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1、第六章锅炉水处理,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。,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。,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。
2、,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。,水垢的形成,水垢形成的原因：钙镁重碳酸盐类热分解。锅水的不断蒸发浓缩。钙镁盐类溶解度降低（例如硫酸钙和硅酸钙）。,盐类溶解度表,水垢的种类,碳酸盐水垢。多为白色，也有微黄白色。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。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。混合水垢。含油水垢。成
3、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。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。,水垢示意图,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35。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30100。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210230；若结
4、生1毫米水垢，钢材温度将升高130390；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。,水垢厚度与浪费燃料的对应表,钢铁与各类水垢的导热系数对比,水垢及溶解氧的腐蚀,炉管（水管）的腐蚀情况,裂缝,泥渣和水垢,垢下腐蚀（电化学腐蚀）,腐蚀坑,水垢的危害示意图,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
5、后经排污除去，以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。,锅炉用水主要评价指标,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mgL。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mgL。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mgL。硬度：是指水中钙、镁离子的总浓度，单位为mmoIL。（0.03mmoIL）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mmoIL表示。PH值：是指水溶液中氢离子浓度的负对数（114）。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。溶解氧
6、：造成给水管道和锅炉本体的腐蚀。单位mgL。,蒸汽锅炉采用锅内加药水处理时的水质标准,蒸汽锅炉采用锅外化学处理时的水质标准,PH试纸的变色范围,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。,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：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
7、氯化钠 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（PH9.511.5），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。,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。,锅炉内水处理常用药剂（三）,磷
8、酸三钠（Na3PO412H2O），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。,锅炉外水处理,主要指给水在进
9、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0017（0强酸性、0苯乙烯系、1顺序号、7交联度），凝胶型。,合格,不合格,离子交换树脂的物理性能（一）,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。粒度：目前国内外树脂的粒度一般为0.31.2mm。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
10、。密度一般在1.041.30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）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。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.,离子交换树脂的物理性能（二）,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。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
11、脂在冬季树脂都要做好防冻工作。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）。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。,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（HCO
12、3）2 2NaR MgR2 2NaHCO3 CaSO4 2NaR CaR2 Na2 SO4 MgSO4 2NaR MgR2 Na2SO4 CaCI2 2NaR CaR2 2NaCI MgCI2 2NaR MgR2 2NaCI,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 CaCI2 MgR2 2NaCI 2NaR MgCI2,阳离子树脂工作过程,自动软化水处理设备内部结构,水处理设备（四）,主机头,副罐,主罐,树脂,大粒盐,盐筒,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
13、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。,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512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
14、内水罐每年要清理一次，并要进行防腐处理。,一线井队自动软化水设备的操作要求,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。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。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。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。定期向盐箱内，加入干净的大粒盐。保持盐箱高度的 34。定期清洗盐箱内淤泥，防止堵塞吸盐管路，影响树脂的再生。,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
15、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。,锅炉化学清洗的条件,新建锅炉运行前必须进行化学清洗（碱洗、酸洗）。运行锅炉符合下列条件之一时，方可进行酸洗。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。锅炉受热面有明显的油污和铁锈。,锅炉内结垢,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
16、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。,不同水垢厚度应选择酸液的浓度,酸液温度对钢铁腐蚀速度的影响,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
17、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5060，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26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0.050.5ms范围内，最高不能大于1m
18、s。,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56，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0.20.4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12的磷酸三钠或者用磷酸三钠和氢氧化钠的混合溶液，加热
19、到7090，在系统中循环1012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。,锅炉酸洗时的注意事项,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。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.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）,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
20、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。,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（N2H4H2O）等。,钢屑除氧示意图,钢屑,热力除氧示意图,
