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第六章锅炉水处理（讲师潘荣庆）锅炉水处理的重要性搞好锅炉水处理工作，使锅炉给水达到合格标准，是保证锅炉安全经济运行的重要环节，也是保证锅炉出力、节约能源，防止事故的重要措施。\n锅炉用水的分类原水（生水）：就是锅炉的水源水。给水：直接进入锅炉，被锅炉蒸发或加热的水。软化水：原水经过软化处理符合锅炉水质标准的水。锅水：锅炉运行中在锅筒内的水。冷却水：锅炉运行中用于冷却锅炉某一附属设备的水。排污水：为了改善蒸汽品质和防止锅炉结垢，从排污阀门排除的锅水。\n水中的杂质按物态分类固态杂质。包括悬浮固体、胶溶固体、溶解于水的盐类和有机质微粒。液态杂质。主要指油脂、工业废液和酸液。气态杂质。主要是氧气和二氧化碳等。\n\n水中杂质对锅炉的危害水中杂质如果不经过处理直接用作锅炉给水，对锅炉危害极大，归纳起来可产生以下三种危害：一是在锅炉内结垢，生成水渣；二是造成锅炉金属腐蚀；三是恶化蒸汽品质。\n水垢的形成水垢形成的原因：①钙镁重碳酸盐类热分解。②锅水的不断蒸发浓缩。③钙镁盐类溶解度降低（例如硫酸钙和硅酸钙）。\n盐类溶解度表\n水垢的种类⑴碳酸盐水垢。多为白色，也有微黄白色。⑵硫酸盐水垢。主要成分是硫酸钙（CaSO2），含量达50％以上，又称作石膏质水垢。多为黄白色，也有微黄白色，特别坚硬、致密，手感滑腻。⑶硅酸盐水垢。成分比较复杂，水垢中的二氧化硅（SiO2）多为淡褐色，也有灰白色的，水垢表面带刺。⑷混合水垢。⑸含油水垢。成分很复杂，但油脂含量多在50％。多呈黑色，有坚硬的，也有松软的水垢表面不平滑。⑹泥垢。成分比较复杂。一般富有流动性，较易通过排污方法除去，易黏结在锅炉蒸发面上，形成难以冲掉的再生水垢。\n水垢示意图\n水垢对锅炉的危害浪费燃料，污染蒸汽品质：锅炉受热面上如果结有1毫米厚的水垢，则浪费燃料约3~5％。损坏受热面：结有水垢的锅炉传热性能变差，受热面两侧的温差增大，炉管的温度升高。当受热面金属的温度超过正常工作条件的温度时，称为过热。锅炉正常运行时，金属受热后很快将热量传递给炉水，两者温度相差约为30~100℃。例如工作压力为1.0MPa的锅炉，饱和水温度约为180℃左右，在没有结垢时，钢材温度在210~230℃；若结生1毫米水垢，钢材温度将升高130~390℃；当水垢再厚些，情况将更为严重。当超过450℃，金属将发生蠕动变形。降低锅炉出力，增加检修工作量：由于锅炉结垢后，火侧热量传递给水侧就困难，锅炉蒸发量将随之下降。\n水垢厚度与浪费燃料的对应表水垢厚度（mm）0.51358浪费燃料（％）23~56~101534\n钢铁与各类水垢的导热系数对比钢铁及水垢成分导热系数（W／m.k）与钢铁比较钢铁47~52—硫酸盐0.58~2.33约1／20~1／80碳酸盐0.47~0.70约1／80~1／100硅酸盐0.27~0.47约1／100~1／200油脂膜0.12约1／400煤灰0.06~0.12约1／400~1／800\n水垢及溶解氧的腐蚀\n炉管（水管）的腐蚀情况\n裂缝\n泥渣和水垢\n垢下腐蚀（电化学腐蚀）腐蚀坑\n水垢的危害示意图\n锅炉水质处理的分类炉外水处理：主要指给水在进入锅炉之前，为了除去其中的硬度，而进行的软化处理。目前，常用阳离子交换软化法。炉内水处理：是通过向炉水中投加化学药剂，与水中的钙盐、镁盐发生化学、物理作用，生成非粘结性的松散泥渣，然后经排污除去，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。\n锅炉用水主要评价指标㈠悬浮物：表示不溶于水的较大颗粒一些物质含量的指标，其单位为mg／L。㈡含盐量和溶解固形物：含盐量是表示水中各种溶解盐类的总和，单位为mg／L。常用溶解固形物（或蒸发残渣）近似表示。常用氯离子含量来表示，单位mg／L。㈢硬度：是指水中钙、镁离子的总浓度，单位为mmoI／L。（≤0.03mmoI／L）㈣碱度：指水中含有能接受氢离子的物质的量。例如氢氧根、碳酸根、重碳酸根、磷酸根、硅酸根、亚硫酸根和氨等。单位以mmoI／L表示。㈤PH值：是指水溶液中氢离子浓度的负对数（1~14）。㈥相对碱度：主要是为了防止锅炉在有缝隙部位存在应力时，会产生苛性脆化。㈦溶解氧：造成给水管道和锅炉本体的腐蚀。单位mg／L。\n蒸汽锅炉采用锅内加药水处理时的水质标准项目给水锅水悬浮物mg／L≤20—溶解固形物mg／L—＜5000总硬度mmoI／L≤4—总碱度mmoI／L—8~26PH（25℃）≥710~12\n蒸汽锅炉采用锅外化学处理时的水质标准项目给水锅水工作压力MPa≤1.0＞1.0≤1.6≤1.0＞1.0≤1.6悬浮物mg／L≤5≤5——总硬度mmoI／L≤0.03≤0.03——总碱度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相对碱度游离NaOH／溶解固形物———＜0.2\nPH试纸的变色范围\n锅内水处理特点锅内水处理不需要复杂的设备，故投资小，成本低，操作方便。对水质适应范围较大，如果处理得当，防垢率可以达到80％以上。锅内水处理还不能完全防止锅炉结生水垢，特别是生成的泥垢，在排污不及时很容易结生二次水垢。\n锅内水处理常用药剂（一）▲氢氧化钠：俗称火碱、和苛性钠。主要作用是：⑴能有效地消除给谁中的碳酸盐硬度和镁盐硬度。碳酸氢钙＋氢氧化钠＝碳酸钙＋碳酸钠＋水碳酸氢镁＋氢氧化钠＝氢氧化镁＋碳酸钠＋水硫酸镁＋氢氧化钠＝氢氧化镁＋硫酸钠氯化镁＋氢氧化钠＝氢氧化镁＋氯化钠⑵保持锅炉水中的碱度，防止锅炉腐蚀。当锅炉水中的氢氧根保持一定的浓度时（PH＝9.5~11.5），锅炉金属表面生成的保护膜就比较稳定，从而可以阻止氧对锅炉金属的腐蚀。\n锅炉内水处理常用药剂（二）▲碳酸钠俗称纯碱和苏打。工业用的无水碳酸钠是白色的粉末，易溶于水，水溶液呈强碱性。主要作用是。（1）能有效地消除给水中钙的硬度，其化学反应如下：硫酸钙＋碳酸钠＝碳酸钙＋硫酸钠氯化钙＋碳酸钠＝碳酸钙＋氯化钠（2）在锅炉内碳酸钠可以部分地水解为氢氧化钠，因此具有氢氧化钠的作用。碳酸钠＋水＝氢氧化钠＋二氧化碳（3）能有效消除给水中的镁硬度，生成的碳酸镁（微溶）可以水解成为氢氧化镁沉淀。\n锅炉内水处理常用药剂（三）▲磷酸三钠（Na3PO4•12H2O），俗称磷酸钠，在干燥的空气中易风化，水溶液呈碱性，主要作用是：（1）能沉淀给水中的钙和镁盐。硫酸钙＋磷酸钠＝磷酸钙＋硫酸钠氯化钙＋磷酸钠＝磷酸钙＋氯化钠硫酸镁＋磷酸钠＝磷酸镁＋硫酸钠氯化镁＋磷酸钠＝磷酸镁＋氯化钠（2）增加泥垢的流动性，磷酸三钠和给水中的钙和镁盐类生成沉淀是具有高度分解的胶体。生成了流动性较强的泥垢。（3）能使硫酸盐和碳酸盐等老水垢疏松脱落，特别是清除没有经过水处理而结生的老水垢尤为显著。是因为磷酸钙比其硫酸钙和碳酸钙更容易生成。（4）防止锅炉金属腐蚀，因为磷酸三钠能在金属表面形成磷酸铁的保护膜，而起到防止锅炉金属腐蚀的作用。\n锅炉外水处理主要指给水在进入锅炉之前，为了除去其中的硬度，而进行的软化处理。目前，主要采用阳离子交换软化法。离子交换软化法，是用某种离子交换剂中不形成水垢的离子，将水中容易生成水垢的钙、镁离子置换出来，从而使水得到软化。应用离子交换软化法，可使锅炉给水的硬度达到合格标准。常用阳离子交换剂是钠离子交换剂强酸型001×7（0强酸性、0苯乙烯系、1顺序号、7交联度），凝胶型。\n合格不合格\n\n离子交换树脂的物理性能（一）①形状：多为球形，填充状态好；水通过树脂层压力损失小；流量均匀；耐磨性能好；装填量大等优点。②粒度：目前国内外树脂的粒度一般为0.3~1.2mm。③密度：湿真密度是指树脂的质量与其占有的体积（不包括树脂间的空隙）之比。密度一般在1.04~1.30之间。湿视密度是指树脂在工作状态下的堆积密度，即单位体积含有的树脂质量。湿视密度＝湿树脂质量（g）／湿树脂体积（mL）④水分：凝胶型树脂，其含水率可反映树脂的空隙率，即含水率愈大，树脂的孔隙率就愈大。⑤颜色：有白、黄、黑和褐等，是半透明或不透明的。值得注意的是，树脂使用后颜色的变化，可能影响树脂的性能.\n离子交换树脂的物理性能（二）⑥耐磨性：是指耐磨程度，主要表现在树脂的年耗上（一般在5％左右），是一项重要的经济指标。⑦耐热性：一般阳离子交换树脂较阴离子交换树脂耐热性能好。阳离子交换树脂在120℃以下，氢型在100℃以下，阴离子交换树脂在60℃以下使用都是安全的。阳离子和阴离子交换树脂在冬季树脂都要做好防冻工作。⑧溶胀性：干树脂浸泡于水中，体积胀大，成为湿树脂；强酸性阳离子树脂由钠型转变成氢型时，体积增大5％以上；强碱阴离子树脂由氯型转变成氢氧型时，体积增大10％。（在装填新树脂时要注意留有膨胀量）。⑨溶解性：合成的离子交换树脂，大都是具有庞大骨架的高分子聚合物，是理想的不溶物。但是，对新投用的树脂，开始使用时有微量的溶解现象，又称“胶溶”现象。在生产过程中是化学反应不完全造成的，新投入运行的树脂，有时会发现出水带有颜色，就是发生胶溶现象的缘故。\n阳离子交换剂工作原理（交换过程）水中含有交换剂交换剂水中含有Ca（HCO3）2＋2NaR→CaR2＋2NaHCO3Mg（HCO3）2＋2NaR→MgR2＋2NaHCO3CaSO4＋2NaR→CaR2＋Na2SO4MgSO4＋2NaR→MgR2＋Na2SO4CaCI2＋2NaR→CaR2＋2NaCIMgCI2＋2NaR→MgR2＋2NaCI\n阳离子交换剂工作原理（再生过程）失效的交换剂大粒盐再生后的交换剂其它盐类CaR2＋2NaCI→2NaR＋CaCI2MgR2＋2NaCI→2NaR＋MgCI2\n阳离子树脂工作过程\n自动软化水处理设备内部结构\n水处理设备（四）主机头副罐主罐树脂大粒盐盐筒\n离子交换树脂污染后的处理▲树脂的灭菌：较为实用的是用1％的甲醛溶液浸泡数小时，然后用水冲洗至无甲醛臭味为止。▲树脂有机物污染的消除：可以采用无油压缩空气冲刷树脂，使树脂互相摩擦，然后用水反洗。还可以用10％的热盐水在设备中长时间的循环，或用10％的氯化钠和6％的氢氧化钠混合溶液进行处理。如果被铁及其氧化物污染，应当首先去除铁的污染，然后再去除有机物的污染。\n树脂被铁污染的去除◆鉴别的方法：被铁污染的树脂从外观上看，颜色明显变深，甚至呈黑色。◆复苏的方法：被铁离子污染的树脂，可以采用10％左右的盐酸浸泡5~12小时，或配合其它络合剂协同处理。在处理过程中可辅以吹气、超声波及磁场等，效果会更好。◆预防措施：一是对水源水含铁较高的水要进行预处理，降低其含量（常用锰砂过滤）。二是对水处理设备要进行防腐，钻井队锅炉房内水罐每年要清理一次，并要进行防腐处理。\n一线井队自动软化水设备的操作要求㈠检查各连接处是否牢固，水处理泵进出水阀门是否开启，水过滤器要清洗干净，盐箱内是否有大粒盐。㈡启动水处理泵向树脂罐内进水，调节进出水压力，出水压力不得低于0.2MPa，进水压力一般不高于0.3MPa。㈢运行中检查各连接处是否漏水，如漏水应重新紧固，否则出水硬度超标。㈣顺时针拨动主机头顶部表盘的黑点印至再生（BRINE）刻度，排污管有排污即表示启动再生。㈤定期向盐箱内，加入干净的大粒盐。保持盐箱高度的3／4。定期清洗盐箱内淤泥，防止堵塞吸盐管路，影响树脂的再生。\n锅炉化学清洗锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，必须坚持以防垢为主，不能以化学清洗代替正常的锅炉水处理工作。虽然目前的化学清洗日趋完善，缓蚀剂的缓蚀效率能达到99％以上，但还不足以完全防止对锅炉的腐蚀。因而，对于锅炉不能频繁地化学清洗，低压锅炉清洗规则中规定，每台锅炉酸洗时间间隔不宜少于二年。\n锅炉化学清洗的条件⒈新建锅炉运行前必须进行化学清洗（碱洗、酸洗）。⒉运行锅炉符合下列条件之一时，方可进行酸洗。①锅炉受热面被水垢覆盖80％以上，并且平均水垢厚度达到或超过下列数值：对于无过热器的锅炉：1mm。对于有过热器的锅炉：0.5mm。对于热水锅炉：1mm。②锅炉受热面有明显的油污和铁锈。\n锅炉内结垢\n酸洗除垢机理1.溶解作用，盐酸容易与碳酸盐水垢发生化学反应，生成易溶解的氯化物，是这类水垢溶解。2.剥离作用，盐酸能溶解金属表面的氧化物，从而破坏金属与水垢之间的结合。3.气掀作用，盐酸与碳酸盐水垢作用所产生的大量的二氧化碳，在逸出过程中，对于溶解或溶解速度较慢的垢层，具有一定的掀动力，使之从管壁上脱落下来。4.疏松作用，对于含有硅酸盐的混合水垢，虽然它们不能与盐酸反应而溶解，但当掺杂在水垢中的碳酸盐和铁的氧化物溶解在盐酸溶液中后，残留的水垢就会变得疏松，在流动酸洗情况下，它们很容易被冲洗下来。\n不同水垢厚度应选择酸液的浓度水垢厚度（mm）≤0.50.5~1.01.0~1.51.5~2.02~55~10盐酸质量分数％3~55~66~77~81012\n酸液温度对钢铁腐蚀速度的影响温度（℃）20304050607080腐蚀速度（g／•h）0.320.420.600.901.763.055.67腐蚀速度比较倍数1.01.31.92.85.39.817.7\n锅炉化学清洗的方式有静态浸泡和流动清洗或者两种相结合的方式。静态浸泡一般适用于立式水、火管锅炉及卧式内燃等低压水容积较大的锅炉，强制循环的热水锅炉必须采用流动清洗或两者结合的方式。流动清洗有以下优点：易使各部分清洗溶液的温度、浓度和金属的温度都很均匀，不致因温差和浓度差，造成锅炉局部腐蚀严重；溶液的流动可以起到搅动作用，有利于清洗。在清洗过程中要经常取样化验，两次化验浓度差低于0.2％时，酸洗即可结束。值得注意的是不得利用锅炉本体直接加热，避免锅炉局部过热形成腐蚀。在炉外加热温度控制在50~60℃，实际当中不高于55℃。清洗时间，应根据化学监督的数据来控制。一般为2~6小时。当水垢过厚时，可以适当延长，但最好不应超过12小时。采用动态清洗时，流速一般控制在0.05~0.5m／s范围内，最高不能大于1m／s。\n锅炉化学清洗后的的处理▲酸洗结束后的一个重要步骤是再一次冲洗，为了防止空气进入锅炉内而引起锅炉金属的严重腐蚀，不应用放空的办法将废液排出，而是用除盐水（或软化水）排挤酸液并进行冲洗。排除的水PH值为5~6，尽可能缩短冲洗时间，以防止酸洗后的金属表面生锈。▲漂洗，一般用稀柠檬酸液进行一次冲洗，利用柠檬酸和铁离子络合的能力，以除去残留在系统内的铁离子，使金属表面很清洁，从而为钝化处理创造有利条件。（常用0.2~0.4％的柠檬酸溶液并含有0.05％的缓蚀剂）▲碱液钝化，钝化是在金属表面产生黑色保护膜。该方法一般只用于中、低压汽包锅炉上。（在清洗箱内配制1~2％的磷酸三钠或者用磷酸三钠和氢氧化钠的混合溶液，加热到70~90℃，在系统中循环10~12小时后，再用除盐水或软化水进行冲洗。▲酸洗后的锅炉要及时进行保养，以防止锅炉金属生锈腐蚀。\n锅炉酸洗时的注意事项㈠落实安全措施，为了保证操作人员和设备的安全，必须在化学清洗方案实施前逐一落实好各项安全措施，并指定专人负责此项工作。对各种可能的突发事故，要预先做好防范和补救措施。㈡穿戴好酸洗工作专用的劳保用品，在现场不得使用明火，防止产生氢气爆炸。酸洗现场通风要好，使用防爆照明工具.㈢废液的排放，要按有关环保和安全的要求预先布置好。（排放前要用碱液进行中和）\n锅炉给水除氧在锅炉给水中含有氧和二氧化碳气体时，会引起金属腐蚀，使壁厚减薄，消弱机械强度。氧和二氧化碳的腐蚀特征是，在金属表面形成直径不等的鼓包。鼓包的表面颜色由黄褐色到砖红色，内层是黑色粉末状腐蚀产物。将其清除后，变出现凹坑。\n锅炉除氧的方法◆热力除氧：气体在水中的溶解度与水的温度有关。在一定的压力下，随着水温升高，气体的溶解度相应降低。◆真空除氧：真空除氧的原理和热力除氧的原理相似，也是利用水在沸腾状态时气体的溶解度接近于零的特点，除去水中所溶解的氧和二氧化碳等气体。◆钢屑除氧：当含有溶解氧的水流经装有钢屑的过滤器时，氧与铁发生反应，生成氧化物，从而达到除氧的目的。◆化学药剂除氧：就是向含有溶解氧的水中投加某一种还原剂，使之与氧作用，以达到除氧的目的。常用药剂有亚硫酸钠（Na2SO3）、亚硫酸氢钠（NaHSO3）、联氨（N2H4•H2O）等。\n钢屑除氧示意图钢屑\n热力除氧示意图\n