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锅炉用水处理

一、锅炉用水基本知识
    搞好锅炉水质处理工作,直接关系到锅炉经济安全运行与锅炉的使用寿命。锅炉用水的质量好坏,是锅炉经济安全运行的重要因素。因此,学习掌握一些有关水的基本特性, 采用适当的水处理措施,对于锅炉水处理设备的管理人员与司炉工作者就显得十分必要。

  1、天然水的种类及特点
  水是地球上分布最广的物质当中的其中的一种。如海洋、江河、湖所覆盖的面积, 就约占地球表面的三分之二。天然水按其来源可分为三种:
  1) 雨水
  雨水一般不含矿物杂质。因其溶解能力很大, 当以雨雪等形式从空中降落时,会吸收和溶解一些来自空气中的气体, 如氧、氮、二氧化碳、尘埃和细菌等杂质。雨水的硬度和含盐量都很低。但是, 由于雨水收集积存困难,所以不能作为锅炉供水的水源。
  2)地表水
  地表水主要包括:江水、河水、湖水、水库水等。因其矿化度小,因此硬度较低, 但因表面径流和地下渗流的结果往往混入不溶或可溶性杂质:如泥沙、动植物残骸及可溶性盐类。地表水的成分, 随地区的不同, 其成分有较大的差别。就同一地区的地表水而言, 随季节的不同, 也有较大的波动。在夏季洪汛期, 水中的盐类被雨水或冰雪融化,水被冲淡, 因此硬度和含盐量会大大减少,混浊度却会急剧增高,冬季则相反。地表水经处理后, 可作为锅炉给水。
  应当指出, 海水亦属地表水,但由于它含盐量高, 硬度大, 如不经处理不但不能作锅炉用水, 也不能饮用。
  3)地下水
  地下水包括:井水、泉水、自流水。由于经过地层的渗透过滤, 通常悬浮杂质较少,水的透明度较高。但因水具有较强的溶解性, 从空气中吸收了二氧化碳之后, 溶解能力更强,在透过不同岩石层时, 便溶入了各种无机盐类。地下水溶解矿物质的程度决定于土质中矿物质的成分、接触时间和水流经路程的长短。
一般地下水水质是比较稳定的, 受季节变化影响较小,但是水中的含盐量和硬度却是比较大的,只有在经过处理之后才能作为锅炉给水。

  2、天然水的分类
  1)按硬度来分
  (1)低硬度水:硬度为1.0 mmol/L以下 ;
  (2)一般硬度水:硬度为1.0~3.5mmol/L;
  (3)较高硬度水:硬度为3.5~6.0mmol/L;
  (4)高硬度水:硬度为6.0~9.0mmol/L;
  (5)极高硬度水:硬度为 9.0mmol/L 以上。
  2)按含盐量来分
  (1)低含盐量水:含盐量为200 mg/L以下 ;
  (2)中等含盐量水:含盐量为200~500mg/L;
  (3)较高含盐量水:含盐量为500~1000mg/L;
  (4)高含盐量水:含盐量为1000mg/L以上。
  3)按硬度与碱度的关系来分
  (1)非碱性水:水中总硬度大于总碱度,
  (2)碱性水:水中总碱度大于总硬度,
  (3)碳酸盐型水:水中暂硬大于永硬,
  (4)非碳酸盐型水:水中暂硬小于永硬。
我国地域辽阔,水质情况很复杂,较大多数是非碱性的碳酸盐型水,它的钙硬度占总硬度的70×10±2 左右,含盐量为中等,硅酸盐含量在20mg/L以下,悬浮物的含量变化较大。

  3、天然水中杂质及其对锅炉的危害
  天然水中含有各种杂质,按其颗粒大小不同,可以分为三类 :
  1)悬浮物质
  悬浮物质颗粒直径在4-10mm以上的杂质,这些杂质构成了天然水的浑浊度和色度,悬浮物质在水中是不稳定的 , 其较轻物质浮于水面(如油脂等),较重物质静置时会下降(如沙石、粘土和动植物尸体碎片和纤维等)。
  悬浮物的存在,会影响离子交换设备及锅炉的安全经济运行,如果它们在离子交挠器内沉积,将会使离子交换剂受到污染,从而使其交换容量降低, 周期出水量减少, 并影响离子交换器的出水质量。如悬浮物直接进入锅炉, 它会在锅筒内沉积,使传热情况变坏,金属因过热损坏而发生事故。
  2)胶体物质
  胶体物质是指颗粒直径在4mm-10mm或6mm-10mm之间的杂质。
  天然水中的胶体, 一类是硅、铁、铝等矿物质胶体;另一类是由动植物腐败后的腐殖质形成的有机胶体。由于胶体表面带有同性电荷, 它们的颗粒之间互相排斥 ,所以颗粒不会长大,不能靠重力下降, 所以可以在水中稳定存在。若不除去水中的胶体物质,将会使锅炉结成难以去除的坚硬水垢,并使锅炉水产生大量泡沫, 引起汽水共腾, 污染蒸汽品质, 影响锅炉的正常运行。
  3)溶解物质
  水中溶解的物质主要是气体和矿物质的盐类,它们都是以分子或离子状态存在于水中,粒径在10um以下。
  水中溶解的气体都是以分子状态存在的;能够引起锅炉腐蚀的有害气体主要是氧气和二氧化碳气体,有时还有些硫化氢气体。氧是由大气中溶解进去的,二氧化碳和硫化氢是有机物分解或氧化而产生的。
  水中溶解的盐类都是以离子状态存在的。它们是由于地层中矿物质溶解而来的。天然水中溶解的盐类主要是钙、筷、纳、佣的碳酸氢盐,氯化物和硫酸盐等。这些杂质若不去除, 会造成锅炉结垢、腐蚀,污染蒸汽品质,使锅炉金属过热变形、腐蚀穿孔、缩短锅炉使用寿命、浪费燃料、降低锅炉热效率, 或者产生汽水共腾,以至发生堵管、爆管等重大事故, 破坏锅炉的安全经济运行。

 

二、锅炉用水的分类


  锅炉用水, 根据其部位与作用的不同 , 一般可分为以下几种:
  1. 原水(源水)
  又称生水,是未经任何处理的天然水。原水主要来自江河水、井水或城市自来水等。
  2. 给水
  直接进入锅炉,被锅炉蒸发或加热使用的水称为锅炉给水。给水通常由补给水和生产回水两部分混合而成。 
  3. 补给水
  锅炉在运行中由于取样、排污、泄漏等要损失掉一部分水,而且生产回水被污染不能回收利用,或无蒸汽回水时,都必须补充符合水质要求的水,这部分水叫补给水。补给水是锅炉给水中去除一定量的生产回收外,补充供给的那一部分水。因为锅炉给水有严格规定的质量要求,所以补给水一般都要经过适当的处理。当锅炉没有生产回水时, 补给就等于给水。
  4. 生产回水
  当蒸汽或热水的热能利用之后, 其凝结水或低温水应尽量回收,循环使用这部分水称为生产回水。提高给水中回水所占的比例,不仅可以改善水质,而且可以减少生产补给水的工作量。如果蒸汽或热水在生产流程中已被严重污染,那就不能进行回收。
  5. 软化水
  原水经过软化处理, 使总硬度达到一定的标准, 这种水称为软化水。简称软水。
  6. 锅水
  正在运行的锅炉本体中流动着的水称为锅炉水。简称锅水。
  7. 排污水
  为了去除锅水中的杂质(过量的盐分、碱度等)和悬浮性水渣, 以保证锅炉水质符合GB1576 水质标准的要求 , 就必须从锅炉的一定部位排放掉一部分锅水,这部分水称为排污水。
  8. 冷却水
  锅炉运行中用于冷却锅炉某一附属设备的水,称为冷却水。冷却水往往是生水。

 

三、不良水质对锅炉的危害


  1、水垢
  锅炉是一种热交换设备,是产生蒸汽货热水的;实现换热过程必须用水作为传能的介质。水在锅内受热为水中的杂质提供了化学反应和不断浓缩的条件,当杂质在锅内水中达到饱和时,会有固体物质析出,如果悬浮在锅水中就称为水渣;如果附着在受热面上,则称为水垢。水垢的导热能力是钢铁的十几分之一到几百分之一,大大降低锅炉传热效率。因此锅炉结垢会产生如下几种危害。
  1)浪费燃料:锅炉结垢后,使受热面的传热性能变差,燃料燃烧所释放的热量不能及时传递到锅水中,大量的热量被烟气带走,造成排烟温度过高,排烟热损失增加,锅炉热效率降低。为保持锅炉额定参数,就必须多投加燃料,因此浪费燃料。大约1毫米的水垢多浪费燃料10%。
  2)受热面损坏:结了水垢的锅炉,由于传热性能变差,燃料燃烧的热量不能迅速地传递给锅水,致使炉膛和烟气的温度升高。因此,受热面两侧的温差增大,金属璧温升高,强度降低,在锅内压力作用下,发生鼓包,甚至爆炸。
  3)降低锅炉出力:锅炉结垢后,由于传热性能变差,要达到额定蒸发量,就需要消耗更多的燃料,但随着结垢厚度的增加,炉膛容积是一定的,燃料消耗受到限制。因此,锅炉出力就会降低。
4)消耗化学除垢药剂:水垢要彻底清除才能保证锅炉的安全和经济运行。而除垢通常采用化学药剂(酸、碱),不仅要消耗大量的化学药品及污染环境,还会因酸洗不当,或酸洗频繁而影响锅炉的使用寿命。

  2、腐蚀
  水质不良对锅炉的另一危害就是引起金属腐蚀。后果如下:
  1)金属构件破坏:
  锅炉的省煤器、水冷壁、对流管束及锅筒集箱等构件会因水质不良(水中含有氧气、酸性和碱性物质)对锅炉金属面造成腐蚀,使其壁厚减薄、凹陷,甚至穿孔,降低了锅炉强度,严重影响锅炉的安全运行;缩短使用寿命,造成经济损失。尤其是热水锅炉,循环水量大,腐蚀更为严重。
  2)产生垢下腐蚀:
  含有高价铁的水垢,容易引起与水垢接触的金属腐蚀。而铁的腐蚀产物又容易重新结成水垢。这是一种恶性循环,它会迅速导致锅炉部件损坏。尤其是燃油锅炉金属腐蚀产物的危害更大。
  3)汽水共腾:
发生在蒸汽锅炉上,是锅内的水被蒸汽大量带走的现象。产生汽水共腾的原因除了运行操作不当外,主要因水质不良造成(当炉水中含有较多的氯化钠、磷酸钠、油脂和硅化物时,或锅水中的有机物和碱作用发生皂化时,在锅水沸腾蒸发过程中,液面就会产生泡沫,形成汽水共腾)。

  3、杂质堵塞
  由于不同使用环境当中的水质不同,当锅炉水循环系统当中出现了各种杂质时,会导致堵塞管子,使锅炉的蒸汽品质降低;水位计看不清水位,出现水击等运行不安全的事故。这对于锅炉的安全运行和能源消耗会有很大影响。因此,做好锅炉水处理工作对锅炉安全运行有着及其重要的意义。

 

四、锅炉配套水处理设备


  锅炉配套系列水处理设备包括:热力除氧器;全自动加药设备;全自动软水器;解析除氧器;定期排污扩容器;分集水器;水箱。

 

五、锅炉水处理设备选购要点


  锅炉水处理工作是否能真正落实到实处,关键在于管理。如果有水处理设备而不使用或者使用了效果性能不理想的水处理设备,就等同于没有进行水处理。故此,这就需要各使用单位领导树立“安全第一,预防为主”的思想,真正认识到水处理工作的重要性,严把锅炉配套水处理设备的质量关。要严格按GB1576-85《低压锅炉水质标准》以及《锅炉水处理监督管理规则》办事,对于1T/H型以上的锅炉,应配备专职水处理操作工和化验人员,并建立健全水处理岗位和化验岗位责任制。各水处理操作工应忠于职守,认真操作;化验人员应定期抽检水质情况,及时向水处理操作工通报,使其及时得以调整,确保水质的合格。对2T/H型以下锅炉,凡配备水处理操作工有困难的,则应该对司炉工进行培训,然后采取兼职的办法。各使用单位的锅炉房管理人员,要经常检查水处理设备运行情况,发现损坏时应及时修理;只有这样,才能有效避免因锅炉水处理设备而产生的问题,确保锅炉的安全经济运行。
       对进入锅炉之前的水,即锅炉给水中的悬浮物、胶体物、有机物、各种溶解的盐类和气体进行处理,并对锅内水质进行调整,使锅炉给水和锅水的品质符合标准的过程。锅炉水处理的目的是为了防止锅炉水汽系统结垢、积盐和腐蚀。
锅炉给水品质不良会引起:①在锅炉管子内壁上结水垢;②蒸汽品质恶化,在过热器和汽轮机通流部分生成沉积物;③锅炉和水汽通道内壁发生金属腐蚀。这些后果都直接影响锅炉的传热效果,降低锅炉、汽轮机的效率,严重时甚至会造成锅炉爆管事故。由于水垢的导热能力只有钢铁的几十分之一到几百分之一,有些低压锅炉受热面上积1毫米厚的水垢,燃料耗量就会增加1.5~2.0%。锅炉水处理的任务就是针对锅炉的炉型、 参数和原水品质,按照锅炉水质标准选择合适的处理方法以保证锅炉安全、经济地运行。高参数大容量的电站锅炉对给水品质的要求很高。以一台蒸发量为1000吨/时的直流锅炉为例:每千克给水所含的盐分不超过0.05毫克,即为干净自来水(每千克约含盐0.1~0.7克)所含盐分的万分之一左右,甚至比医用蒸馏水的含盐量还少。即使这样,在一年运行期中还会有几百公斤的盐分进入锅炉。当然,最终留在锅炉中的仅是一部分。许多国家都制订有各类锅炉的给水质量标准。
处理范围  锅炉水处理主要包括补给水(即锅炉的补充水)处理、凝结水(即汽轮机凝结水或工艺流程回收的凝结水)处理、给水除氧、给水加氨和锅内加药处理4部分。
  补给水处理  因蒸汽用途(供热或发电)和凝结水回收程度的不同,锅炉的补给水量也不相同。凝汽式电站锅炉的补给水量一般低于蒸发量的3%,供热锅炉的补给水量可高达100%。补给水处理流程如下:

锅炉水处理

  ① 预处理:当原水为地表水时,预处理的目的是除去水中的悬浮物、胶体物和有机物等。通常是在原水中投加混凝剂(如硫酸铝等),使上述杂质凝聚成大的颗粒,借自重而下沉,然后过滤成清水。当以地下水或城市用水作补给水时,原水的预处理可以省去,只进行过滤。常用的澄清设备有脉冲式、水力加速式和机械搅拌式澄清器;过滤设备有虹吸滤池、无阀滤池和单流式或双流式机械过滤器等。为了进一步清除水中的有机物,还可增设活性炭过滤器。
  ② 软化:采用天然或人造的离子交换剂,将钙、镁硬盐转变成不结硬垢的盐,以防止锅炉管子内壁结成钙镁硬水垢。对含钙镁重碳酸盐且碱度较高的水,也可以采用氢钠离子交换法或在预处理(如加石灰法等)中加以解决。对于部分工业锅炉,这样的处理通常已能满足要求,虽然给水的含盐量并不一定明显降低。
  锅炉水处理③ 除盐:随着锅炉参数的不断提高和直流锅炉的出现,甚至要求将锅炉给水中所有的盐分都除尽。这时就必须采用除盐的方法。化学除盐所采用的离子交换剂品种很多,使用最普遍的是阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,简称“阳树脂”和“阴树脂”。在离子交换器中,含盐水流经树脂时,盐分中的阳离子和阴离子分别与树脂中的阳离子(H+ )和阴离子(OH- )发生变换后被除去。图为常用的给水化学除盐系统示意图。
  当水的碱度较高时,为了减轻阴离子交换器的负担,提高系统运行的经济性,在阳离子交换器之后一般都要求串联脱碳器以除去二氧化碳。含盐量特别高的水,也可采用反渗透或电渗析工艺,先淡化水质,再进入离子交换器进行深度除盐。对高压以上的锅筒锅炉或直流锅炉,还必须除去给水中的微量硅;中、低压锅炉则按含量情况处理。
  凝结水处理  凝结水在循环过程中,会受到汽轮机凝汽器冷却水泄漏和系统腐蚀产物等引起的污染,有时也需要进行处理。其典型的处理流程为

锅炉水处理

  凝结水的处理量与锅炉的参数、炉型(如有无锅筒或分离器)和凝结水的污染情况有关。随着锅炉参数的提高,凝结水的处理量一般逐渐增加。对超临界压力锅炉应全部处理;对超高压及亚临界压力锅炉处理量为25~100%;对有锅筒的高压以下锅炉一般不进行处理。常用的凝结水处理设备有纤维素覆盖过滤器和电磁过滤器等。凝结水在其中除去腐蚀产物(氧化铜和氧化铁等)后,再进入混合床或粉末树脂覆盖过滤器进行深度除盐。
  给水除氧  锅炉给水中的溶解氧会腐蚀热力系统的金属。腐蚀产物在锅炉热负荷较高处结成铜铁垢,使传热恶化,甚至造成爆管或在汽轮机高压缸中沉积,使汽轮机效率降低。因此,经过软化或除盐的补给水和凝结水,在进入锅炉之前一般都要除氧。常用的除氧方式有热力除氧和真空除氧等,有时还辅以化学除氧。所谓热力除氧,就是当给水在除氧器中被加热到沸腾时,气体在水中的溶解度降低,使气体从水中逸出,排入大气。按工作压力来分,应用较多的热力除氧器有0.12兆帕和0.6兆帕的。热力除氧时水必须加热到饱和温度,除氧水的表面积要大(如采用淋水或雾化播散装置),以便逸出的气体能够迅速地排出。真空除氧常在汽轮机凝汽器中进行。化学除氧就是在给水中添加联胺或亚硫酸钠,将水中含氧量进一步减少。
  给水加氨和锅内加药处理  经补给水处理、凝结水处理和给水除氧后的锅炉给水,一般都要求添加氨或有机胺等以提高给水的pH值,防止酸性水对金属部件的腐蚀。对有锅筒的锅炉一般都要进行锅内处理。处理时,在锅筒内投加磷酸三钠或其他化学剂,把水中能形成水垢的盐类杂质变成可以在排污时排掉的泥渣,以防止或减缓水垢的形成。
  趋势  锅炉水处理的总趋势是:①随着化学工业的迅速发展,越来越广泛地采用化学除盐,以提高锅炉给水品质。②发展各种大容量、高流速和高效率的新型水处理设备,以降低水处理设备的投资和运行费用。③提高水处理设备的自动化程度。

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