第十章 供热锅炉水处理

mol mol h
固定式阳离子交换器 的主要工艺计算
离子交换器的内径d(m) 4Q 3/h • Q——离子交换器的出力，m d v • v——水通过交换器的空塔流速，m/h 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 VE • Q——软化水量，m3/h T 3 QH • H——进出离子交换器水中总硬度之差，mol/ m 1.
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 大反洗
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 • 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
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
一、水中的杂质
• 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
Ca(HCO3 ) 2 CaCO 3 H 2 O CO 2

3.硬度
Mg(HCO3 ) 2 MgCO 3 H 2 O CO 2 MgCO 3 H 2 O Mg(OH)2 CO 2


•
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
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 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
2NaHCO3 CaCl2 CaCO3 2NaCl H 2O CO 2 Na 2CO3 CaSO 4 CaCO3 Na 2SO 4
Ca(HCO3 ) 2
碱度 硬度
CaCl2
NaHCO3
HT A
HFT H- A
负硬度 0
H>A
H=A
Hwenku.baidu.comA
A
H
0
0
0
A-H
5.相对碱度
第十章 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 • 锅炉房须设臵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
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 • 穿孔——腐蚀严重，可导致事故 水垢导热性能差，降低锅炉的出力和效率； 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
例题
• 某厂锅炉房设臵二台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 • 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 1m3交换剂能 收量之差，给水 软化钙镁离子 量包括蒸发量、 的摩尔数 排污量及设备和 管道漏损
2NaR Ca(HCO3 ) 2 CaR 2 2NaHCO3 2NaR Mg (HCO3 ) 2 MgR 2 2NaHCO3 与原水中非碳酸盐硬度 作用： 2NaR CaSO 4 CaR 2 Na 2SO 4 2NaR CaCl2 CaR 2 2NaCl 2NaR MgSO 4 MgR 2 Na 2SO 4
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、进水装臵、 排水装臵、再生液分配装 臵、排气管、反洗管、阀 门等组成 • 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
• 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， 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
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％的食 盐(NaCl)溶液进行还原
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
bEV B 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
• 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 • 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)
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／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
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) 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
• 运行循环 • 交换 • 反洗 • 再生 • 正洗
进水装臵— 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 臵——均匀喷 洒。当直径＜ 500mm，不专 设，将再生液 通过进水装臵 分配到交换器 内
排水装臵—交 换时，均匀汇 集软化水；反 洗时，均匀配 水
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：
用： • 达到了除硬目的——原水中的钙、与原水中碳酸盐硬度作 2NaR Ca(HCO3 ) 2 CaR 2 2NaHCO3 镁盐类变成了钠盐 2NaR Mg (HCO3 ) 2 MgR 2 2NaHCO3 • 达不到除碱目的——原重碳酸盐 与原水中非碳酸盐硬度 作用： 碱度(暂时硬度)转变为钠盐碱度， 2NaR CaSO 4 CaR 2 Na 2SO 4 2NaR CaCl 2 CaR 2 2NaCl 且摩尔数相等 • 出水含盐量稍有增加——Na+的 2NaR MgSO 4 MgR 2 Na 2SO 4 2NaR MgCl 2 MgR 2 2NaCl 摩尔质量略高于0.5 Ca2+ 、 0.5 Mg2+
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 • 降低硬度和碱度，以达到锅炉用水的水质要 求
• 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 CaCl 2 MgR 2 2NaCl 2NaR MgCl 2
三、固定床钠离子交换设备及其运行
• 固定床离子交换 • 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
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 • 节水——废液量少而浓度低， 小反洗和正洗水量少 • 乱层现象 • 中间排水装臵；压实层；顶压； 低流速
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 • 常用的离子交换剂为磺化煤和合成树脂