锅炉水处理技术和锅炉加药技术 15页

'锅炉水处理技术和锅炉加药技术来源：发布日期：2010-12-28当锅炉管壁洁净没有沉积物时，如经化学清洗后，在给水中加入EDTA形成的螯合物，在锅水中发生热分解，其产物磁性氧化铁会在洁净的锅炉管壁上生成良好的保护膜，这层保护膜很薄且致密，能对金属起到良好的保护作用，可以减少金属腐蚀。由于EDTA与钙的螯合物在热分解时会影响氧化铁薄膜的形成，破坏膜的完整性，第一章        凝结水的净化凝结水的净化又称凝结水的精处理。随着热力机组的参数和容量越来越大，对锅炉给水质量的要求也日益提高。凝结水是电站锅炉给水的主要组成部分。同样，某些大型石油化工厂的工艺冷凝液经净化后，也可作为锅炉给水的一部分。因此，凝结水的净化在锅炉水处理中具有十分重要的地位。凝结水是蒸汽凝结而成的水，在一般情况下，应该是比较纯净的。但在工业生产过程中，由于以下几种原因，凝结水会受到不同程度的污染。（1）      在一些加工厂中，如在大型石油化工厂中，凝结水会受工艺冷凝液及油污等杂质的污染。（2）      在发电厂中，凝结水会由于以下的原因而受到污染：①汽轮机凝汽器的冷却水泄漏而进入凝结水系统；②锅炉蒸汽携带的挥发性物质溶于凝结水中；③热力系统管道的腐蚀产物带入凝结水；④水、汽系统在启动、运行、停运过程中产生的机械杂质，如氧化铁、铜、镍的氧化物及胶体硅等。凝结水中不同的污染杂质，会对采用凝结水为工作介质的设备产生不同程度的危害。因此，必须根据凝结水中污染物的特点以及不同设备对凝结水水质的要求，进行不同方法、不同程度的净化处理。由于对凝结水质量的要求越来越高，例如对凝结水中钠离子含量要求低于0.1μmol/L甚至更低，因此，凝结水的净化处理设备也日益先进，目前这些设备已可生产纯度达到<0.03μmol/L的处理出水。一些能净化凝结水，使其能够达到很高纯度的设备系统，均称为凝结水精处理（净化）设备系统。凝结水的净化系统一般由前置过滤器、凝结水除装置（混床）和后置过滤器组成。第一节    前置过滤器 前置过滤器的作用是在凝结水进入除盐装置之前，预先除去凝结水中的悬浮物、各种胶状物、油及聚合物等，从而延长除盐装置的运行周期和保护树脂（尤其是阴树脂）不被污染。前置过滤器能使系统中的水质很快地达到正常，从而能大大地缩短机组从启动到正常运行的时间。前置过滤器的型式很多，主要有覆盖过滤器、管式微孔过滤器和电磁过滤器。一、覆盖过滤器(一) 概述覆盖过滤器的工作原理是将粉状滤料覆盖在过滤元件上，使其形成一个均匀的微孔滤膜，被处理的水通过滤膜过滤后，经过滤元件（滤元）汇集后送出。由于过滤器是利用覆盖在过滤元件表面上的滤膜进行过滤的，故称覆盖过滤器。覆盖过滤器去除凝结水中悬浮物和除铁的性能良好。 (二) 结构覆盖过滤器一般为管式过滤器，它是由垂直布置的（直立式或悬吊式）管束构成的。滤元是用不锈钢管或聚丙烯管为骨架，管外部分刻有纵向齿槽，齿槽管壁上开有许多小圆通孔，在齿槽棱上刻有螺纹，沿螺纹外绕不锈钢丝（圆形或梯形丝）即构成滤元。在滤元上端部分不开齿槽，靠近管口处有螺纹，用于将滤元固定在多孔板上，关口敞开作为滤元的出水口。滤元下端也不开齿槽，但具有管螺纹，用于安装半球形螺帽去封闭滤元下端管口。多孔板将过滤器分成上下两部分：上部是出水区，下部是进水区。(三) 滤料作为覆盖器的滤料，除要求呈粉状及化学稳定性好外，还要求其本身有孔隙。覆盖过滤器的滤料因为在铺滤膜时是随水流一起进入过滤器的，故亦称助滤剂。常用的滤料为棉质纤维素纸浆粉，它是将棉浆或木浆板烘干后，在球磨机中磨碎，经60目筛网筛下的即为滤料成品。对于用于凝结水除油的覆盖过滤器的滤料，则可采用活性炭粉、硅藻土和焦炭粉。例如：活性炭的化学稳定性好，多孔、吸附能力强，所以有良好的除油效果。(四) 运行覆盖过滤器的运行操作可分为铺膜、过滤（运行）、爆膜（去膜）三个步骤。覆盖过滤器运行系统如图所示。1.铺膜操作（1）      铺料箱、铺料泵自循环在铺料箱中先存放一定量的水，加入滤料，启动辅料泵，将辅料箱中的水合滤料循环搅拌，使滤料形成均匀的浆液。一般滤料用量为0.5～1.0kg/m2（过滤面积），浆液浓度为2%～4%，自循环搅拌时间5～10min。（2）      辅料泵、覆盖过滤器筒体及辅料箱大循环在铺膜前，启动辅料泵，将浆液由覆盖过滤器底部送入，经过滤器外壳上的循环回至辅料箱，使滤料浆液经筒体和辅料箱进行大循环，目的是使系统中浆液均匀。一般循环5min。（3）      滤料浆液通过滤元铺膜 按上述（2）操作循环5min后，开启覆盖过滤器出口循环阀门，同时管壁外壳上的循环阀进行铺膜。在铺膜过程中，滤料在滤元表面堆积，逐渐形成滤膜。一般浆液循环5～6次，铺膜时间5～10min后，浆液变为澄清透明，覆盖过滤器的压差由零上升为（9.8～19.62）×103Pa，即表示铺膜成功。2.运行（过滤）操作从铺膜后转换到过滤运行前，应先将穿过滤元的少量滤料冲洗干净。随后可进行过滤操作。过滤流速一般为6～12m/h。滤速太大会使滤膜很快压实，使过滤器压降迅速上升，因而运行周期缩短；滤速太小，则可能出现滤元上滤膜脱落的现象。当进水的含铁量为200~1000μg/L时，覆盖过滤器的除铁效率为80%~90%，运行周期约几小时至十几小时。当进水含铁量<20μg/L时，除铁效率仍可为30%~60%，运行周期约7~10天。覆盖过滤器初投的压降为（10~20）×103Pa，当压降达（12~15）×104Pa时，需停止运行，进行爆膜。3.爆膜操作爆膜一般采用“自压缩空气膨胀法”爆膜，即利用被压缩在出水部分空气的突然膨胀，将滤膜击破。其操作步骤为：先关出水阀门，利用水压力压缩上下室中的空气，待过滤器内压力均匀时，关进水阀门，然后迅速打开快开放气阀和打开快排水阀，进行爆膜和排渣。此时由于压缩在筒体内的空气瞬间急速膨胀，并将多孔板上水垫层的水经滤元内部压出，击碎失效的滤膜，使碎滤渣从底部快开排水阀排出。如果一次操作爆膜不净，则可进水重复操作并用大量水反冲洗，直至滤元清洁为止。爆膜时的自压缩空气压力为（2~6）×105Pa，水反冲洗强度为0.01~0.015m3/（s·m2）。二、         管式微孔过滤器管式微孔过滤器结构与覆盖过滤器相似，不同的是前者的滤元用合成纤维绕制成具有一定孔隙度的滤层（纤维沿多孔中心芯交互缠绕），不再铺覆滤料。管式微孔过滤器运行至压差大于8×104Pa或运行时间超过72h时，应停止运行，并进行清洗。若充分反洗或酸洗后，其压降仍不能降低而影响设备出力时，应更换滤元。三、         电磁过滤器电磁过滤器内部充填的填料是强磁性物质。过滤器外边装有能改变磁场强度的线圈。通直流电时，线圈产生强磁场，使填充物磁化，再通过磁化基体（填料）对水中磁性物质颗粒的磁力吸引，将杂质吸着在被磁化了的填料表面，达到水的净化。需要清洗时，切断向线圈供电的直流电，使磁场消失，再用水和空气反洗。电磁过滤器的特点是运行流速高，适用于去除凝结水中金属氧化腐蚀产物。凝结水中的铁主要以磁性氧化铁（Fe3O4）的形式存在。这是一种双氧化物（Fe3O4=FeO·Fe2O3），其中FeO中的铁有时被铜或锌所取代，所以水中含有的微量铜和锌大部分具有铁磁性，因此，这些杂质可用电磁过滤器除掉。电磁过滤器既可以作为凝结水净化系统的前置过滤器，又可用于其他水的除铁处理。此外，它还可用于高温水的除铁，其除铁效率为65%~85%。正常运行的机组，采用电磁过滤器可使出水含铁量低于10μg/L。 第二节    凝结水的除盐装置凝结水除盐装置是凝结水净化系统的核心。凝结水除盐一般多用净化混床，亦可用粉末树脂覆盖过滤器。一、         深层净化混床净化混床的运行特点是处理水量大，在除去凝结水中离子的同时还能有效地去除凝结水中的悬浮杂质。净化混床有浅层和深层两种形式。“浅层”和“深层”是指过滤的杂志渗透到树脂床层中的“浅”、“深”程度。采用提高净化混床运行流速的方法，可以使过滤的杂质渗透到床层深处。这样，一方面可以延长净化混床的运行周期，另一方面也可以适应净化混床处理水量大的需要，所以这种运行的净化混床称为深层净化混床，又称快速混床。深层净化混床的结构与补给水除盐混床相同。(一)深层净化混床的作用凝结水的净化混床是由氢型或铵型强酸阳离子交换树脂与氢氧型强碱阴离子交换树脂组合而成，其作用是在除去凝结水中悬浮物杂质的同时，还能除去凝结水中一些有害的离子。例如，它同水中钠离子及氯离子将发生如下的交换反应。H/OH方式时生成产物    22℃时H2O的平衡电离常数为1.0×10-14。NH4/OH方式时生成产物     25℃时NH4OH的平衡电离常数为1.8×10-5。由上可知，H/OH方式的反应比NH4OH方式的反应更容易完成。离子平衡时深层净化混床除盐的关键。为了使出水达到所要求的纯度，树脂床的底部必须保持一定的纯度（或钠离子交换容量）。如果分别按H/OH与NH4OH两种运行方式的类似系统比较，可知其后一种运行方式的出水质量要比前者差。所以，在凝汽器泄露时，为了保护系统，凝结水净化混床应使用H/OH型。按照深层净化混床的应用，其运行流速的选择，必须考虑到去除金属氧化物等杂质和除去离子两个方面。对出去杂质的能力来说，只要床层清洗得干净，运行流速对出水杂质残留量并无影响。如果床层不干净（尤其是底部不干净），则出水杂质泄漏量就大。但是运行流速对净化混床的运行周期或截污量却有明显影响。运行流速低时，与高流速相比，截污量下降，床层阻力上升很快，运行周期短，因此，深层净化混床运行流速不宜过低；若运行流速太高，则树脂稍有老化，其交换容量降低，出水质量提前恶化。为此，深层净化混床运行流速一般为80~120m/h。深层净化混床采用有效的清洗方法后，可保证除掉凝结水中90%~95%的杂质，使出水杂质残余量维持在1~3μg/L。(二)深层净化混床用树脂的选择 深层净化混床用于凝结水处理时所用树脂的选择，是以出水中不含二氧化硅及二氧化碳的高纯水的需要为前提，因而选择强酸及强碱离子交换树脂是必要的，除此之外，对树脂还有如下要求。1.树脂粒度在高流速下不致产生过高的阻力，并且还能得到高质量的出水，其树脂粒径应均一。2.树脂机械强度要有足够的机械强度，耐磨性好，不易破碎。在热力及渗透的冲击下以及机械应力下的稳定性好，且对氧化及有机污染有抵抗力，对铁及碎屑的容量大。3.阳、阴树脂的比例应根据凝结水水质和冷却水系统来决定，阳、阴树脂的比例如下：（1）对于氢型混合床，当污染物主要为腐蚀产物（凝汽器泄漏率低），且凝结水含氨、pH值高时，阳树脂：阴树脂为2：1；（2）对于氨型混合床，当冷却水为淡水时，阳树脂：阴树脂为1：1；（3）当冷却水为海水、高含盐量水时，阳树脂：阴树脂宜为2：3.(三)深层净化混床运行周期终点的确定大多数用氨进行pH值调整的凝结水的净化系统是采用H/OH运行方式的（即氢型混床）。若阳树脂从凝结水中吸收氨而交换容量耗尽（这一点称“氨泄漏”）就应退出运行，进行再生，否则，钠离子将与铵离子一起被带入凝结水的出水中。另外，当出水电导率达到0.1~0.15μS/cm时，应结束运行，因电导率太高意味着系统中有过量的钠。这时就要分别确定每台混床的运行终点，即根据每台设备出水的电导率，而不是根据整个系统或母管出水的电导率。采用NH4/OH方式运行（即氨化混床）时，通常是按运行到规定的出水量后，退出运行并进行再生的。该系统运行中，如果有空气漏入，会引起严重的出水质量问题。这是因为空气中二氧化碳将与凝结水中氨反应生成碳酸铵。当空气漏入量足够大时，碳酸盐可使阴离子交换树脂失效，并将已被吸附的二氧化硅、氯根、硫酸根依次置换下来。所以，选用氨化混床运行时，最好采用带有脱气的电导仪，对每台净化混床出水的阳离子电导率、二氧化硅及钠都要进行监督。注意勿使氨化混床运行至超出树脂的交换容量，而应保持交换容量有一定裕度，才能在凝汽器突然泄漏时具有较强的防护能力。(四)深层净化混床再生前树脂的分离在深层净化混床中，阳、阴树脂再生前的分离是十分重要的。在净化混床运行中要使泄漏量不高于μg/L级，其根本措施在于防止再生前水力分离中树脂的交叉污染。失效的阳树脂、阴树在反洗分层及在交换界面处难免有少量混合，如细碎的阳树脂进入到阴树脂层中，被污染物包覆的阴树脂则进入下部的阳树脂层中，因此，在水里输送上层阴树脂至阴再生塔时，细碎的阳树脂随同一起进入，这部分阳树脂经NaOH再生即成为纳型阳树脂。同样在下层中，混在阳树脂中的阴树脂在盐酸再生时会转换成氯型（用硫酸再生时会转换成硫酸氢盐型）。可见，不完全的分离会导致出水中离子的泄露量增大。以下介绍深层净化混床中树脂的一些分离方法。 1.浮选分离法利用密度介于阴、阳树脂密度之间的浮选机浸泡混合树脂，使阴、阳树脂得到分离，一般浮选剂采用16%~20%的氢氧化钠溶液，其相对密度为1.18~1.22.高浓度的氢氧化钠溶液可高度地再生阴树脂，且能出去阴树脂中的聚合二氧化硅。浮选分离法不受树脂颗粒粒度的影响，所以，分离效果较好。一般阴树脂层中残留的RNa型阳树脂量可小于0.01%，阳树脂中残留的阴树脂量在0.59%~1.55%范围内。2.惰性树脂分离法这是使用密度介于阴、阳树脂密度之间的惰性树脂，在水力反洗条件下将阴、阳树脂隔开而实现分离阴、阳树脂的方法。惰性树脂在阴、阳树脂之间形成缓冲层，使之有良好的再生效果和减少交叉污染（污染率小于0.1%），同时还可以起到降低离子泄露的作用。3.氨水淋洗法（或称氨化法）利用NH4OH溶液淋洗已经氢氧化钠再生的阴树脂，使混在阴树脂中钠型树脂转成铵型树脂（RNH4），所以又称氨化法，保证钠型树脂混在阴树脂中的量小于0.1%~0.4%，从而保证了运行水质合格和较长的运行周期。一般用于氨化混床，可分为直接淋洗和循环淋洗两种方式（也称直流氨化和循环氨化）。4.钙化法将混有少量阳树脂的阴树脂，先用氢氧化钠再生，再用氢氧化钙溶液淋洗，使混在阴树脂中的钠型阳树脂全部转为钙型阳树脂的方法叫钙化发。由于钙离子与阳树脂有较强的亲和力，因此，钙化过程中Ca2+可完全取代RNa树脂中的Na+；而在运行中，又由于R2Ca型阳树脂不易与进水中的NH4+作用，通常钙离子的泄露极微（小于1μg/L）。该法的优点是钙化过程时间短，Ca(OH)2耗量少；其缺点是需要增设一套高纯度石灰水制备系统。钙化法一般选用的Ca(OH)2溶液浓度约为1200mg/L，钙化终点控制阴再生塔进出口水中的Ca2+浓度相等为止。5.中间抽出法将阳再生塔中分层后的中间混层树脂（约5%~10%）在每次再生时单独抽出，贮存于专用的容器内，并进行水冲洗，除去细碎树脂，以减少阳、阴树脂混层比例。这部分树脂不作再生处理留到下一周期与混床送出的失效树脂重新混合、再分离。中间抽出法是利用物理方法进行的分离，操作运行比较简便，节省再生时间及再生剂和冲洗水量。从中间抽出法的原理看，对于高强度及均粒的树脂，且阳、阴树脂有一定密度差时，加上正确操作，它可以使树脂交叉污染程度减到最少；否则会造成混层树脂高度逐渐增加，从而增加了分离清洗的困难和延长清洗时间，甚至影响出水质量。6. 综合分离法这是美国PERMTEK公司综合了各水处理公司的技术特点后提出的一种方法。其要点是将失效的阳、阴混合树脂送到阳再生塔并完成水汽擦洗后，进行第一次反洗水力分层，使阴树脂在上部，阳树脂在下部。接着将阳再生塔中上部绝大部分阴树脂送往阴再生塔。阳再生塔上阴树脂的送出口在阳、阴树脂交界处以上25mm处。也就是说，在完成此步骤时阳再生塔内还有25mm阴树脂，从而降到尽可能使阳树脂留在阳再生塔内。然后调整水力反洗强度进行反洗，使尚留在阳再生塔内的少量阴树脂从阳再生塔顶部冲至阴再生塔内。在完成上述基本分离后，接着再用浓碱法或氨化法等进行辅助分离，进一步防止阳、阴树脂的交叉污染，使阳、阴树脂的交叉污染降到最低。但该法操作工艺较为复杂，且尚无较长期的运行考核实例。7.混脂层分离法根据斯托克司定律可算出具有不同相对密度和不同大小的树脂颗粒的沉淀速度，因此，可以计算求出混合树脂反洗分层后的阳、阴树脂交界面上的混脂层的厚度。如果不将这个混脂层中树脂送回工作交换器中，就可保证阳、阴树脂的分层，因而可减少或消除阳树脂与阴树脂再生剂（NaOH）相接触，以及阴树脂与阳树脂再生剂（酸）接触。混脂层树脂输送到高流速反洗分离罐中进行反洗和分离，除掉一切不合要求的树脂碎粒及粉末后回收再用。此法大多用于H/OH深层净化混床。(五)深层净化混床中混合树脂再生前的清洗凝结水净化混床具有过滤功能，因此，必须对失效的混合树脂选择有效的清洗方法，以免造成树脂中毒，混床阻力增大而导致树脂破碎，阳、阴树脂再生分离困难等问题。保持树脂的干净是凝结水净化混床正常运行的重要因素之一。混合树脂再生前清洗的方法有反洗和空气擦洗法。1.反洗法反洗的目的是彻底清除所截留的杂质和对阳、阴树脂进行分离。一般采用专门的清洗和分离树脂的设备。清洗时，将污染了的混合树脂先输送至分离罐内，以分离阳、阴树脂为主，并洗掉树脂上的部分杂质。分层完成后，大量的松散杂质散布在阴树脂中，并随阴树脂流入阴树脂罐中，然后分别在两罐中清洗阳树脂和阴树脂。2.空气擦洗法用压缩空气在树枝颗粒间造成瞬间爆发膨胀，使树脂与树脂表面产生撞击摩擦而使杂质松脱，接着用冲洗水将杂质带走。该法效果好，清洗水耗小，清洗时间较短，树脂磨损小，费用低。(六)凝结水净化混床的再生凝结水净化混床的再生方法有体内再生和体外再生两种。1. 体内再生就是树脂在凝结水净化混床（离子交换器）内部进行再生的方法，也就是在离子交换器内同时对阴树脂和阳树脂进行再生。具体的做法是：树脂经反洗分层后进行再生时，从离子交换器的上部和下部同时分别送入再生用的碱液（从上部）和酸液（从下部），它们分别流经阴树脂层和阳树脂层后，再由中部排液装置同时排出。再生后的树脂进行清洗时，清洗水亦同样分别由离子交换器的上部和下部同时分别送入，清洗水分别流经阴树脂层和阳树脂层后，由中部排液装置同时排出。体内再生法的缺点是：树脂交界面处，中间排液装置周围的阳、阴树脂或多或少地会受到酸、碱再生液的交叉渗透污染，影响出水水质。故体内再生很少被采用。但惰性树脂层分离法成功后，体内再生得到一定使用。2.体外再生它是将失效的混合树脂从净化混床中输送到专门的罐（或塔）内进行分离和再生，其特点是：体外再生罐（或塔）可以充分地满足清洗和再生树脂的要求；能防止再生剂和空气渗入凝结水系统；缩短净化混床的停运时间；简化净化混床内部结构，有利于提高运行流速和运行压力。体外再生有双罐系统和单罐再生系统。不论是双罐或单罐系统，再生过程中最关键是按正确的数量和恰当的浓度将再生液送入树脂层，必须用最高质量的再生剂来再生。(七)树脂的输送体外再生工艺中输送树脂的方法有水力、沉渣泵、喷射泵和气力输送等。我国多采用气、水混合输送。二、         深层净化混床的NH4/OH运行方式为了降低锅炉给水的含铁量，要求将给水的pH值提高至9.4~9.6。但这样H/OH型混床的工作周期短、再生剂耗量大，且氨被混床除去，造成氨的浪费。因此发展了氨化混床工艺，或称为混床的氨周期运行。由于氨化混床可在氨穿透后继续运行，具有运行周期长，再生操作少等优点，因此被用于凝结水的精处理。其缺点是要求凝汽器无泄漏，树脂深度再生，再生剂质量很高的条件下才能应用。氨化混床的出水质量与运行条件有关。氨化运行的氨化混床，其运行过程可分为三个阶段，即H/OH型运行阶段、NH4+穿透阶段（即氨化阶段）和NH4/OH运行阶段，现分别介绍如下。第一阶段为H/OH运行方式阶段。净化混床在投入运行后，吸收凝结水中包括氨在内的全部离子，其出水质量与氢型（H/OH）净化混床相同。在正常运行条件下，出水水质为：Na+含量为0.1~0.5μg/L，电导率（25℃）为0.06~0.10μS/cm，氢电导率（25℃）为0.09~0.15μS/cm，Cl-含量约为1.0μg/L。第二阶段为NH4+穿透阶段。次阶段是从氨穿透开始直至阳树脂完全被氨化。此阶段出水中氨漏过量逐渐增加，pH值、电导率也随之上升，Na+漏过量也逐渐增加，但不会超过1μg/L。第三阶段为NH4/OH运行方式阶段。此阶段混床出水水质与树脂转型的完全程度、水的pH值有关。据国内某厂运行结果表明，此阶段出水水质为：Na+含量<1.0μg/L，氢电导率（25℃）0.16~0.20μS/cm，Cl-含量<5μg/L。此阶段运行时间很长（约30~40天）。实践证明氨化混床在凝汽器泄露时，应撤出系列，并投入备用的氢型混床。三、         三层混床 三层混床是在强酸阳树脂和强碱阴树脂之间置入一种惰性树脂，惰性树脂的真密度介于阳树脂和阴树脂的真密度之间。由于三种树脂的粒度、级配、密度及沉降速度等方面均是按一定特殊要求选取的，所以在反洗分层后，树脂能清晰地分为三层。由于惰性树脂层介于阴、阳树脂层之间，可使阴、阳树脂有效地分离，且避免了再生时的“交叉污染”。三层混床的出水水质好，交换容量高，正洗水耗低，分层后可观察到明显的分界面，便于操作。三层混床的缺点是惰性树脂易受污染，最终不能稳定地处于阴、阳树脂层之间。四、         粉末树脂覆盖过滤器粉末树脂覆盖过滤器滤元上覆盖的粉末树脂层的厚度为3~6cm。在凝结水处理系统中，它可用作深层净化混床的后置设备；或取代深层净化混床作为主除盐设备；或用作深层净化混床的前置处理设备。(一)粉末树脂的特性粉末树脂是以高纯度、高剂量的再生剂进行再生了的、完全转型后的强酸阳树脂和强碱阴树脂，粉碎至一定细度后再混合制成的。当阳、阴树脂两种粉末树脂在纯水中均匀混合后，相反电荷的作用使阳、阴树脂粉末相互凝聚粘结，体积发生膨胀，形成不带电荷的多孔的、过滤性能好的絮凝体，所以具有过滤和离子交换的双重作用。(二)粉末树脂覆盖过滤器的配浆与铺膜配浆是按预定比例将阴、阳树脂粉用除盐水混合后进行高速搅拌，于是树脂粉发生溶胀并形成体积比树脂粉总体积大2~7倍的凝聚微粒。阳、阴树脂粉的配比应根据净化器过滤周期和离子交换周期要求进行确定。铺膜是将树脂浆在合适的相对密度下均匀地铺于滤元之上。每次铺料应通过保持沉降层的容积与树脂浆的容积之比来控制树脂浆的相对密度。比值高，覆盖层松散；比值小，覆盖层过于密实，会使压降增大。美国GRAVER公司的Powdex技术则利用小颗粒的阳、阴离子交换树脂，所用的小颗粒树脂是高度再生了的，即完全符合要求的树脂占95%以上，树脂的粒径在40~60μm。当他们混合时，形成一个大的凝聚微粒，这些微粒能被涂到过滤元件上，在很低的滚动阻力下运行。预涂了这种Powdex树脂的覆盖过滤器能在进行离子交换的同时除去大量的悬浮物质。如Powdex树脂和有机纤维材料的混合物能使它的压力降达到最少，且很容易在滤元表面上形成过滤层。由于该混合物（称Ecodex）含纤维成分，它截留悬浮物的能力高于Powdex，但仍有离子交换性能，所以Ecodex主要用于去除悬浮物，离子交换要求不高的凝结水系统。(三)粉末树脂覆盖过滤器的性能粉末树脂覆盖过滤器的截污容量小于深层净化混床，但能去除硅酸；对凝汽器泄露的防护能力差，它只能在凝汽器新的正常运行下工作，即使凝汽器有微小泄露，就会影响其运行周期；出水水质要比深层净化混床稍差。 第二章        锅内加药处理第一节    锅内加药处理概述一、  概况(一)水汽循环及水质要求热力系统由锅炉、汽轮机及附属设备构成。热力系统的热交换部件和水、汽流经的设备、管道、一般称为热力设备。经处理的水进入锅炉后，吸收热量变成蒸汽，进入汽轮机，蒸汽的热能转变为机械能，推动汽轮机高速运转，做功后的蒸汽被冷凝成凝结水，凝结水经加热器、除氧器等设备，再进入锅炉，如此反复循环做功。在热力系统中，水和蒸汽是作为循环运行的工质。在循环过程中，水和蒸汽会有各种损失，如热力系统中某些设备的排汽、防水，水箱的溢流，管道阀门的漏水、漏汽等。补给水的水量及水质，均应根据锅炉参数及水、汽损失来确定。对于凝汽式机组，一般补给水量不应超过机组锅炉蒸发量的2%~4%；对于供热式机组，应根据供汽量及回收量多少来确定，有的供热机组补给水量可达到锅炉蒸发量的50%或更高。补给水的质量要求，应根据机组参数要求，确定采用相应的水处理方式。送入锅炉的给水，可由汽轮机蒸汽的凝结水。补给水、供热用汽的返回水组成。各部分水量由生产实际情况确定。对于供汽、供热量少的机组，或凝汽式机组，给水以凝结水为主；对于工业锅炉，一般供汽、供热量较大，当返回水少时，给水主要为补给水。(二)水汽系统中杂质的来源热力设备水汽循环中，作为工质的水和蒸汽中会有一定的杂质混入，这些杂志随水、汽进入锅炉、汽轮机等热力设备，沿水、气流程随压力、温度的变化，其物理、化学性能也发生变化：水受热由液相水变为气相蒸汽。水中杂质在不同温度、压力下，发生一些物理、化学反应，有的析出成固体，或附着于受热表面，或悬浮、沉积在水中，有的随蒸汽进入汽轮机。给水带入锅内的杂质，在锅内发生物理、化学变化是引起热力设备结构、结盐和腐蚀的根源。这些杂志的主要来源有以下五个方面。1.补给水带入的杂质经过滤、软化或离子交换除盐处理的补给水，除去了大部分悬浮杂质、硬度和盐类。不同处理系统出水水质控制指标不同。在水处理设备正常运行的情况下，出水仍残留着一定的杂质；当水处理设备有缺陷或运行操作不当时，处理水中的杂质还会增加。这些杂志随补给水进入热力系统。2. 凝结水带入的杂质做功后的蒸汽，在凝汽其中被冷却水冷凝成凝结水。当凝汽器中存在不严密处时，冷却水就会泄露进凝结水中。冷却水一般为不处理或部分处理的原水，水中各种杂质含量较高。凝汽器正常运行时，其渗漏率为0.01%~0.05%或更低。凝汽器的不严密处，一般在管子与管板的连接部位，当管子出现破裂、穿孔、断损时，冷却水会较多地漏入凝结水中。。由于冷却水含盐量较大，即使有少量泄漏，凝结水的含盐量也会迅速增加。例如，冷却水含盐量为500mg/L，泄漏率为0.2%时，凝结水中的含盐量就会增加1mg/L，使凝结水和给水的水质明显恶化。冷却水泄露对凝结水的污染，是杂质进入热力系统的主要途径之一。3.金属腐蚀产物被水流带入锅内锅炉、管道、水箱、热交换器等热力设备，在机组运行、启动、停运中，都会产生一些腐蚀，其腐蚀产物多为铁和铜的氧化物，这些腐蚀产物是进入锅内的又一类杂质来源。4.供热用返回水带入的杂质供热用的蒸汽，在用户使用过程中，不同程度地会受到污染，一般返回水中含油量、含铁量及硬度较大。当回收这些返回水时，要严格控制，超过标准时，应进行回水处理。5药剂杂质的污染加药处理的药品，通常采用工业品，工业品中常含有不同程度的杂质，这些杂质随药剂带入热力系统内，不仅增加了锅水中杂质的含量，还有必要辅以锅内加药处理，才能保证锅炉的安全运行。二、  锅内理化过程锅内理化过程是指给水进入锅炉后，在高温高压条件下，水及水中的杂质所发生的物理、化学变化。这些变化与锅炉压力、温度有关。在锅内，锅水中发生的主要化学反应如下当难溶物质在锅水中的浓度超过了它们相应温度下的溶解度时，就可生成沉淀物质，从锅水中析出。钙、镁难溶化合物大多具有负溶解系数，即温度升高溶解度下降。在锅内，高温下传热面上的水膜首先受热蒸发，产生气泡，气泡脱离传热面，变成蒸汽逸出。在锅炉正常运行条件下，蒸汽中仅携带极少量盐类，因而，锅水中盐类浓度随蒸汽不断产生、逸出而增高，靠近水冷壁管附近的锅水中的盐类浓缩较大，易析出并易在水冷管壁受热面沉淀。锅水中的难溶物质，也会超过其相应温度下的溶解度，在锅水中呈过饱和状态，这些过饱和物质遇到杂质颗粒，便附着在上面，并不断长大，或自身形成微小结晶核，并在核上积聚长大，形成水垢或水渣。这种结晶析出状况与锅水水质、锅炉参数、加药情况、运行管理状况有关，形成不同形态的沉淀物。三、  锅水中的沉淀物(一)水垢热力设备内的水垢，因锅炉参数不同、水质不同以及形成部位不同而有很大的差异。水垢由许多化合物混合组成，其化学组成比较复杂。对于不同的锅炉，水垢的化学组成也不相同，但多以某种化学成分为主。以水垢的化学成分分类可分为：钙、镁垢，硅酸盐垢，氧化铁垢和铜垢等几种。(二) 水渣水渣是多种物质的混合物，其组成由给水水质及加药药剂等决定。主要成分一般为金属腐蚀产物（氧化铁、铜）、碱式磷酸钙和蛇纹石等，有时还有一些悬浮物。对于以碳酸钠作防垢处理的低压锅炉，其水渣主要是碳酸钙、碱式碳酸镁和氢氧化镁等。锅水中水渣较多时，会影响蒸汽品质，堵塞炉管，故应及时将水渣排出锅炉，并应避免生成磷酸镁和氢氧化镁水渣，以防止水渣粘附在炉管壁上形成水垢。第二节    锅内加药处理方法锅内加药处理是作为锅炉补给水、凝结水、生成返回水处理的补充处理。其作用是使随给水带入锅炉内的结垢物质与所加药剂反应，生成悬浮颗粒，呈分散状态，通过锅炉排污排出锅内，或使其成为溶解状态存在于锅水中，不会沉积在锅炉管壁上，以达到防垢的目的。一、  纯碱处理法纯碱是工业碳酸钠的俗称。纯碱处理是人为地增加浓度，使锅水中的平衡向左移动，在锅水中维持一定的碱度和pH值的条件下，生成无定形水渣，锅水中浓度减少，平衡式向左移动，从而减少、水垢的形成。由于在高温下发生水解反应生成 ，使反应式的平衡向生成水渣方向移动。纯碱处理法可使锅水中和保持在一定浓度范围内，使锅内生成无定形水渣，不生成结晶形水垢，达到防垢的目的。因碳酸钠在锅水中会水解，其水解率随温度升高而增大，当锅炉压力为1.5MPa时，其水解率为60%，因此，纯碱处理一般用于压力低于1.3Mpa、大于0.2Mpa的锅炉，也可用于火管、水管立式锅炉和卧式三回程快装锅炉及水容量大于50L/m2加热面的锅炉。对于原水硬度大于碱度的非碱性水质，以及含镁的非碳酸盐硬度较小的锅炉也适用。对于压力低于0.2MPa的锅炉，因碳酸钠水解率低，难以维持锅水pH值在10~12范围内，尤其是热水锅炉，一般不宜采用单独的纯碱处理，可适当补充一些氢氧化钠。二、  磷酸盐处理法(一)磷酸盐处理一般中、高压锅炉均可采用磷酸盐处理，该法是在锅水呈碱性的条件下，加入磷酸盐溶液，使锅水磷酸根维持在一定浓度范围内，水中的钙离子便与磷酸根反应生成碱式磷酸钙，少量镁离子则与锅水中的硅酸根生成蛇纹石。碱式磷酸钙和蛇纹石均属于难溶化合物，在锅水中呈分散、松软状水渣，易随锅炉排污排出锅炉，不会粘附在受热面形成二次水垢。(二) 锅水中磷酸盐的“暂时消失”现象有些锅炉在磷酸盐加药正常，当锅炉运行负荷增高时，锅水中的磷酸盐浓度会明显降低，而当锅炉负荷降低或停炉时，锅水中的磷酸盐浓度又重新升高，这种水质异常的现象称磷酸盐“暂时消失”现象。这种现象的实质是“锅炉高负荷时，易溶的磷酸盐从锅水中析出，沉积在水冷管壁上，锅水中的磷酸盐浓度便明显降低；当锅炉低负荷运行时，沉积在管面上的磷酸盐又溶解下来，锅水中的磷酸盐浓度又明显升高。这种现象的危害，不仅是沉淀析出影响传热，引起超温，加剧管壁结垢与腐蚀，而且会使管壁表面产生游离NaOH，造成局部碱度过高而引起金属管壁的腐蚀。磷酸盐“暂时消失”现象有时与水冷管壁的清洁程度有关，有的锅炉刚进行化学清洗后，“暂时消失”现象明显。防止这种现象发生的办法是：实行低磷酸盐处理、平衡磷酸盐的锅水处理方式，或采用全挥发性处理。采用等成分磷酸盐处理，虽不能解决磷酸盐的消失现象，但可防止由磷酸盐的消失现象而引起的碱腐蚀问题。(三)等成分磷酸盐处理这种方法是向锅炉水中加入磷酸三钠和磷酸氢二钠混合液，使锅水中的游离氢氧化钠全部转变成磷酸三钠，只要锅水中钠离子和磷酸根离子的摩尔比（R）Na/PO4控制在一定范围内，就可以使锅水既有足够的pH值和一定的PO43-浓度，又不会含游离氢氧化钠。(四)平衡磷酸盐处理采用等分磷酸盐处理容易发生磷酸盐消失和腐蚀。这是因为当锅水中有腐蚀产物或氯化铁存在时，，磷酸盐和铁腐蚀产物形成FeHPO4、NaFePO4及NaFeOH等化合物，这些化合物在高温时的溶解度比Na3PO4低得多，因而容易产生盐类消失现象，当负荷降低时，这些沉积的磷酸盐化合物又重新溶解出来，产生酸性物质，破坏保护膜，引起腐蚀。为解决这个问题，加拿大采用平衡磷酸盐处理（EPT）法。该法经十余年运行经验证明可消除磷酸盐的消失现象，并可在不同运行工况下，保证碱度的稳定调节，从而可消除自然循环锅炉运行由内部腐蚀而引起的不安全性，延长化学清洗间隔期。EPT法的基本原理是使锅水磷酸盐含量减少到只够与硬度成分反应所需的最低浓度而不会产生沉淀物，此时的PO33-浓度即为“平衡”浓度。，平衡磷酸盐处理时，还要加入少量NaOH，容许锅水中存在小于1mg/L的游离NaOH，以保证锅水pH值在9.0~9.6范围内，防止表面产生酸化环境。在这种方式下，总体锅水中的磷酸盐含量满足于硬度成分起反应所需的最低含量，已没有多余的磷酸盐可再供给与锅炉管壁的浓缩液膜发生沉淀的需要，而将磷酸盐消失现象控制在最低程度。从本质上看，“平衡”磷酸盐处理与低磷酸盐处理是相似的，只要将PO43-浓度保持在“平衡”浓度水平，可有效地防止磷酸盐消失现象。三、  聚合物处理法聚合物处理法是采用有机聚合物单独或与其他药剂联合使用对锅水进行处理的一种方法。该法主要是利用聚合物的分散作用来减少锅内水垢的沉积。常用的聚合物有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐和羧基甲基纤维素。聚合物处理法除了单独使用外，还可以与其他水处理法配合作用，其效果比各自单独使用为佳。四、  螯合剂处理法 20世纪60年代开始，锅内采用螯合剂处理。常用的螯合剂有乙二胺四乙酸（EDTA）、氨基三乙酸（NTA）等。以除盐水作补给水的锅炉，在热负荷很高时，采用螯合剂EDTA处理，防止铁垢在锅内的沉积，效果较好。当锅炉管壁洁净没有沉积物时，如经化学清洗后，在给水中加入EDTA形成的螯合物，在锅水中发生热分解，其产物磁性氧化铁会在洁净的锅炉管壁上生成良好的保护膜，这层保护膜很薄且致密，能对金属起到良好的保护作用，可以减少金属腐蚀。由于EDTA与钙的螯合物在热分解时会影响氧化铁薄膜的形成，破坏膜的完整性，所以，在采用EDTA处理时，给水中不应有钙存在。在使用EDTA螯合剂处理时，要求给水中无硬度，这不仅是因为钙离子影响处理效果，而且钙、镁离子的存在会消耗EDTA，使价格昂贵的EDTA用量大大增加而增加处理费用。对于中、高压锅炉采用EDTA处理，一般均要求以除盐水作为补给水，在使用前，一般要求机组进行化学清洗，以防止炉管上的沉积物被溶解下来，否则，不仅增加药剂消耗量，而且增加锅水含盐量，特别是对于有铜垢的锅炉，铜与EDTA络合能力比铁更强，铜络合物的热分解产物会减弱磁性氧化铁对金属管壁的保护性能。在进行EDTA处理时，应注意保持金属管壁的洁净。五、  其他处理方法(一)全挥发性处理全挥发性处理（AVT）是一种不向锅内添加磷酸盐等药剂，只在给水中添加氨和联氨的处理方法。这种方法可以减少热力系统金属材料的腐蚀，减少给水中携带腐蚀产物，从而减少锅内沉积物，且因不加磷酸盐而不会发生磷酸盐“隐藏”现象。该方法可用于给水纯度高的超高参数汽包锅炉和直流锅炉。(二)中性水处理中性水处理（NWT）是pH值为6.5~7.5的高纯度给水中添加适量氧化剂（H2O2或气态氧）的水处理方法。溶解氧的含量应控制在50~500mg/L，一般在50~150mg/L范围内。此方法使金属表面形成保护膜，从而提高了碳钢材料的耐蚀性，减少钢铁腐蚀，降低给水含盐量和锅炉受热面的结垢速率。(三)联合水处理联合水处理（CWT）法是向电导率低于0.15μS/cm高纯度给水中加入适量氨，使无铜系统锅炉给水pH值提高到8.0~8.5，或有铜系统给水提高到8.7~8.9，再加入溶解氧。其浓度维持在30~500mg/L（一般在50~150mg/L范围内）的一种给水处理方法。此法与中性处理相同的是都加氧，但中性处理pH值较低，对有铜系统机组，铜管在中性区腐蚀溶出，增加系统铜污染；而联合水处理提高pH值，既能抑制碳钢腐蚀，又能抑制凝汽器和低压加热器中铜合金的腐蚀溶出，使加氧处理工艺可应用于有铜系统机组的给水处理中。(四) 氢氧化钠处理自从发现锅炉会发生碱性腐蚀后，人们就害怕锅水中出现游离NaOH。实际上，许多国家一直采用氢氧化钠处理锅水，特别是锅水pH值有降低的情况时，采用氢氧化钠处理（CT）较有效，只要严格控制其含量，该法是比较安全的。六、  锅内加药处理方法的评价   纯碱处理法适用于压力小于1.3MPa、大于0.2MPa的锅炉，当锅水碱度在8~20mmol/L，pH值在10~12时，用纯碱处理效果较好，可以防止新垢生成并能使原来结的老垢脱落。处理费用低，加药设备简单，操作方便，运行可靠。磷酸盐处理法应用较多，一般中、高压及超高压锅炉均可采用磷酸盐处理法。该法能有效地防止钙、镁水垢的形成，但不能防止铁垢的形成。等成分磷酸盐处理法兼有防垢、防腐蚀的效果，但若锅内产生“暂时消失”现象时，由于沉淀的磷酸铁盐会在管壁内水解产生酸性物质，破坏保护膜而引起炉管腐蚀，这时应降低锅水磷酸盐含量，并改用平衡磷酸盐处理法。聚合物处理法防垢效果好，并能防止铁、铜在金属表面上的沉积。其防垢机理和过程较复杂，药品价格亦较昂贵，尚未广泛使用。螯合剂处理法效果好，不仅可防止铜垢、铁垢的形成，并能除去管壁原来生成的垢。但因价格昂贵，还要求在使用前对锅炉进行化学清洗，并要求给水中无钙、镁离子，使用条件较高，不易推广使用。全挥发性处理、中性水处理、联合水处理均为高纯水补充的锅炉所采用，多用于直流炉及超高参数汽包炉，用在给水处理中，可不再进行锅内加药。'