工業(yè)鍋爐水處理技術簡介

本書全面而系統(tǒng)地介紹了工業(yè)鍋爐水處理的基本知識，包括鍋爐基本知識，水的鍋爐內、鍋爐外化學藥劑處理，水的預處理、離子交換處理及自動再生離子交換器的運行操作技術，鍋爐結垢、腐蝕的原因和防止措施，鍋爐的化學清洗 ，水質標準及水質分析方法等，附錄中提供了一些常用的數(shù)據(jù)資料以備查用。

本書經(jīng)國家質量技術監(jiān)督局鍋爐壓力容器安全監(jiān)察局審定，可作為從事低壓鍋爐水處理運行和檢驗人員的培訓教材，也可作為與此書所介紹的技術有關的設計和管理人員的參考書。

書名：工業(yè)鍋爐水處理技術

圖書編號：1225829

出版社:氣象出版社

定價:29.5

ISBN：750292918

作者:郝景泰

出版日期:2003-08-01

版次：1

開本：小32開

第一章 化學基礎知識

第一節(jié) 化學的基本概念

一、物質的組成

二、元素和元素符號

三、原子的構成

四、分子、他子式與化合價

五、常見的化學反應及運用化學方程式的有關計算

第二節(jié)摩爾及物質的量

一、摩爾

二、摩爾質量

三、物質的量

四、溶液的濃度及其表示方法

第三節(jié) 酸、堿、鹽、氧化特及其絡合物

一、酸及其一般性質

二、堿及其一般性質

三、鹽及其一般性質

四、氧化物及其一般性質

第四節(jié) 化學反應速度與化學平衡

一、化學反應速度

二、化學平衡

第五節(jié)電離平衡

一、電解質及其電離

二、弱電解質及其電離

三、水的電離及其pH值

四、緩沖溶液

五、離子反應式

六、鹽類的水解

第二章 鍋爐用水概述

第一節(jié) 天然水的特點及我國天然水的分布

一、天然水的特點

二、我國天然水分布的特點

第二節(jié) 天然水中的雜質

一、懸浮物

二、膠體

三、溶解物質

第三節(jié) 碳酸化合物的存在形態(tài)與pH值的關系

一、碳酸化合物的存在形態(tài)

二、碳酸化合特的形態(tài)與pH值的關系

三、pH、[HCO3]和[CO*2]的關系

四、pH值和各種碳酸化合特相對含量之間的關系

第四節(jié) 鍋爐用水的水源及其名稱

一、鍋爐用水的水源

二、鍋爐用水的名稱

第五節(jié) 水質不良對鍋爐的危害

……

第三章 鍋爐基本知識

第四章 鍋爐的腐蝕與保護

第五章 水垢的形成與防止

第六章 鍋內加藥處理方法及其排污

第七章 水的預處理

第八章 鍋外離子交換水處理

第九章鍋爐化學清洗

第十章 水質分析方法

第十一章 溶液的配制與標定方法

附錄

鍋爐水處理水質處理及基礎理論

一、內容系統(tǒng)圖

二、化學基礎知識

⒈ 化學基本概念

⑴ 元素:是具有相同核電核數(shù)的同一類原子的總稱.

⑵ 分子:是保持原物質的一切性質的最小微粒。

⑶ 原子:是物質進行化學反應的最小微粒。

⑷ 化學變化:物質本身發(fā)生變化,生成一種或幾種新的物質的變化。

⑸ 物理變化:物質沒有發(fā)生本質的變化。

⑹ 摩爾質量:1摩爾物質的質量,叫做摩爾質量。也就是6.02*(10)23個分子或原子的總量。符號常用M表示,單位是克/摩爾﹝g/mol﹞。

⑺ 原子量:把一種碳原子(原子核內有6個質子和6個中子)的質量定為12作標準,而把其他原子的質量與它相比較,所得出的數(shù)值就是該原子的原子量。

⑻ 電解質:把溶解于水或熔融狀態(tài)下能夠導電的物質。

⒉ 物質的組成

世界是由物質組成的;構成物質的元素只有109種。

⒊ 物質的分類單質:以單質存在的分子。(例:Au、S、C等等)

⑴ 有機物:(無)

純凈物 酸:電離生成的陽離子全部是氫離子,就叫酸。

無機物: 化合物 堿:電離生成的陰離子全部是氫氧根離子,就叫堿。 鹽: 電離生成的有酸根與金屬離子的,就叫鹽。

混合物:由不同種分子存在的物質。

三、鍋爐用水及水質分析

⒈ 鍋爐用水的水源

⑴ 地表水:由雨水、雪水匯聚而成并存在于地殼表面的水。

特點:受自然界影響較大水當中的懸浮物可溶解鹽類隨著季節(jié)的不同變化幅度較大。

地下水:也是有雨水雪水和地表水經(jīng)過地層的滲流而形成。 特點:由于在地層的滲透過程當中通過土壤和砂粒過濾作用去除了大部分的懸浮物和菌類,又由于與大氣層和水界隔絕,水體不容易受到污染,但是,因水流經(jīng)各類礦層,所以地下水中的鹽量通常比地表水高。

自來水:由天然水經(jīng)過自來水廠凈化處理后經(jīng)過管子輸送到用戶的水。 特點:由于凈化的過程當中,投加混凝劑、殺菌劑等藥物,所以自來水中懸浮物、有機物和堿度都明顯降低,但為了防止自來水中微生物的繁殖,通常向水中投加漂白粉或注入氧氣,當這種成分過量時,對離子交換樹脂具有較大的破壞作用。

⒉ 鍋爐用水的雜質

⑴懸浮物: 顆?！?0mm

懸浮物的危害:①進入離子交換器后污染離子交換樹脂,降低交換劑的容量。

② 影響出水水質和進水量。

③進入鍋爐后受熱很快下沉影響鍋爐的傳熱和鍋水循環(huán),嚴重時可堵塞爐管造成停爐。

⑵膠體: 顆粒10mm～10mm

特點: 有較小的直徑,較大的表面積,膠體通常帶有相同的電荷.雖經(jīng)較長時間靜止也較難自然下沉。

危害: 進入鍋爐后很快下沉形成沉積物,并在受熱面上形成水垢泥和水渣,有機膠體引起鍋水起沫,當濃縮到一定程度時會產(chǎn)生汽水共騰。

⑶溶解物質: 顆粒 <10mm 主要是溶解在水中陰—陽離子及氣體雜質。

陽離子:Ca、Mg等反應生成水垢。

①離子雜質:

危害: 陰離子:碳酸根、硫酸根等反應生成酸。

氧氣:溶解氧對金屬有強烈的腐蝕作用。

②氣體雜質:

二氧化碳:溶解于水中的二氧化碳具有酸性

對金屬直接產(chǎn)生腐蝕,而且破壞金屬的保護

膜,從而加劇氧腐蝕。

⒊ 鍋爐用水的名稱

⑴ 原水—俗稱生水,沒有經(jīng)過任何凈化處理的水。

①清水:鍋內加藥使用的水。

⑵ 給水— ②軟水:去除了硬度的水。(鍋外化學處理)

③除鹽水:去除了水中全部陰陽離子的水。(高壓鍋爐)

⑶ 鍋水—受熱沸騰的水(在鍋內)

①上排污:也稱連續(xù)排污,排放掉含鹽量、油污、泡沫等。

⑷ 排污水—

②下排污:也稱定期排污,排放掉水垢、水渣、泥垢等

排放掉一部分含鹽量高和水污水垢的鍋水。

⒋ 給水水質不良對鍋爐的危害

⑴ 結垢

⑵ 腐蝕

⑶ 影響蒸氣的品質

⒌ 水質指標和水質標準

水質:是指水和其中雜質所共同表現(xiàn)出來的綜合特性。

水質指標:表示水中雜質的種類和含量,用來判斷水質的優(yōu)劣。

鍋爐的水質指標

⑴ 懸浮物:①懸浮固形物 單位mg/L ②濁度 單位FTU

⑵ 含鹽量:①導電率 ②溶解固形物單位

⑶ 硬度(YD):構成硬度金屬陽離子 ①鈣硬度 ②鎂硬度 ③碳酸鹽硬度④暫時硬度 ⑤永久硬度(非碳酸鹽硬度)

⑷ 堿度(JD): (構成堿度非金屬陰離子)單位

堿度的成分: ①天然水中: 碳酸氫根

②鍋水:氫氧根和碳酸根

酚酞堿度

堿度的分類:

甲基橙堿度

JD全=JD酚﹢JD甲

酚酞指示劑PH終點8.2～8.4

甲基橙指示劑PH終點4.2～4.5

⑸PH值: 鍋水10～12 防垢防腐 能形成保護膜

⑹ 溶解氧 單位 mg/L

⑺ 含油量 單位 mg/L

⑻ 有機物

⑼ 亞硫酸鹽 單位 mg/L

⑽ 磷酸鹽 單位 mg/L

⒍ 水質指標間的關系

⑴ 硬度與堿度之間的關系

⑵ 堿度與PH值之間的關系

鍋水堿度=CO2﹢OH

合格了堿度一定合格,反之異然。

PH 值=OH

四、鍋內加藥處理方法

⒈基本原理

⑴防垢機理: 鍋內加藥機理是向鍋內投加合適的藥劑與鍋水中的結垢物質發(fā)生化學或物理作用生成水渣,通過鍋爐的排污,達到防止或減輕鍋爐結垢和腐蝕的目的。

⑵關于“軟化”含義的說明

鍋外化學處理—完全是化學反應的過程。

區(qū)別

鍋內加藥處理—化學反應與物理反應并存。

⒉ 鍋水中的沉淀物的形態(tài)及改變方法

⑴ 沉淀物的形態(tài)

①水渣—懸浮在鍋水中

②水垢—積附在鍋爐金屬受熱面上

⑵ 改變沉淀物的方法

創(chuàng)造條件使水垢變成水渣向鍋水中引入水渣的結晶核心投加高分子聚合物創(chuàng)造鍋爐受熱面清潔條件 ⑶ 使用特點

水處理設備簡單投資小,操作方便鍋內加藥是最基本的水處理方式,又是鍋外化學處理的延續(xù)鍋內加藥使用的配方它需與給水水質匹配鍋內加藥對環(huán)境幾乎沒有污染,非常環(huán)保⒊ 鍋內加藥處理常用藥劑

⑴ 防垢劑—也叫軟化劑,主要消除給水中的硬度。

堿性藥劑有機膠體水質穩(wěn)定劑 ⑵ 降堿劑

⑶ 緩蝕劑

⑷ 消沫劑

⑸ 防油垢劑

⒋ 國內常用水處理藥劑的性能

⑴NaOH (燒堿)

作用:① 能夠有效的去除給水中的碳酸鹽硬度

② 保持鍋水的堿度,調節(jié)PH值防止鍋爐腐蝕

⑵Na2CO3 (純堿)

作用:① 能夠有效的消除水中的鈣鎂離子

② 在鍋內Na2CO3可以部分水解成NaOH所以具有NaOH的作用

③ 保持鍋水的堿度

⑶Na3PO4·12H2O(磷酸三鈉)

作用:① 它能沉淀給水中的鈣鎂鹽類

② 增加泥垢的流動性

③ 能夠使硫酸鹽和碳酸鹽等老的水垢脫落

④ 保持鍋水的堿度,防止金屬的腐蝕

⑷ 磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉

作用: 與磷酸鈉相似,不同是能夠降堿度

⑸ 六偏磷酸鈉

作用:① 可以消除由于水質硬度而引起的給水系統(tǒng)注水器堵塞的故障

② 可以代替磷酸二氫鈉

⑹ 栲膠(紅色)

作用:① 在金屬表面生成中性的絕緣層

② 防止結晶的生成

③ 能夠使老的水垢脫落

④ 能夠吸收水中的溶解氧

⒌ 幾種常用的鍋內加藥的方法

⑴ 天然堿法 當JD>YD時 當YD>4mmol/L 帶有負堿度的水作為給水直接使用

⑵ 加堿處理

⑶ 有機防垢劑處理

⑷ 復合防垢劑

⑸ 其他方法

⒍ 鍋內加藥應注意的問題

⑴ 先除垢再防垢

⑵ 運行控制與管理

⑶ 鍋爐的排污,先排污在加藥

⑷ 定期停爐檢查

⑸ 水處理方法的選擇

⒎ 工業(yè)鍋爐水質標準(GB1576—2001)

五、鍋外離子交換水處理

⒈ 離子交換劑:

當水通過時,能將本身所含的某種離子與水中帶有相同電荷的離子進行交換

⒉ 軟化原理2RNa﹢ R ﹢ ﹢2Na

⒊ 鈉離子的交換再生

R ﹢2Na 2RNa﹢

⒋ 影響再生效果的因素

⑴ 再生方式:① 順流再生(用鹽較多)

② 逆流再生(效果好,省鹽)

⑵ 再生劑用量

Mz=VR*E*K*M/∈×1000 Kg

VR: 樹脂填裝體積

E:工作交換容量(800～1500mol/㎡*m)

K: 比耗(逆流取1.2～1.8 ,順流取2～2.5)

M: 再生劑的摩爾量(例:Na=23 , Cl=35.5 NaCl=23 35.5=58.8)

∈: 再生劑的純度

⑶ 再生濃度 (濃度比:5﹪/1/3～10﹪/2/3)

⑷ 再生液的流速(化學反應有一個滯后的過程一般流速4～8m/h 無頂壓逆流2～4m/h)

⑸ 再生液的溫度(一般取50℃再生效過最好)

⑹ 再生劑純度

⒌ 順流離子交換器的再生操作

反洗 進再生液(從上往下) 置換 正洗 運行

⒍ 全自動離子交換軟水器

⑴ 時間型:——單機單柱,再生方式:順流. 適用間歇運行鍋爐

組成設備—①控制器 ②交換柱 ③鹽水罐

⑵ 流量型:——單機雙柱或以上,再生方式:順流. 適用連續(xù)運行鍋爐

⑶ 運行天數(shù)的計算

(時間型)Q=VR·E/YD·Qd·T

VR: 樹脂填裝體積

E: 工作交換容量

Qd: 單位時間的產(chǎn)水量

T: 原水的硬度

(流量型)Q=VR·E·∈/YD

VR: 樹脂填裝體積

E: 工作交換容量

∈: 余量

YD:原水硬度

六、水質的測定

⒈ 給水硬度的測定:( 絡合反應)

酒紅色 蘭色

⑴ 取給水水樣100mL,然后加5mL氨-氯化銨緩沖液.

⑵ 在溶液中滴加2-3滴鉻黑T指示劑,此時溶液呈酒紅色

⑶ 用EDTA標準溶液滴定至終點,此時溶液呈蘭色,并記錄下來消耗EDTA的體積.

計算公式:

YD=C1V1/V×1000 = mmol/L

C1: EDTA標準溶液的濃度 mol/L

V1: 消耗EDTA的體積 ml

V: 取樣的體積 ml

試劑:

EDTA—0.01 1/2 EDTA

PH=10 氨-氯化銨--緩沖液(用來調試PH值)

0.5﹪ 鉻黑T指示劑

⒉ 鍋水的全堿度的測定(中和反應)

⑴ 取50ml鍋水水樣,滴加2-3滴的酚酞指示劑,此時溶液呈紅色.

⑵ 用H2SO4標準溶液滴定至終點,此時溶液呈無色,記錄下消耗H2SO4的體積V1

⑶ 再在溶液中滴加2-3滴甲基橙指示劑,此時溶液呈黃色

⑷ 再用H2SO4標準溶液滴定至終點,此時溶液呈橙紅色,記錄下來消耗H2SO4的體積V2

計算公式:

JD全=C(V1 V2)/V×1000 = mmol/L

C : H2SO4的濃度

V1V2 :分別是滴加酚酞指示劑和甲基橙指示劑時消耗H2SO4的體積

V : 水樣的體積

試劑:

1﹪酚酞指示劑

1﹪甲基橙指示劑

0.1mol/L 1/2 H2SO4

⒊ 鍋水氯離子含量的測定

⑴ 取10ml鍋水水樣,加40ml蒸餾水

⑵ 加2-3滴酚酞指示劑,此時溶液呈紅色,用H2SO4滴定至無色

⑶ 滴加0.5ml鉻酸甲指示劑,此時溶液呈黃色

⑷ 用AgNO3標準溶液滴定到終點,此時溶液呈橙紅色

⑸ 記錄下來消耗的體積V1

⑹ 作空白實驗,記錄下消耗AgNO3的體積V2

計算公式:

CL~=(V1-V2) ×T/V ×1000 = mg/L

V1: 消耗AgNO3的體積

V2: 作空白實驗時消耗AgNO3的體積

V : 水樣體積

試劑:

1﹪酚酞指示劑

0.1mol/L硫酸

T=1.0mg/ml的AgNO32100433B

水垢是種導熱性極差的物質, 僅有鍋爐鋼板的 1%左右的導熱率,鍋爐工作時熱傳導能力大大下降，從而極大影響了鍋爐的熱效率，導致燃料浪費，還可能在運行過程中導致危險，縮短鍋爐壽命。

按其化學成分的不同可分為：碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、混合水垢幾種，除垢方法主要有機械除垢法和化學除垢法。

工業(yè)鍋爐水處理技術機械除垢法

機械法除垢是利用各種機械工具如銑管器等直接將鍋爐壁的水垢鏟除，高壓水射流利用水的沖擊力進行除垢，因為其較為簡單因此應用較多。機械法除垢容易操作，成本低，但勞動強度大，一些頑固水垢可能無法去除，容易導致鍋爐傳熱面凸凹不平。

工業(yè)鍋爐水處理技術化學除垢法

（1）堿洗法。堿洗法是根據(jù)鍋爐水垢的組成成分，將多種不同的堿液（堿含量在 3%左右）注入鍋爐內，保證在一定的壓力下對堿液進行加熱從而達到除垢的目的。這種方法相比較于酸洗法來說更為簡單，同時所需成本費用也較低，但除垢所需時間更長，效率太低。

（2）酸洗法。酸洗法中采用的酸通常是鹽酸，因為鹽酸相對比較實惠。水垢中的鈣、鎂等碳酸鹽還有氫氧化物能與鹽酸發(fā)生化學反應，最后生成氣體或是能夠很好溶解在水中的鹽從而達到除垢的目的。鹽酸在除垢之后還能進一步的將鍋爐內表面的氧化物剝落。

酸洗時除了可以采用鹽酸還能夠采用硝酸、乙酸等。酸洗時需要注意，在進行酸洗之前工作人員需檢測水垢的厚度，根據(jù)厚度來選用所使用酸的濃度及用量多少，因為酸除了能對水垢起作用也能與鍋爐自己的表面反應，造成腐蝕，所以不宜過量。但如果在酸洗過程中加入一定量的緩蝕劑就能夠在一定程度上防止酸過量導致鍋爐本身遭腐蝕。

工業(yè)鍋爐水處理技術鍋爐水 pH 值降低的原因

許多工廠的爐水長期不能達標，很大程度上是由有機酸引起的。鍋爐水的pH值發(fā)生不正常變化是由于爐水中的有機物質所引起的。這些有機物有兩個來源，一是原水中的有機物形成了水溶性膠體，通過離子交換沒能去除掉，通過補給水系統(tǒng)直接進入了鍋爐；二是一些樹脂類高分子有機化合物（尤其是磺酸型陽樹脂）以粉末狀進入鍋爐，之后在高溫高壓作用下熱水解而產(chǎn)生了酸性物質，導致爐水pH值降低。樹脂粉末，特別是經(jīng)高溫、高壓作用下分解生成硫酸，使爐水pH值降低，由此產(chǎn)生腐蝕的危害。

工業(yè)鍋爐水處理技術pH值的控制

爐水的pH過高會直接腐蝕管道，過低則會形成水垢，同時也會加速腐蝕。因此需定期測量，中和，最好改進水源。如果水源無法改變，一般采用添加藥物的辦法加以控制。為了防止給水系統(tǒng)的腐蝕，國標要求給水的pH值應控制8.8～9.2范圍內。以前經(jīng)常用氨體，腐蝕銅合金材料等，因此使用氨水進行調節(jié)時含量不得超過1～2mg/L。爐水中的pH值應控制在9以上，一是為了避免對鍋爐鋼材的腐蝕，二是保證磷酸根與鈣離子發(fā)生反應，以產(chǎn)生容易排污的水渣；三是為了減少蒸汽中的硅酸攜帶量。再者pH值也不能無限度高，應盡量保持在9～11，一定不能超過12，否則游離NaOH太多則易引起堿性腐蝕。

工業(yè)鍋爐水處理技術鍋爐水中鹽和硅含量的控制

如果爐水中鹽的含量高，就會增加爐水的粘度，水的氣泡難以長大，甚至會產(chǎn)生泡沫層，增加蒸汽中的水分。在高壓條件下，爐水中硅的含量越大，蒸汽的含硅量也就越高，如果含量超標則可能造成SiO2在汽輪機中沉積。因此，鹽（鈉）和硅的含量直接影響到蒸汽的品質。當其含有量控制在一定范圍內時，蒸汽的帶水量也是一定的，如果其含有量超過了一定數(shù)值，蒸汽的含水量就會明顯增加，致使蒸汽的品質變差。以含硅量為例，蒸汽對硅酸的溶解性攜帶與爐水中該物質的含量成正比。

因此，為了保證蒸汽的品質，爐水中的鹽和硅的含量都要進行嚴格監(jiān)督和控制。除硅方法主要是降低給水中硅、鋁和其它氧化物含量，提高爐水pH值，減小硅酸的溶解攜帶?；瘜W除鹽方法中最常用的是陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，在離子交換器中，含鹽水流經(jīng)過樹脂時，鹽中的陰陽離子分別與樹脂中的陽離子和陰離子發(fā)生變換后除去。

工業(yè)鍋爐水處理技術給水加氨調節(jié) pH 值

加氨調節(jié) pH，因原料易得，費用低廉，已在國內使用三十多年，但其不足之處也早已為人所知。通常除氧器出口與加氨后的除鹽水相比 pH 相差很大，且主要以偏低為主。在氨的富集區(qū)，容易引起銅合金材料的腐蝕。氨水有很難聞的氣味，使用不方便，操作環(huán)境比較惡劣，會對操作人員的建康造成傷害，操作存在嚴重安全隱患。

工業(yè)鍋爐水處理技術給水除氧

給水化學除氧是熱力除氧的必要補充，常規(guī)化學方法，如：聯(lián)氨、乙醛肟等正面臨安全和使用效果的諸多置疑。聯(lián)胺因有毒，其作為除氧劑已基本被取消，其它除氧劑與氧反應速度受溫度、pH 和過剩量的影響很大，最重要的是無良好的鈍化效果，即使氧含量小于 5ppb，系統(tǒng)仍有腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生,無法從根本上抑制腐蝕的產(chǎn)生。因此，常規(guī)方法不能徹底解決鍋爐系統(tǒng)面臨的氧腐蝕問題。

工業(yè)鍋爐水處理技術鍋內水處理

中壓鍋爐一般使用磷酸三鈉、高壓鍋爐使用磷酸三鈉，并配合氫氧化鈉、磷酸氫二鈉進行處理，受自身性質的影響，有明顯的處理缺點，人為原因將嚴重影響鍋內水質指標的控制，進而影響處理效果。降低鍋爐的操作效率，中壓鍋爐夾帶現(xiàn)象嚴重，蒸汽品質受到影響，鍋爐排污率難以降低，排污量大，能耗較高。