第5章 鍋內(nèi)水處理

《工業(yè)鍋爐水質(zhì)處理》課件（5）

（校編）第5章鍋內(nèi)水處理鍋內(nèi)水處理工藝向鍋內(nèi)的水加藥，使其殘余的鈣、鎂等雜質(zhì)不產(chǎn)生水垢，而形成水渣，再通過定期排污排除，這種方法叫做鍋內(nèi)水處理鍋內(nèi)水處理一般采用磷酸鹽處理或者協(xié)調(diào)pH－磷酸鹽處理鍋水中的鈣、鎂離子與磷酸根化合，生成更難溶的磷酸鈣和磷酸鎂沉淀物，這些沉淀物不易粘附在鍋爐受熱面上，而是以流動性很好的水渣形式存在，可借鍋爐排污水排出，從而達到防止鈣鹽水垢（CaSO4、CaSiO3等）的目的。同時，加入的磷酸鹽可在鍋爐管壁表面上生成磷酸鹽保護膜，防止鍋爐金屬腐蝕。鍋爐水處理的重要性搞好鍋爐水處理工作，使鍋爐給水達到合格標準，是保證鍋爐安全經(jīng)濟運行的重要環(huán)節(jié)，也是保證鍋爐出力、節(jié)約能源，防止事故的重要措施。5.1水垢的形成鍋爐用水的分類原水（生水）：就是鍋爐的水源水。給水：直接進入鍋爐，被鍋爐蒸發(fā)或加熱的水。軟化水：原水經(jīng)過軟化處理符合鍋爐水質(zhì)標準的水。鍋水：鍋爐運行中在鍋筒內(nèi)的水。冷卻水：鍋爐運行中用于冷卻鍋爐某一附屬設(shè)備的水。排污水：為了改善蒸汽品質(zhì)和防止鍋爐結(jié)垢，從排污閥門排除的鍋水。水中的雜質(zhì)按物態(tài)分類固態(tài)雜質(zhì)。包括懸浮固體、膠溶固體、溶解于水的鹽類和有機質(zhì)微粒。液態(tài)雜質(zhì)。主要指油脂、工業(yè)廢液和酸液。氣態(tài)雜質(zhì)。主要是氧氣和二氧化碳等。水中雜質(zhì)對鍋爐的危害水中雜質(zhì)如果不經(jīng)過處理直接用作鍋爐給水，對鍋爐危害極大，歸納起來可產(chǎn)生以下三種危害：一是在鍋爐內(nèi)結(jié)垢，生成水渣；二是造成鍋爐金屬腐蝕；三是惡化蒸汽品質(zhì)。①鈣鎂重碳酸鹽類熱分解。②鍋水的不斷蒸發(fā)濃縮。③鈣鎂鹽類溶解度降低（例如硫酸鈣和硅酸鈣）。水垢形成的原因：汽鍋爐內(nèi)鍋水受熱，不斷蒸發(fā)濃縮，為水中雜質(zhì)進行化學反應(yīng)提供了有利條件，這些雜質(zhì)有的高溫分解，有的高溫沉淀，有的表面結(jié)晶，發(fā)生錯綜復(fù)雜的化學反應(yīng)，最終以堅硬的沉淀物析出，緊貼在金屬內(nèi)熱面上，這就是結(jié)垢。鹽類溶解度表水垢的種類⑴碳酸鹽水垢。多為白色，也有微黃白色。⑵硫酸鹽水垢。主要成分是硫酸鈣（CaSO2），含量達50％以上，又稱作石膏質(zhì)水垢。多為黃白色，也有微黃白色，特別堅硬、致密，手感滑膩。⑶硅酸鹽水垢。成分比較復(fù)雜，水垢中的二氧化硅（SiO2）多為淡褐色，也有灰白色的，水垢表面帶刺。⑷混合水垢。⑸含油水垢。成分很復(fù)雜，但油脂含量多在50％。多呈黑色，有堅硬的，也有松軟的水垢表面不平滑。⑹泥垢。成分比較復(fù)雜。一般富有流動性，較易通過排污方法除去，易黏結(jié)在鍋爐蒸發(fā)面上，形成難以沖掉的再生水垢。水垢示意圖水垢對鍋爐的危害浪費燃料，污染蒸汽品質(zhì)：鍋爐受熱面上如果結(jié)有1毫米厚的水垢，則浪費燃料約3~5％。損壞受熱面：結(jié)有水垢的鍋爐傳熱性能變差，受熱面兩側(cè)的溫差增大，爐管的溫度升高。當受熱面金屬的溫度超過正常工作條件的溫度時，稱為過熱。鍋爐正常運行時，金屬受熱后很快將熱量傳遞給爐水，兩者溫度相差約為30~100℃。例如工作壓力為1.0MPa的鍋爐，飽和水溫度約為180℃左右，在沒有結(jié)垢時，鋼材溫度在210~230℃；若結(jié)生1毫米水垢，鋼材溫度將升高130~390℃；當水垢再厚些，情況將更為嚴重。當超過450℃，金屬將發(fā)生蠕動變形。降低鍋爐出力，增加檢修工作量：由于鍋爐結(jié)垢后，火側(cè)熱量傳遞給水側(cè)就困難，鍋爐蒸發(fā)量將隨之下降。水垢厚度與浪費燃料的對應(yīng)表水垢厚度（mm）0.51358浪費燃料（％）23~56~101534鋼鐵與各類水垢的導熱系數(shù)對比鋼鐵及水垢成分導熱系數(shù)（W／m.k）與鋼鐵比較鋼鐵47~52—硫酸鹽0.58~2.33約1／20~1／80碳酸鹽0.47~0.70約1／80~1／100硅酸鹽0.27~0.47約1／100~1／200油脂膜0.12約1／400煤灰0.06~0.12約1／400~1／800水垢及溶解氧的腐蝕爐管（水管）的腐蝕情況裂縫泥渣和水垢垢下腐蝕（電化學腐蝕）腐蝕坑水垢的危害示意圖一、鍋水中的化學反應(yīng)水中重碳酸鹽加熱分解，使易溶鹽類轉(zhuǎn)化成難溶鹽類而結(jié)晶析出 Ca(HCO3)2→CaCO3石灰石↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2→MgCO3碳酸鎂↓+H2O+CO2↑析出的鹽類，可能成為水垢，也可能成為水渣1.受熱分解重碳酸鹽加熱分解，生成疏松的水渣排出2.難溶物質(zhì)超過其溶度積發(fā)生沉淀反應(yīng)鍋水中鈣鎂鹽類的濃度超過溶度積，從水中結(jié)晶析出3.溶解度降低大多數(shù)物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而增大，少數(shù)物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而減小，如(鈣鎂化合物)Ca(OH)2,CaSO4、CaSiO3等

。所以鍋水的條件是有利于沉淀物的形成。4.鹽類間相互發(fā)生反應(yīng),生成了難溶的化合物如CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+NaCl等

。二、鍋內(nèi)的理化過程1.水的蒸發(fā)、濃縮2.金屬表面的離子化三、沉淀物的形態(tài)水垢:產(chǎn)生的沉淀物牢固地附著在受熱面上，形成水垢水渣:產(chǎn)生的沉淀物形成懸浮物，即水渣鍋爐水質(zhì)處理的分類爐外水處理：主要指給水在進入鍋爐之前，為了除去其中的硬度，而進行的軟化處理。目前，常用陽離子交換軟化法。爐內(nèi)水處理：是通過向爐水中投加化學藥劑，與水中的鈣鹽、鎂鹽發(fā)生化學、物理作用，生成非粘結(jié)性的松散泥渣，然后經(jīng)排污除去，以達到防止或減輕鍋爐結(jié)垢的目的。5.2鍋內(nèi)加藥水處理法鍋爐用水主要評價指標㈠懸浮物：表示不溶于水的較大顆粒一些物質(zhì)含量的指標，其單位為mg／L。㈡含鹽量和溶解固形物：含鹽量是表示水中各種溶解鹽類的總和，單位為mg／L。常用溶解固形物（或蒸發(fā)殘渣）近似表示。常用氯離子含量來表示，單位mg／L。㈢硬度：是指水中鈣、鎂離子的總濃度，單位為mmoI／L。（≤0.03mmoI／L）㈣堿度：指水中含有能接受氫離子的物質(zhì)的量。例如氫氧根、碳酸根、重碳酸根、磷酸根、硅酸根、亞硫酸根和氨等。單位以mmoI／L表示。㈤PH值：是指水溶液中氫離子濃度的負對數(shù)（1~14）。㈥相對堿度：主要是為了防止鍋爐在有縫隙部位存在應(yīng)力時，會產(chǎn)生苛性脆化。㈦溶解氧：造成給水管道和鍋爐本體的腐蝕。單位mg／L。蒸汽鍋爐采用鍋內(nèi)加藥水處理時的水質(zhì)標準項目給水鍋水懸浮物mg／L≤20—溶解固形物mg／L—＜5000總硬度mmoI／L≤4—總堿度mmoI／L—8~26PH（25℃）≥710~12蒸汽鍋爐采用鍋外化學處理時的水質(zhì)標準項目給水鍋水工作壓力MPa≤1.0＞1.0≤1.6≤1.0＞1.0≤1.6懸浮物mg／L≤5≤5——總硬度mmoI／L≤0.03≤0.03——總堿度mmoI／L——8~268~24PH（25℃）≥7≥710~1210~12含油量mg／L≤2≤2——溶解氧mg／L≤0.1≤0.1——溶解固形物mg／L——＜4000＜3500相對堿度游離NaOH／溶解固形物———＜0.2PH試紙的變色范圍鍋內(nèi)加藥水處理的特點鍋內(nèi)水處理不需要復(fù)雜的設(shè)備，故投資小，成本低，操作方便。對水質(zhì)適應(yīng)范圍較大，如果處理得當，防垢率可以達到80％以上。鍋內(nèi)水處理還不能完全防止鍋爐結(jié)生水垢，特別是生成的泥垢，在排污不及時很容易結(jié)生二次水垢。向鍋內(nèi)投加合適的藥劑，與鍋水中結(jié)垢物質(zhì)發(fā)生一些化學或物理化學作用，生成松散的水渣，通過鍋爐排污，達到防止或減輕鍋爐結(jié)垢和腐蝕的目的鍋內(nèi)加藥水處理的目的鍋內(nèi)水處理常用藥劑（一）氫氧化鈉(NaOH)：俗稱火堿、和苛性鈉。主要作用是：⑴能有效地消除給誰中的碳酸鹽硬度和鎂鹽硬度。碳酸氫鈣＋氫氧化鈉＝碳酸鈣↓＋碳酸鈉＋水碳酸氫鎂＋氫氧化鈉＝氫氧化鎂↓＋碳酸鈉＋水硫酸鎂＋氫氧化鈉＝氫氧化鎂↓＋硫酸鈉氯化鎂＋氫氧化鈉＝氫氧化鎂↓＋氯化鈉⑵保持鍋爐水中的堿度，防止鍋爐腐蝕。當鍋爐水中的氫氧根保持一定的濃度時（PH＝9.5~11.5），鍋爐金屬表面生成的保護膜就比較穩(wěn)定，從而可以阻止氧對鍋爐金屬的腐蝕。鍋爐內(nèi)水處理常用藥劑（二）碳酸鈉(Na2CO3)：俗稱純堿和蘇打。工業(yè)用的無水碳酸鈉是白色的粉末，易溶于水，水溶液呈強堿性。主要作用是。（1）能有效地消除給水中鈣的硬度，其化學反應(yīng)如下：硫酸鈣＋碳酸鈉＝碳酸鈣↓＋硫酸鈉氯化鈣＋碳酸鈉＝碳酸鈣↓＋氯化鈉（2）在鍋爐內(nèi)碳酸鈉可以部分地水解為氫氧化鈉，因此具有氫氧化鈉的作用。碳酸鈉＋水＝氫氧化鈉＋二氧化碳↑

（3）能有效消除給水中的鎂硬度，生成的碳酸鎂（微溶）可以水解成為氫氧化鎂沉淀。鍋爐內(nèi)水處理常用藥劑（三）磷酸三鈉（Na3PO4?12H2O），俗稱磷酸鈉，在干燥的空氣中易風化，水溶液呈堿性，主要作用是：（1）能沉淀給水中的鈣和鎂鹽。硫酸鈣＋磷酸鈉＝磷酸鈣＋硫酸鈉氯化鈣＋磷酸鈉＝磷酸鈣＋氯化鈉硫酸鎂＋磷酸鈉＝磷酸鎂＋硫酸鈉氯化鎂＋磷酸鈉＝磷酸鎂＋