＝ Ｎ ａ ２Ｃ Ｏ ３ ＋ Ｈ ２ Ｏ ＋ Ｃ Ｏ ２ ↑ Ｎ ａ ２Ｃ Ｏ ３ ＋ Ｈ ２ Ｏ ＝ ２ Ｎ ａ Ｏ Ｈ ＋ Ｃ Ｏ ２ ↑ 锅炉压力越大，生成的氢氧化钠和二氧化碳的量越 多。根据资料，当汽压为 ２５ｋｇｆ／ｃｍ２ 时，碳酸钠的分解 率约为 ８ ０ ％，反应的结果使锅炉内水的碱性增加，在生 成的高温高压水汽中含有一定量的二氧化碳气体。 ２．４ 过热蒸汽经过蓄热器后的水质 蓄热器中的水由于不断地吸收热量，所以水温较 高，二氧化碳在其中溶解量很小，另一方面又由于过 热 蒸 汽 的 携 带 作 用 ，使 得 蓄 热 器 中 的 水 呈 碱 性 （ｐ Ｈ ＝ １ ３ ． ０ ２ ）。 蓄热器以后的饱和蒸汽的温度约为 １５２℃，汽压约 为 ４ｋｇｆ／ｃｍ２，这时的温度和汽压都低于过热蒸汽，因而 此时，少量的二氧化碳能溶解在饱和蒸汽冷凝水中，使 得其 ｐＨ＝９．８９，其反应为： Ｈ ２ Ｏ ＋ Ｃ Ｏ ２ ＝ Ｈ ２ Ｃ Ｏ ３ ２ Ｎ ａ Ｏ Ｈ ＋ Ｈ ２ Ｃ Ｏ ３ ＝ Ｎ ａ ２ Ｃ Ｏ ３ ＋ ２ Ｈ ２ Ｏ ２．５ 饱和蒸汽经过空调和烘丝机后的水质 饱和蒸汽经过空调和烘丝机时，由于其热量的散失 使得蒸汽的温度降低，最后凝结成液态的水，这时由于 温度较低，二氧化碳又能重新溶解在冷凝水中，使得冷 凝水的 ｐＨ 值大大降低（ｐＨ＝５．４），这就是冷凝水呈酸性 的原因。
ENERGY CONSERVATION AND ENVIRONMENTAL PROTECTION
蒸汽冷凝水
Ｃｕ２＋＝２３ μ ｇ／Ｌ；ｐＨ＝５．４０。 将三个阶段的水质分析结果用下图 表示：
呈酸性的机理分析
文／闵 捷（云南省电力试验研究所，昆明 ６ ５ ０ ０ ４ １ ） 徐研辉（机械部第九设计研究院，长春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ） 徐海波（大连汇能技术服务有限公司，大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ）
Ｈ Ｒ 交换器→酸性水 →
（含 Ｃ Ｏ ２） →水箱→软水（保持一定的残留碱度）
（２） 串联型 其流程如图：
水→ Ｈ Ｒ 交换器→酸性水→除碳器
↓Ｎ ａ Ｒ 交换器
↓
↓ 水箱
↓
软水（保持弱碱性，防止酸性出现）
３．２ 给水的氨处理 加入氨水或铵盐，如加入氯化铵后，发生如下反 应： Ｎ Ｈ ４ Ｃ ｌ ＋ Ｎ ａ Ｈ Ｃ Ｏ ３ ＝ Ｎ Ｈ ４ Ｈ Ｃ Ｏ ３ ＋ Ｎ ａ Ｃ ｌ ， 当给水进入锅炉时，碳酸氢铵发生分解反应： Ｎ Ｈ ４ Ｈ Ｃ Ｏ ３ ＝ Ｎ Ｈ ３ ↑＋ Ｃ Ｏ ２ ↑＋ Ｈ ２ Ｏ ， 饱和蒸汽冷凝后，又发生如下反应： ２ Ｎ Ｈ ３ ＋ Ｃ Ｏ ２ ＋ Ｈ ２ Ｏ ＝（Ｎ Ｈ ４ ）２ Ｃ Ｏ ３，生成的盐不会 使冷凝水呈酸性。■
摘 要：通过对某烟厂蒸汽冷凝水回收系统的水质分析， 找出冷凝水回收系统酸性腐蚀的原因，提出解决冷凝水酸 性腐蚀的方法，以便更加高效地利用高温纯净的冷凝水。 关键词：冷凝水 酸性 碱性
１ 蒸汽热力系统简介 １．１ 某烟厂蒸汽热力系统示意图 根据资料，可知该供汽用汽系统如图所示。
从上图可以看出： ① Ｃｕ２＋、Ｆｅ２＋ 的浓度先降低然后又升 高； ② Ｎａ＋ 的浓度逐渐降低； ③ 水的 ｐＨ 值也逐渐降低，而且蓄热 器中的水和饱和蒸汽冷凝水的 ｐＨ 大于 ７， 呈碱性，而冷凝水回收罐中水的 ｐ Ｈ 值小 于 ７，呈酸性，这就是要解决的主要问题。
①蓄热器中的水质分析：
在的后果是在锅炉中产生水垢，可用各种物理或化学的
Ｎａ＋ ＝ ４５０ｍｇ／Ｌ；Ｆｅ２＋ ＝ １７３．６４ μ ｇ／Ｌ；
方法来除去水中的钙、镁离子，以除去水的硬度。
Ｃｕ２＋ ＝ １９．９８ μ ｇ／Ｌ；ｐＨ＝１３．０２。
２．２ 通过固定床钠离子交换器后的水质
②饱和蒸汽冷凝水的水质分析：