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锅炉水质处理培训资料
锅炉水质处理
锅炉水质处理
一、锅炉用水基本知识:
(一)天然水的种类
天然水主要有三种:
雨水、地表水、地下水
1、雨水:
在降雨过程中吸收氧、氮、二氧化碳、尘埃等。
雨水由于是水蒸汽凝结而成,故含盐量低,但雨水收集困难,不宜作锅炉用水。
2、地表水:
江、河、湖、海洋中的水。
地表水的来源,主要是雨水、雪水、泉水、地表水含有大量泥沙、腐殖质、矿物盐等,地表水可做锅炉用水。
3、地下水:
地表水渗入地下的水。
地下水含泥沙等杂质很少,水清澈,透明度高,但地下水穿过地下岩石时,溶解了大量的矿物盐,水的硬度高,锅炉用水主要是地下水。
(二)天然水中的杂质及危害
天然水中的杂质主要分三类:
悬浮物、胶体物、溶解物。
1、悬浮物
(1)组成:
极细的泥沙、动植物尸体腐烂物等杂质,这些杂质悬浮在水中,使水变混浊,存放后大部分悬浮物可沉降在水底。
(2)危害:
易在水处理交换器内沉淀,污染离子交换树脂。
在锅炉中易沉积在锅内底部形成沉积物,影响锅炉的传热、增加排污量,严重时可破坏水循环,造成锅炉烧坏事故。
2、胶体物
(1)组成:
硅、铁、铝等矿物质,动植物的腐植物等。
胶体物颗粒极小,在水中长期悬浮不沉淀。
只有用化学方法处理才能出去。
(2)危害:
可结成坚硬的水垢,不易清除,使锅水品质变坏,易发生汽水共腾。
3、溶解物:
(1)组成:
钙、镁、钾、钠等矿物盐类。
从土壤和岩石中溶解而来。
(2)危害:
在锅炉中遇热后在金属表面结成水垢,影响传热、降低锅炉热效率,严重时破坏水循环,造成锅炉鼓包变形裂纹等烧坏事故。
(三)锅炉用水的分类
1、原水:
未经处理的地表水、地下水。
2、给水:
经过水处理后供锅炉使用的软水。
3、回水:
蒸汽做功后形成的凝结水和热水换热后的低温水回收利用的水。
4、软化水:
经水质处理,使水的硬度达到一定标准的水。
5、锅水:
锅炉内的水。
二、锅炉用水水质指标
(一)悬浮物
(二)含盐量:
水中阴粒子(OH-、CO2-3等)和阳粒子(如Ca、Mg等金属粒子)的总合。
(三)溶解固形物:
经过滤后仍留在水中的各种无机盐、有机物等。
(四)电导率:
水的导电能力,反映水的纯净度,水的纯净度越高,电导率越小,水的纯净度越低,电导率越高。
(五)硬度
1、碳酸盐硬度(暂时硬度):
水中碳酸氢钙与碳酸氢镁的含量,碳酸盐类经过加热后可沉淀形成沉渣,又叫暂时硬度。
2、非碳酸盐硬度(永久硬度):
水中硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁及硅酸盐等的含量。
非碳酸盐硬度加热后不沉淀,必须通过化学水处理才能除去,是形成水垢的主要成份。
(六)碱度:
能接受氢离子的物质的含量,锅水中的碱度主要是以OH-和CO2-3的形式存在。
(七)PH值:
反映水的酸、碱度的指标,PH=7为中性,P≤7为酸性,数值越小酸度越高,PH≥7为碱性,数值越大碱度越大。
(八)氯离子:
水中氯离子越低越好,含量高时会腐蚀锅炉,易引起汽水共腾。
(九)溶解氧:
大气中的氧气溶解在水中,可引起金属的氧腐蚀。
水中溶解氧含量与温度有关,温度越高溶解氧含量越小。
(十)相对碱度:
水中氢氧化钠和溶解固形物的比值,
游离NaOH
相对碱度=
溶解固形物
控制相对碱度指标主要是为防止锅炉的苛性脆化。
三、工业锅炉水质标准
国家标准《工业锅炉水质》(GB1576-)适用于额定出口压力小于等于2.5MPa的以水为介质的工业锅炉。
锅炉水质应符合下表的规定:
项目
给水
锅水
额定蒸汽压力MPa
≤1.0
≥1.0
≤1.6
≥1.6
≤2.5
≤1.0
≥1.0
≤1.6
≥1.6
≤2.5
悬浮物
≤5
≤5
≤5
—
—
—
总硬度mmol/L
≤0.03
≤0.03
≤0.03
—
—
—
总碱度mmol/L
—
—
—
6-26
6-24
6-16
—
—
—
—
≤14
≤12
PH
≥7
≥7
≥7
10-12
10-12
10-12
溶解氧(mg/L)
≤0.1
≤0.1
≤0.05
—
—
—
溶解固形物(mg/L)
无过
热器
—
—
—
<4000
<3500
<3000
有过
热器
—
—
—
<3000
<2500
SO32-(mg/L)
—
—
—
10-30
10-30
PO43-(mg/L)
—
—
—
—
10-30
10-30
相对碱度
—
—
—
—
<0.2
<0.2
含油量(mg/L)
≤2
≤2
≤2
—
—
—
含铁量(mg/L)
≤0.3
≤0.3
≤0.3
—
—
—
工业蒸汽锅炉和汽水两用火应采用锅外化学水处理,承压热水锅炉应采用锅外化学水处理。
热水锅炉水质指标
项目
锅内加药
锅外化学处理
给水
锅水
给水
锅水
悬浮物/(mg/L)
≤20
__
≤5
__
总硬度/(mmol/L)
≤6
__
≤0.6
__
PH值(25℃)①
≥7
10~12
≥7
10~12
溶解氧/(mg/L)②
__
__
≤0.1
__
含油量/(mg/L)
≤2
__
≤2
__
四、离子交换水处理方法
(一)钠离子交换法:
1、钠离子交换法的原理:
Ca2++2NaR2Na++CaR2
Mg2++2NaR2Na++MgR2
式中:
Ca—钙离子
Mg—镁离子
NaR—钠离子交换树脂,Na:
树脂中含的Na离子,R;树脂母体,不参加反应。
Ca、Mg等阳离子大量存在于水中,使水呈现硬度,水被加热过程中,Ca、Mg离子易吸附在金属表面形成水垢。
Na离子在水中不呈现硬度,但原水中Na离子很少。
钠离子交换树脂中含有大量Na离子,用树脂中的Na离子与原水中的Ca、Mg离子一对一进行交换,树脂中含的Na离子释放到原水中,原水中的Ca、Mg离子被树脂吸收,这个过程就是钠离子交换水处理,经过处理的水由硬水变成了软水,供锅炉使用,便不再结水垢。
2、钠离子交换树脂的还原(再生)
钠离子交换是一种可逆的化学反应。
在水处理过程中,由于Na离子与Ca、Mg离子不断进行交换,当钠离子交换树脂中含有的Na离子与原水中的Ca、Mg离子交换完后,树脂中便不再含有Na离子,而是吸附满了Ca、Mg离子,便失去了继续进行水处理的能力。
为了恢复钠离子交换树脂的水处理的能力,采用一定浓度的NaCl(食盐)水对钠离子交换树脂进行浸泡,食盐是由Cl和Na离子结合而成的,食盐水中含有大量Na离子,当盐水与钠离子交换树脂接触后,树脂中饱含的Ca、Mg离子便会被释放到盐水中,而把盐水中的Na离子吸附到树脂中,当树脂饱含了Na离子后,便又恢复了进行水处理的能力。
这个过程叫钠离子交换树脂的还原(再生)。
Ca.MgR+NaNaR+Ca+Mg
(二)钠离子交换加酸处理法
经过钠离子交换法处理后的软水,硬度大体上已被除去,而碱度基本不变,当软化水中的碱度大于2mmol/L时,由于锅水中的碱度就会超标,就要排污,但这时锅水中的溶解固形物并未超标,浪费了大量的热和水,在高碱软水中加入一定量的酸(常用硫酸),酸碱中和降低碱度,避免过多排污,节约了能源。
(三)部分钠离子交换法:
经钠离子交换法处理后的软水硬度已被大部分除掉,而碱度变化不大,软水呈碱性,当碱度超过标准后,在溶解固形物不超标的情况下也要排污造成浪费,这时可将一部分未经处理的原水(清澈的)直接加入到锅炉中,利用原水中的硬度中和掉过高的碱度,这样可减少排污量,提高锅炉热效率。
这种水处理减少了补水和排污,操作简单,值得推广。
(四)钠离子交换水处理系统
1、单级系统用一只钠离子交换器运行。
2、二级系统用二只钠离子交换器串联运行。
3、三级系统用三只钠离子交换器串联
安装时,每种系统都必须加按一只备用交换器,并与其它交换器串联连接。
保证每种系统有一只交换器还原备用。
五、固定床离子交换器的运行
(一)固定床顺流再生离子交换器的运行
再生(还原)时的水流方向与工作时的水流方向一致,称为顺流再生。
运行共分为反洗、还原、正洗、交换四个阶段。
1、反洗阶段
工作时,原水从钠离子交换器顶部进入,软化水从底部流出。
反洗时反洗水从交换器的底部进入,从交换器的顶部流出,与工作时的水流方向相反,称“反洗”。
反洗的作用:
(1)松动树脂层,工作时树脂层被水压的较密实,不利于再生。
(2)冲洗掉树脂层顶部的泥渣等悬浮物和破碎的树脂。
2、再生(还原)阶段
再生的目的:
使失效的离子交换树脂回复交换能力。
再生的方法有两种:
(1)、静态法(浸泡法)
(2)、动态法:
再生液不断进入交换器,交换后废再生液不断排出。
静态法(浸泡法)效果不太好,不提倡采用。
动态法再生效果好,提倡采用。
动态法再生时,应严格控制排水阀开度,再生液流速应控制在3-5米/时。
并确保树脂全部浸泡在再生液中。
再生时间应不少于40分钟。
再生液浓度一般控制在6%-10%。
3、正洗阶段
正洗的作用:
再生结束后应进行正洗,清洗干净交换剂中残留的再生液和再生产物。
正洗水的流向与再生液的流向一致。
正洗时间:
正洗初期实际仍在再生,应控制流速在3-5米/时,清洗15-20分钟,然后控制流速在10-20米/时,清洗30分钟即可。
正洗后期应不断检测出水硬度,当交换器出水硬度小于0.04mmol/L时,即可投入交换运行。
交换器正洗后不立即投入运行,可暂不正洗,待投运前再正洗。
4、交换阶段(工作阶段):
正洗后,交换剂已恢复了交换能力,即可投入运行。
交换时进水的流速应控制在20-30米,交换过程应连续进行,最好不要间断。
交换阶段应每小时化验一次,后期每半小时化验一次,最后每十几分钟化验一次,当出水硬度超过标准时即失效,立即停止运行。
六、锅炉给水除氧
GB1576《工业锅炉水质》规定,当蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于6t/h时应除氧。
热水锅炉额定功率大于等于4.2MW时,锅炉给水应除氧。
给水中含有的溶解氧可以对锅炉造成氧腐蚀,容易发生氧腐蚀的主要在省煤器,省煤器与锅炉之间的给水管道、锅炉进水口位置及锅炉水位线附近位置,因这些部位水中的溶解氧含量是最高的。
除氧的方法有两种:
热力除氧和化学除氧。
蒸汽锅炉多采用热力除氧。
热水锅炉宜采用化学除氧,有蒸汽源的也可以采用热力除氧。
(一)化学除氧。
1、化学药剂除氧:
常用化学药剂:
亚硫酸钠、二甲基酮肟、二乙基羟胺、异抗坏血酸等。
这些药剂加入给水中,和水中的溶解氧反应,生成不腐蚀的产物。
2、钢屑除氧:
在除氧器中加入一定数量的钢屑(碳素钢屑,不能用合金钢屑),形成钢屑层,当水经过钢屑层时,氧与钢屑氧化,从而除去水中的氧。
(二)热力除氧
在热力除氧器中把给水加热到沸点以上,一般加热到105℃,水中的溶解氧便会被析出,使水中的氧溶解度为零。
热力除氧的主要设置是热力除氧器,其结构和系统见教材P362、P365页。
1、热力除氧的优点:
(1)除氧效果好,经热力除氧后,水中溶解含量基本为零。
(2)不增加给水中的含盐量,水中杂质含量不变。
(3)性能稳定,操作简单,运行成本相对较低。
2、热力除氧的缺点:
(1)消耗一定量的蒸汽。
(2)省煤器给水温度高,排烟热损失增加。
(3)投资相对较高。
(4)只适用于蒸汽锅炉。
七、水垢的危害及清除
(一)水垢的形成
水中的Ca、Mg等盐类如CaCO3、MgCO3等在水中不溶解,遇热易附着于金属表面形成水垢。
当水中的沉渣过多,又未及时排出锅外,如Mg(OH)2、Mg(PO4)2等,很容易由沉渣转化学水垢。
(二)水垢的分类
1、碳酸盐水垢主要成分为:
CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2
2、硫酸盐水垢主要成分为:
CaSO4、MgSO4等
3、硅酸盐水垢
4、混合水垢
(三)水垢的危害
水垢的导热性能非常差,即水垢导热系数很低,破坏了金属材料的正常传热,使金属材料过热而受到破坏,是其主要危害。
钢材的导热系数是46.40—69.6。
碳酸钙水垢的导热系数是0.58—6.96。
硫酸钙水垢的导热系数是0.58—2.90。
1、浪费燃料,降低锅炉热效率。
易发生因金属材料过热而发生鼓包、穿孔、破裂变形,发生锅炉安全事故。
2、导致垢下金属腐蚀,影响锅炉寿命和安全。
(四)水垢的清除:
1、人工除垢:
用锤子、刮子、铲子人工清除,劳动强度大,效率低,除垢效果不好。
2、机械除垢:
用电动铣刀式钢丝刷除垢,除垢不彻底。
3、化学除垢:
除垢彻底,效果好,是常用的方法。
化学除垢一般用酸洗法除垢:
针对碳酸盐水垢,将盐酸配制成3%--5%的酸液,用酸泵注入锅炉内炉水中,并使之循环流动,浸泡,一般经24—48小时后,水垢就会清除干净。
这种方法也叫酸洗除垢。
注意事项:
1、酸洗除垢一般掌握水垢厚度≥1mm时采用。
2、除垢作业前应制定酸洗方案,配备齐全设备用具、防酸伤害的劳保用品,如橡胶手套、口罩、防护眼镜、工作服、鞋等。
3、根据锅炉最大容水量计算出盐酸用量。
一般按锅炉最大容水量的1.2---1.5倍的量配制。
4、在酸液罐内加入清水,再按计算好的盐酸用量把盐酸缓慢加入水中。
切记不能先加酸后加水,以防剧烈反应飞溅伤人。
5、将配制好的酸液由上人孔用酸泵注入炉内,待锅炉满后打开锅炉底部排水阀,排水阀与酸罐连接,将酸液排回酸罐,上进下出,不断循环。
6、不断检测酸液浓度,至酸液浓度不再下降时,则酸洗结束。
7、为防止酸液对锅炉的腐蚀,一定在配制酸液时加入“缓蚀剂”。
8、酸洗结束,排干净废液,用碱液中和纯化。
纯化结束,放干净碱液,用清水将锅炉冲洗干净后,注水投入运行。
9、锅炉的酸洗除垢应由有锅炉清洗除垢资质的专业单位施工。
锅炉使用单位对酸洗工艺、酸洗过程、酸洗质量进行监督。
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