1、工業鍋爐水處理江蘇省特檢院常州分院 2008年8月7/17/20221工業鍋爐水處理一、基礎知識 1、鍋爐：是利用燃料的化學能或其它能源的熱能， 把鍋內工質加熱到一定參數的熱能轉換設備。 2、鍋爐水處理的重要性 如果不能很好地控制鍋爐水質，就會給鍋爐安全經濟運行帶來嚴重的影響，主要表現在：（1）結垢 （2）腐蝕 （3）影響蒸汽品質7/17/20222工業鍋爐水處理一、基礎知識3、常用的化學名詞（1）溶液是一種或一種以上物質分散到另一種物質里所形成的均一穩定的混合物。（2）濃度一定量的溶液里所含溶質的量叫做溶液的濃度。 a. 百分比濃度100克溶液中所含溶質的克數 b. 重容百分比濃度1升溶液中

2、所含溶質的克數或毫克數 mg/l，g/l c. 物質的量的濃度（摩爾濃度） 1升溶液中所含溶質的物質的量（摩爾數）mol/l，mmol/l注意：水質標準中，物質的量的濃度的基本結構單元含一個單位電荷的粒子作為基本結構單元。7/17/20223工業鍋爐水處理一、基礎知識（3）pH值 在22時，Kw=1.000010-14 pH=7 中性 pH 7 堿性 pH7 酸性7/17/20224工業鍋爐水處理一、基礎知識（4）溶度積KSP 在一定溫度下，當難溶電解質在溶液中達成溶解平衡時，其電離后所生成的離子濃度的乘積是個常數。 如： 18時為1.210-11 25時為8.710-8 當溶液中這兩種離子的

3、濃度的乘積等于該物質的KSP時，就開始出現沉淀。因此，物質的KSP越小，沉淀就越易產生。7/17/20225工業鍋爐水處理一、基礎知識（5）溶解度 在一定溫度下，100克水中，所能溶解溶質的克數。P191表5-1 0.1MPa壓力下，氧氣在水中的溶解度。7/17/20226工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質1、水源2、天然水中含有的雜質 天然水中的雜質，有的呈液態或氣態，它們大多以分子態、離子態或膠體顆粒存在于水中。如按其顆粒大小不同可以分為懸浮物、膠體和溶解物質三大類，如表2-1所示。7/17/20227工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質（1）懸浮物 懸浮物是指顆粒直徑約

4、在10-4mm以上的微粒，包括泥沙、草本植物和動物有機體的微小碎片、纖維及死亡后的腐敗產物等。（2）膠體 膠體是指顆粒直徑約在10-610-4mm之間的微粒，主要是鐵、鋁、硅的化合物及動植物有機體的分解產物、蛋白質、脂肪、腐殖質等。由于膠體顆粒比表面積大，有明顯的表面活性和吸附性，因而表面常常帶有正、負電荷離子，天然水體中的黏土顆粒，一般帶負電荷，而一些金屬離子的氫氧化物則帶正電荷。結果使同類膠體因帶有同性電荷而相互排斥。在水中不能相互結合形成更大的顆粒，而穩定在微小的膠體顆粒狀態下，使這些顆粒不能依靠重力自行沉降。（3）溶解物 溶解物質是指顆粒直徑約在106mm的微粒，它們往往以離子、分子或

5、氣體狀態存在于水中，成為均勻的分散體系，稱為真溶液。天然水中溶有的主要離子見表2-2，從表中可以看出，天然水中主要溶有8種離子，它們幾乎占水中溶解固體總量的95以上。7/17/20228工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質表2-2 天然水中溶有的主要離子陽離子陰離子濃度的數量級名稱符號名稱符號鈉離子鉀離子鈣離子鎂離子Na+K+Ca2+Mg2+重碳酸根碳酸根硫酸根氯根HCO3-CO32-SO42-Cl-從幾mg/l至幾萬mg/l 另外，水中還有一定的生物生成物。生物生成物（NH4+、NO2-、NO3-）、磷化合物（HPO42-、H2PO4-、PO43-）、鐵和硅的化合物。微量元素主要有B

6、r-、I-、Cu2+、Co2+、Ni2+、F-、Fe2+、Ra2+等，它們的含量一般都小于10mg/L。天然水中常見的溶解氣體有氧、二氧化碳和氮，有時還含有硫化氫、二氧化硫和氨等。天然水中O2的主要來源是大氣中氧的溶解。天然水中CO2的主要來源是水中有機物的分解和氧化。7/17/20229工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質極軟水軟水中等硬水硬水極硬水1.0mmol/l1.03.0 mmol/l3.06.0 mmol/l6.09.0 mmol/l9.0 mmol/l3、天然水的分類 按天然水中硬度的大小，可以將天然水分為五類，如表2-3所示。表2-3 天然水中硬度分類按天然水中含鹽量的

7、高低，可以將天然水分成四類，如表2-4所示。表2-4 天然水中按含鹽量分類低含鹽量水中等含鹽量水較高含鹽量水高含鹽量水200mg/l200500 mg/l5001000mg/l1000 mg/l7/17/202210工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質4、鍋爐用水名稱 由于水在火力發電廠水、汽循環系統中所經歷的過程不同，其水質常有較大的差別。因此，根據生產實際上的需要，我們常給予這些水以不同的名稱，現簡述如下：（1）生水 生水是未經任何處理的天然水（如江、河、湖泊、地下水等等）。在火力發電廠中生水是制取補給水的原料，或用來冷卻轉動機械的軸承，以及供消防用等。（2）補給水 生水經過各種方

8、法處理后，用來補充火力發電廠水、汽循環系統中損失的水。補給水按其凈化處理方法的不同，又可分為軟化水、蒸餾水和除鹽水等。（3）凝結水 在汽輪機中做功后的蒸汽經冷凝器冷凝成的水，稱為冷凝水。（4）疏水 各種蒸汽管道和用汽設備中的蒸汽冷凝水，稱為疏水。它經疏水器匯集到疏水箱或并入凝結水系統。7/17/202211工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質（5）返回冷凝水 熱電廠向用戶供熱后，回收的蒸汽冷凝水，稱為返回凝結水（簡稱返回水）。其中又有熱網加熱器凝結水和生產返回凝結水之分。（6）給水 送往鍋爐的水稱為給水。凝汽式發電廠的給水，主要有汽輪機凝結水、補給水和各種疏水組成。熱電廠的給水組成中，

9、還包括返回凝結水。（7）鍋爐水 在鍋爐本體的蒸發系統中流動著的水，稱為鍋爐水，簡稱爐水。（8）冷卻水 作為冷卻介質的水稱為冷卻水，在火力發電廠中，它主要是指通過凝汽器用以冷卻汽輪機排汽的水。 5、水質指標7/17/202212工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質（1）懸浮物（mg/l） 指水樣中能夠用某種過濾材料分離出來的固形物。 將一定量水中的截留物在105110下烘干稱重而測得； 也可采用從濁度儀上直接讀出讀數來近似表示懸浮物的量。（2）含鹽量（mg/l） 表示水中溶解鹽類的總和，可由水質全分析測得陰、陽離子總和求得。（3）溶解固形物（mg/l）RG 水經過濾后，那些仍溶于水中的各

10、種無機鹽類、有機物等，在水浴上蒸干，并在105110下烘干至恒重所得到的蒸發殘渣稱為溶解固形物。 可利用電導儀直接讀出溶液的電導率來近似估算溶液的溶解固形物。（4）電導率（s/cm、s/cm）DD表示水中導電能力大小的指標。是電阻率的倒數，可用電導儀測定。7/17/202213工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質（6）堿度（mmol/l） JD 表示水中能與強酸（H+）發生中和作用的物質的量。（OH-、HCO3-、CO32-、SO32-、PO43-、SiO32-）（5）硬度（mmol/l）YD 水中鈣、鎂離子的總含量。（7）酸度（mmol/l） SD 是表示水中能與強堿（OH-）發生中

11、和作用的物質的量。7/17/202214工業鍋爐水處理二、鍋爐用水及其水中含有的雜質（8）pH值是表示水的酸堿性的指標。（9）氯離子（Cl-）mg/l（10）溶解氧（O2）mg/l（11）相對堿度表示鍋水中游離NaOH含量與溶解固形物的比值。6、水質標準 GB1576-2001工業鍋爐水質第四次修訂表2-5 給水和鍋水監測的指標及意義指標意義給 水鍋 水防垢指標硬度、懸浮物、含油量、含鐵量堿度、pH、PO43-防腐指標溶解氧、pHpH、相對堿度、SO32-防汽水共騰指標含油量溶解固形物、堿度7/17/202215工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響 水中雜質的存在除能污染

12、樹脂、堵塞管道等以外，主要表現在：1、結垢（1）水垢的形成過程 固態物質從過飽和爐水中析出 溶解于爐水的某些鹽類都有其一定的溶解度，超過溶解極限，就以沉淀的形式在爐水中析出。 a. 水在鍋爐中的不斷蒸發、濃縮、爐水的含鹽量不斷地升高； b. 水溫升高時，某些物質的溶解度降低；CaSO4、Mg(OH)2、Ca(OH)2 c. 發生化學反應生成難以沉淀物。 固態物質在鍋內受熱面上粘附7/17/202216工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響（2）水垢的種類（3）水垢的危害 降低熱效率，浪費燃料； 引起金屬受熱面過熱，損壞鍋爐受壓元件，縮短使用壽命； 破壞正常鍋爐水循環，增加維

13、修費用； 為腐蝕創造條件。7/17/202217工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響2、引起受壓元件的腐蝕腐蝕金屬（材料）表面和周圍介質發生化學或電化學作用而遭受到破壞的現 象叫腐蝕。（一）電化學腐蝕（1）基本原理由于金屬與作為導電體的電解質互相作用，引起電流自金 屬的一部分流向另一部分而發生金屬的破壞，稱為電化學腐蝕。 鍋爐用鋼在冶煉、軋制過程夾有襯渣或其它雜物，這些雜物的電極電位高于金屬，就成為原電池中的陰極，而金屬電極電位低而成為陽極，電子從陽極向陰極移動。 極化由于形成雙電層而產生了鈍態情況，稱為極化。（極化可以阻止金屬的進一步腐蝕） 去極化一些物質能破壞雙電層促

14、使腐蝕不斷加強（不斷從陰極獲得電子）稱為去極化作用。7/17/202218工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響去極化劑能從陰極不斷獲得電子，產生去極化作用，加劇腐蝕的物質稱為去極化劑，如：H+、O2保護膜牢固而致密地覆蓋在鋼材的表面，把鋼材與周圍介質隔離開來，起到抑制腐蝕的作用，稱之為保護膜。7/17/202219工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響（2）影響電化學腐蝕的因素 溶解鹽 a. 鋼材的腐蝕速度隨著鍋水中含鹽的濃度的增高而加快； b. Cl-、SO42-會破壞金屬表面的保護膜（特別是Cl- 很容易取代金屬表面保護膜的氧離子）因此必須對爐水中

15、Cl- 進行監督 金屬材料 a. 鎮靜鋼耐腐蝕性沸騰鋼（含雜質多、偏析、疏松）； b. 鋼材在加工制造中（打擊、彎曲、冷卻）造成應力變化；內應力大的部位（陽極）電位低于內應力小的部位（陰極）,造成腐蝕。如封頭、管板的扳邊圓弧處，脹管、焊管處出現腐蝕坑（橢圓形狀、貝殼狀、三角形狀）。7/17/202220工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響降低了Fe2+濃度，使Fe溶解得更快 pH值pH4時，Fe3O4全部溶解pH值（爐水）應控制在1012，對防腐最為有利溶解氧a. 氧是一種去極化劑，有利于電化學腐蝕的進行b. 氧腐蝕機理：陽極：pH13時，Fe3O4全部溶解陰極：且：7/

16、17/202221工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響注意： a. 不同比例的二價和三價鐵的氫氧化物相混合，其顏色有綠色和灰 色。若全為三價鐵，則為紅棕色Fe(OH)3沉淀； b. 氧腐蝕產物，一般分為三層，最內層為二價鐵化合物，（FeOnH2O）呈黑色；最外層為三價鐵的水合氧化物，（Fe2O3nH2O）呈紅棕色；中間一層一般為Fe3O4nH2O，呈黑褐色給水需要除氧 游離CO2腐蝕 CO2來源：水中溶解及重碳酸鹽分解和碳酸鹽在高溫高壓下水解而來的。a:使H+增多，產生氫的去極化腐蝕陰極：7/17/202222工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響b.

17、 加劇氧腐蝕 Fe2+，金屬不斷溶解；CO2循環腐蝕至O2消耗光。腐蝕特征：表面沒有腐蝕產物，呈或大或小的潰瘍狀凹坑，控制給水pH值7 溫度和熱負荷 a. t，電解質電阻，離子擴散速度，電化學腐蝕 b. 熱負荷高 金屬表面蒸汽泡對保護膜產生機械作用而遭破壞，同時熱應力的變化也加劇腐蝕。7/17/202223工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響（二）垢下腐蝕也屬電化學腐蝕（1）垢內的氧化物與金屬壁之間的電化學腐蝕 原理： 位置：一般發生在向火側的水冷壁管內壁防止結垢，控制給水硬度（2）堿性腐蝕 垢下鍋水濃縮，且難以和沉淀物外爐水混合，故鍋水中NaOH含量高，沉積物下，pH可

18、能13，此時7/17/202224工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響 保護Fe3O4破壞使電化學腐蝕加劇 結果：金屬表面出現（產生）凹凸不平的腐蝕坑，坑上有疏松的腐蝕物。從金屬表面上去除沉積物，可以看到腐蝕坑上有白色沉積物，這些沉積物是碳酸鹽 （ ）（3）酸性腐蝕 當鍋水中有硬度時（MgCl2、CaCl2），此時沉積物下發生如下反應：結果pH，對鋼材產生酸腐蝕陽極：陰極： 7/17/202225工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響若水垢致密、堅硬，則H2很難逸出，則與滲碳體發生反應：結果： 造成碳鋼脫碳； CH4在金屬內部晶粒晶格間產生壓力，產生微

19、小晶間裂紋，使金屬變脆，產生爆管即氫腐蝕 控制給水YD、防止結垢與爐水中出現Mg2+、Ca2+（4）蒸汽腐蝕當受壓元件壁溫400，過熱蒸汽與金屬壁產生直接的化學反應：均勻性腐蝕，一般在550570時存在，若不及時排除H2，則產生氫腐蝕：7/17/202226工業鍋爐水處理 三、水中存在的雜質對鍋爐安全經濟運行的影響（5）應力腐蝕 苛性脆化控制相對堿度 苛性脆化發生條件： 在金屬中存在很高的局部應力； 受壓元件采用鉚接、脹接、焊接加工后，加工部位存在較多的殘余應力，且存在細小縫隙。 受壓元件連接處不嚴密，或缺陷地方有縫隙； 鍋水中存在高濃度的游離NaOH。 3、影響蒸汽品質 給水中含油量的多少、

20、鍋水中的堿度、溶解固形物含量高都能引起汽水共騰現象，造成過熱器、減溫器、汽輪機結鹽等，影響其正常運行。 控制爐水堿度 7/17/202227工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法 目的：除去水中的部分雜質，確保鍋爐安全經濟運行。1、水的預處理（1）方法：通過混凝、沉淀和過濾處理，使水中懸浮物含量5mg/l，同時也可除去水中部分膠體物質。注意： 原水懸浮物20mg/l 可不設置預處理裝置 懸浮物在203000mg/l 視情況選擇預處理方法 3000 mg/l 考慮預處理前設置預沉淀池或換水源（2）機械過濾裝置注意： 濾料一般有石英砂、錳砂（除鐵）、活性碳（除余氯等） 反洗強度使濾料層膨脹率達25

21、%7/17/202228工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法圖1 機械過濾裝置 7/17/202229工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法2、水處理方法選擇3、鍋內加藥處理（一）藥劑的選擇 阻垢能力 毒性（二）適用范圍 P223（三）優缺點 設備簡單、投資小、操作方便 排污率高，熱損失大 防垢效果不夠穩定（四）加藥方式：通過加藥泵和給水按比例配比進入鍋爐（五）加藥注意事項 P229（六）常用水處理藥劑及用量7/17/202230工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法4、鍋外水處理（一）鈉離子交換法： 工作原理 軟化原理： 再生原理： 7/17/202231工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理

22、方法* 軟化結果：a. 能夠除去硬度； b. 不能除去堿度； c. 水中鹽類物質含量略有增加。 處理方法通過離子交換器來完成 逆流再生交換器的操作7/17/202232工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法黃色管鹽液管紅色管硬水管綠或藍軟水出口管7/17/202233工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法7/17/202234工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法在支管四周鉆孔，在支管上裝濾網，濾網采用5060目的尼龍網。7/17/202235工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法a.小反洗10m/h1015分鐘b.放水c.再生23m/h40分鐘d.置換23m/h30分鐘e.小正洗10m/h1

23、0分鐘f.大正洗1015 m/h出水合格g.運行25 m/hh.不定期大反洗10 m/h出水量的計算 7/17/202236工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法鹽耗的計算（g/mol）b鹽耗；gG用鹽量；kgE工作交換容量；mol/m3v樹脂體積；m37/17/202237工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法特點： a. 再生劑利用率高； b. 出水水質好； c. 交換容量利用率高； d. 廢液排放比順流少； e. 進水濁度變化對它影響大； f. 結構復雜。 順流再生交換器 區別：a. 少一個中排裝置； b. 再生液的進入方向與運行方向相同。 步驟：反洗 再生 正洗 運行 10m/h 23

24、m/h 1015m/h 20m/h7/17/202238工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法特點：a. 結構簡單，易操作； b. 對進水懸浮物要求不高； c. 再生效果低，出水水質差。全自動交換器注意事項：a. 提高交換劑的再生度； (i) 規定的用鹽量 (ii) 規定的鹽液體積 (iii) 吸鹽管長度（軟管）2.5m，不能漏氣 b. 自來水壓力較高，0.20.6MPa； c. 根據水源水質，做好調整工作。（二）HNa離子交換 a. 氫離子交換的原理：7/17/202239工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法交換：再生：b. 特點：(i)不僅降低硬度，同時也降低堿度； (ii)軟化結果產生

25、H+，使pH7，故不能直接進入鍋爐。c. 使用型式7/17/202240工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法d. 再生劑 稀HCl 3%4% 流速5m/h圖5 H-Na離子交換7/17/202241工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法（三）除鹽裝置7/17/202242工業鍋爐水處理 四、鍋爐用水水處理方法 陰床放在陽床后面的原因： 陰床出水有OH-，與Mg2+、Ca2+結合成Mg(OH)2、Ca(OH)2覆蓋在樹脂表面，不利于交換； 陽床出水有H+與HCO3-結合，有利于陰床與其它陰離子交換。 強堿性陰樹脂對水中陰離子的選擇性： SO42- NO3- Cl- OH- F- HCO3- H

26、SiO3-5、給水除氧*比較燃煤爐與燃油爐氧腐蝕情況及原因； 除氧劑。 混床出水控制在：電導0.2s/cm SiO220g/l7/17/202243工業鍋爐水處理五、試運行、運行及停用時的化學監督 1、設計、制造時要考慮鍋爐水質問題 考慮到鍋爐的清掃與排污。2、設計鍋爐房和安裝鍋爐時要考慮的水質處理 按鍋爐額定蒸發量、每天運行時間通過計算來配備合適的水處理設施 如：4t/h鍋爐一臺每天運行12h 則需水412=48t + 損耗 交換器出水量： （t） E樹脂的工作交換器容量，1000mol/m3 v交換器內樹脂所占體積，m3 （=750mm， YD原=2mmol/l Q=350400t） 按用

27、量設計一定容量的軟水池（內做防腐） 水處理設備、藥劑、樹脂的監督 水規2000年版7/17/202244工業鍋爐水處理五、試運行、運行及停用時的化學監督 3、運行鍋爐的水質監督 按GB1576-2001工業鍋爐水質標準監督給水和爐水 注意：a. 一些單位不重視，一些小爐子只測給水，不測爐水； b. 一些小型熱水鍋爐（小型汽水兩用爐、小型蒸汽鍋爐） 不具備水處理設施。 鍋爐房水處理管理制度 （操作規程、排污制度、交接班制度、藥品消耗指標等） 查看水處理運行記錄 通過內部檢查，觀察鍋爐結垢和腐蝕情況 根據水處理情況，提出整改意見7/17/202245工業鍋爐水處理五、試運行、運行及停用時的化學監督

28、 離子交換器運行情況的監督 a. 樹脂的有效性、層高、中毒否 b. 布水裝置的完好性 c. 閥門是否滲漏（檢查方法） d. 進水濁度是否合格 e. 剩余樹脂的保管（防凍 + 防霉） f. 新樹脂的預處理排污控制問題化驗試劑是否有效4、停用時的化學監督 認真做好防腐保養工作7/17/202246工業鍋爐水處理五、試運行、運行及停用時的化學監督 停爐時間保養方法監督內容一周內壓力保養鍋筒汽壓在0.050.1MPa爐水t100含氧量合格一月內濕法保養停爐后清垢、渣、灰，進軟水至低水位線將保護液注入鍋內（見附）繼續進軟水至水從空氣閥中冒出維持爐水堿度512mol/l，每5天測一次，堿低時補加大于一個月干法保養停爐清垢、渣、灰，（爐水溫度至70放水，用余熱烘干）在敞口托盤中放干燥劑（生石灰CaCO3、無水CaCl2、硅膠）關閉人孔、手孔、檢查孔每隔12月打開爐門、人孔，檢查干燥劑是否失效大于三個月充氣保養停爐清垢、渣、灰，充N2、NH3，從爐最高處往下充，維持壓力在0.20.3MPa（空氣從排污閥中排盡）爐膛及煙道受熱面用“干法保養”7/17/202247工業鍋爐水處理五、試運行、運行及停用時的化學監督 附： 濕法保養：每噸爐水加 NaOH 310kg Na2CO3 20kg Na3PO