低压锅炉化学水处理流程选择之浅见 6页

低压锅炉化学水处理流程选择之浅见曹金文（上海海陆昆仑高科技工程）[内容摘要]低压锅炉水处理主要解决两个问题：一是热力系统结垢，二是热力系统腐蚀。低压锅炉化学水处理必须执行现行国家标准—《低压锅炉水质》(GB1576-1996)，其主要任务是软化和除碱。本文依据《低压锅炉水质》(GB1576-1996)，通过对各种软化和除碱流程的分析，给出了针对不同原水水质应采取的化学水处理流程。[关键词]低压锅炉化学水处理流程软化和除碱一、前言低压锅炉指额定压力小于等于2.5MPa的锅炉，它包括蒸汽锅炉和热水锅炉。低压锅炉水处理必须执行现行国家标准—《低压锅炉水质》(GB1576-1996)，它是我们选择水处理流程的依据。这里仅讨论采用锅外化学处理的低压蒸汽锅炉的化学水处理方法，对于采用锅内加药处理的锅炉、热水锅炉的水处理、给水的热力除氧、化学除氧、水的预处理本文不作探讨。热水锅炉的水处理请参见参考文献[6]。二、国家标准对给水及炉水的控制指标对于采用锅外化学水处理的锅炉，现行国家标准—《低压锅炉水质》(GB1576-1996)对锅炉的给水及锅水给出了明确的控制指标。对给水主要控制悬浮物、总硬度、PH值、溶解氧、含油量五个指标；对锅水主要控制总碱度、PH值、溶解固形物、SO32-、PO43-、相对碱度六个指标。原水中通常无PO43-，这个指标是针对在锅内采用PH-协调磷酸盐处理的锅炉。锅内加药的目的有两个：一是调整锅水的PH值；二是防止锅内结垢和产生苛性脆化。锅内SO32-的量与锅内的PH值有关，锅内PH值通常为11-12，在此条件下锅内SO32-通常不会很高，SO32-的指标可以通过锅炉排污加以控制。因此，这两个指标对我们选择水处理流程没有影响，有影响的是锅水的碱度、溶解固形物、相对碱度，它们与锅炉的排污率、补给水率有下列关系：Ag=(1)式中：AC—补给水碱度，me/l；α—补给水碱度在锅水中转化为NaOH的百分数(以小数计)；C1—锅内参数下补给水中的蒸发残渣，mg/lC2—加入锅水中Na3PO4量，mg/l。Ag—锅水的相对碱度。\nαY=(2)式中：αY—补给水中允许蒸发残渣量(mg/l)或碱度(me/l)；A—锅水溶解固形物(mg/l)或碱度(me/l)，按国家标准中的允许值；P—锅炉排污率(以小数计)；α—补给水率(以小数计)。原水的硬度一般都达不到给水要求的指标，碱度、溶解固形物超不超标要看式(1)、（2）的计算结果。如果超过国家标准的规定值，就要设法降低原水的碱度或溶解固形物，也就是在进行软化处理的同时还要进行除碱或降盐处理。显然，这里所说的除碱、降盐并不要求把水中的碱度和溶解固形物全部除掉，而是将它们降至允许范围内。实际上为了防止给水系统的腐蚀，通常要求给水保持一定的碱度。三、化学水处理流程的选择（一）、钠离子交换软化流程钠离子交换软化流程就是用Na+置换水中的Ca2+、Mg2+，离子交换树脂失效时用食盐溶液再生。常用的离子交换树脂是强酸性阳树脂，如强酸苯乙烯型树脂001×7，流程如下：原水软化水箱钠离子交换器交换器运行时发生了下列反应：Ca2++2NaR→CaR2+2Na+(3)Mg2++2NaR→MgR2+2Na+(4)再生时发生了下列反应：2Na++CaR2→2NaR+Ca2+(5)2Na++MgR2→2NaR+Mg2+(6)这种方法只能除去水中的硬度离子，不能降低水的碱度，水的含盐量基本不变。这种流程适用于原水碱度及含盐量不是很高，也就是经式(1)、(2)计算后，原水碱度及溶解固形物不超标。它又分为单级钠离子交换软化流程、两级钠离子交换串联软化流程，前者适用于原水硬度较小的水，后者适用于原水硬度较大的水。因为如果原水硬度太高，采用单级钠离子交换流程，势必使运行周期变短，出水水质恶化。（二）、软化除碱流程软化除碱流程适用于经式(1)、(2)计算后，原水碱度超标的水质。它又分石灰－钠流程、强酸氢钠串联流程、强酸氢钠并联流程、不足量酸再生磺化媒氢钠串联流程、弱酸阳树脂氢钠串联流程、综合铵钠离子交换法。其中铵钠离子交换流程的出水中的铵盐在锅内分解会污染蒸汽品质，磺化媒氢钠串联流程中用的交换剂磺化媒的工作交换容量较低，这两个流程现在已较少采用。1．石灰－钠流程当原水用石灰处理时，实际上在水中发生了下列反应：CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O(7)Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O(8)\nMg(HCO3)2+2Ca(OH)2→2CaCO3↓Mg(OH)2↓+2H2O(9)MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2(10)MgSO4+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaSO4(11)2NaHCO3+Ca(OH)2→Na2CO3+CaCO3↓2H2O(12)因此，在用石灰处理时，首先消失的是游离CO2，然后是Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，它一方面降低了原水的硬度，另一方面又降低了原水的碱度，是一个软化除碱的过程。由于石灰处理时有一个沉淀的过程，生成的沉淀物常常不能完全形成大颗粒，而是有少量呈胶体状态残留于水中。所以石灰处理不可能将碳酸盐硬度全部除去，而是有一定的残余硬度及残余碱度。这部分硬度及原水中永久硬度只有靠后置的Na离子交换器来去除。Na离子交换器中发生的反应同式(3)、(4)。从上面的反应式我们也可以看出，石灰处理只能降低水中碳酸盐硬度及与之对应的那部分碱度。镁的碳酸盐硬度虽然也可与Ca(OH)2反应，生成Mg(OH)2，但同时生成了等当量的钙的非碳酸盐硬度，所以这两个反应起不到软化除碱的作用。至于碱性水，其过剩碱度与Ca(OH)2也反应，但反应的结果只是NaHCO3转化成Na2CO3。因此石灰处理适用于碳酸盐硬度比较高、过剩碱度不是很高或无过剩碱度的原水。石灰处理具有成本低的优点，但也存在劳动强度大、劳动条件差的缺点。2．弱酸阳树脂氢钠串联流程弱酸阳树脂氢钠串联流程不失为一个好的软化除碱流程。流程如下：原水除碳器弱酸氢离子交换器软化水箱钠离子交换器其中弱酸阳离子交换器内装填弱酸阳离子交换树脂如D111，以交换碳酸盐硬度，钠离子交换器内装填强酸阳树脂如001×7，以交换非碳酸盐硬度及泄漏的碳酸盐硬度。当原水经过弱酸氢离子交换器后，水中的碳酸盐硬度大部分转化为二氧化碳可以用除碳器除掉。反应式如下：2HR+Ca(HCO3)2→CaR2+2CO2↑+2H2O(13)2HR+Mg(HCO3)2→MgR2+2CO2↑+2H2O(14)反应生成的CO2气体经除碳器除掉，该流程利用了弱酸阳树脂工作交换容量高、再生容易、再生剂耗量低的特点，再生时采用理论量酸。该流程具有酸耗低、运行周期长、再生废液接近中性、出水有一定的残余碱度、不会出酸性水等优点。但是由于弱酸阳离子交换树脂只与碳酸盐硬度反应比较剧烈有实用价值，与中性盐几乎不反应，与负硬的反应也很小，没有实用价值，所以与石灰处理相似，该流程只能降低水中碳酸盐硬度及与之对应的那部分碱度，并且还有0.3me/l左右的残余碱度。它不能去除过剩碱度，它的适用条件与石灰处理相同。但劳动条件、劳动强度等都优于石灰－钠处理流程。它应该作为软化除碱流程的首选流程。3．强酸氢钠串联和强酸氢钠并联流程对于碱性水，由于水中有负硬存在，如经上述两流程处理后碱度仍然超标，那就要采用强酸氢钠并联或强酸氢钠串联流程了，它是以Ｈ床出水中生成的强酸与原水的碱度发生中和反应。不少资料介绍，Ｈ床可以以漏钠作为失效控制点也可以以漏硬度离子作为失效控制点。当以漏硬度离子作为失效控制点时，由于水中不存在永久硬度，所以其出水中也就无强酸生成，所以，也就无中和反应发生。所以，笔者建议这两种流程都应以漏钠作为失效控制点。在氢钠串联流程里，原水分两部分，一部分送至Ｈ型交换器中，其流程如下：混合器强酸氢离子交换器原水\n钠离子交换器软化水箱除碳器此时，在Ｈ离子交换器中发生了下列反应：2HR+Ca(HCO3)2→CaR2+2CO2↑+2H2O(15)2HR+Mg(HCO3)2→MgR2+2CO2↑+2H2O(16)HR+NaHCO3→NaR+CO2↑+H2O(17)2HR+Na2SO4→2NaR+H2SO4(18)HR+NaCl→NaR+HCl(19)另一部分直接送至Ｈ型交换器后面，使其和Ｈ型交换器的出水混合，此时，原水的碱度与氢床出水中生成的强酸发生中和反应，反应式如下：2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2H2O+2CO2↑(20)Ca(HCO3)2+H2SO4→CaSO4+2H2O+2CO2↑(21)Mg(HCO3)2+H2SO4→MgSO4+2H2O+2CO2↑(22)NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑(23)Ca(HCO3)2+2HCl→CaCl2+2H2O+2CO2↑(24)Mg(HCO3)2+2HCl→MgCl2+2H2O+2CO2↑(25)反应产生的CO2气体经除碳器除去，除碳后的水再进入钠离子交换器，除掉未经过Ｈ床的那部分水中的硬度。在氢钠并联流程里，原水也分为两部分，一部分经过氢床，一部分经过钠床，氢床与钠床的出水在混合器内原水的碱度与氢床出水发生中和反应，生成的CO2气体经除碳器除掉。为了保证系统不出酸性水，可在后面再接一个后置式钠离子交换器。其流程如下：钠离子交换器原水混合器强酸氢离子交换器软化水箱除碳器Ｈ离子交换器内的反应同式(15)、(16)、(17)、(18)、(19)，Na离子交换器内的反应同式(3)、(4)。在混合器内发生下列反应：2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2H2O+2CO2↑(26)NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑(27)对于这两种流程，只要水量分配适当，系统一般不会出酸性水。有关这两种流程的水量分配方法，请参见有关文献。然而，这两种流程，都存在酸耗高、在混合器内混合效果不好使出水不稳定及酸性水的排放问题，实际运行中到底采用那一种流程，要经技术经济比较确定。这里笔者向大家推荐一种经改进的Ｈ－Na串联流程和Ｈ－Na并联流程。其流程与传统的Ｈ－Na串联流程和Ｈ－Na并联流程相同，只是在Ｈ离子交换器内装填两种树脂，对于逆流再生固定床，上层装填弱酸阳树脂，下层装填强酸阳树脂，就是所谓的双层床。充分利用弱型树脂工作交换容量高、再生容易、再生剂耗量低的特点。其中弱酸阳树脂交换碳酸盐硬度，强酸阳树脂交换非碳酸盐硬度及其它阳离子，再生时，再生液先通过强型树脂，再通过弱型树脂，这样强型树脂得到了充分的再生，弱型树脂的再生充分利用了强型树脂的再生废液。这样，不但酸使耗耗低、废液排放少且废液几乎呈中性，而且大幅度降低了碱度。双层床的树脂层高的分配请参阅有关文献。\n上述三种流程水量的分配都应以使系统出水保持一定的残余碱度为原则，只要水量分配适当，这两种流程都可以将出水碱度降到很低的范围。所以，低压锅炉的水处理一般都没有必要进行脱盐处理，或在锅内加NaNO3。4其它软化除碱流程除了上面介绍的软化除碱流程外，还可采用Na离子交换后加酸处理流程，其特点是设备简单、占地少、投资省。但这增加了水中的溶解固形物的含量，同时易出现因加酸量控制不好，系统出现酸性腐蚀的问题，这种方法不宜推广。（三）、水的预脱盐如经式(1)、(2)计算后，原水的溶解固形物严重超标或对高含盐量的水，可先进行预脱盐，再进行软化或软化除碱处理，以节约再生剂。预脱盐可采用电渗析或反渗透。四、结论低压锅炉的化学水处理流程的选择依据是公式(1)、(2)及国家标准—《低压锅炉水质》(GB1576-1996)。对于不需要除碱的水质，Na离子交换流程仍然是首选流程；对于需要除碱的水质，如原水碳酸盐硬度较高，弱酸氢－钠串联流程是首选流程；对于碱性水，经此流程处理后，如碱度仍然超标，双层床氢－钠串联或并联流程是首选流程；如原水含盐量很高，可先进行预脱盐，再进行软化处理或软化除碱处理。具体采用哪一种流程，要经技术经比较确定。参考文献：[1].武汉水利电力学院电厂化学教研室编《热力发电厂水处理》(修订本)水利电力出版社1985年4月[2].《低压锅炉水质》(GB1576-1996)[3].《工业用水软化脱盐设计规范》(GBJ109-87)[4].《锅炉房设计规范》(GB50041-92) [5].航天工业部第七设计研究院编《工业锅炉房设计手册》(第二版)中国建筑工业出版社[6].曹金文《热水锅炉结垢及水处理之浅见》《工业锅炉》1995年第3期[作者简介]曹金文，男，工程师。生于1968年11月，1989年7月，毕业于南京化工动力专科学校。同年7月至化工部连云港设计研究院工作，1998年4月，至上海海陆昆仑高科技工程工作。先后在国内、国际学术会议及学术杂志上发表多篇论文。其中，《工业锅炉房CAD系统的设计与实现》一文获连云港市1994年度自然科学优秀论文一等奖。著有软件产品“工业锅炉房CAD软件包”。建人个人网站—“一个东台游子的家”，网址是：。（上接第222页）[参考文献][1]申宝峰等，沸腾炉排渣控制器及排渣冷却装置研制实验报告电力工业部西安热工研究所，1985.9[2]蒋敏华等，宁夏石嘴山矿物局矸石电厂排渣冷却器试运行报告电力工业部西安热工研究所，1993.4[3]徐正泉等，FAC-8000/200型冷渣器运行调试报告国家电力公司热工研究院，电站锅炉煤清洁燃烧国家工程研究中心，1998.12[4]吕怀安等，100MWCFB锅炉底灰处理系统消化吸收与研究国家电力公司热工研究院，电站锅炉煤清洁燃烧国家工程研究中心，1998.5\n[5]《大型循环流化床锅炉技术》国家电力公司热工研究院，电站锅炉煤清洁燃烧国家工程研究中心，1998.4