第10章--供热锅炉水处理-锅炉-教学课件.ppt

第十章第十章 供热锅炉水处理供热锅炉水处理10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 10.2钠离子交换软化钠离子交换软化 10.3离子交换除碱离子交换除碱 10.4 10.4 浮床及流动床离子交换浮床及流动床离子交换10.5 10.5 石灰纯碱水处理石灰纯碱水处理10.6 10.6 锅内加药和其他水处理锅内加药和其他水处理10.7 10.7 锅炉金属的腐蚀锅炉金属的腐蚀第十章第十章 供热锅炉水处理供热锅炉水处理10.8 10.8 水的除氧水的除氧 10.9锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标一、水中的杂质及其危害性一、水中的杂质及其危害性 1 1水中的杂质水中的杂质 杂质按其颗粒大小的不同可分成三类：颗粒杂质按其颗粒大小的不同可分成三类：颗粒最大的称为悬浮物，其次是胶体，最小是离子和最大的称为悬浮物，其次是胶体，最小是离子和分子，即溶解物质。分子，即溶解物质。1 1）悬浮物）悬浮物 悬浮物是指水流动时呈悬浮状态存在，但不悬浮物是指水流动时呈悬浮状态存在，但不溶于水的颗粒物质，其颗粒直径在溶于水的颗粒物质，其颗粒直径在10-4 mm10-4 mm以上，以上，通过滤纸可以被分离出来。主要是砂子，粘土以通过滤纸可以被分离出来。主要是砂子，粘土以及动植物的腐败物质。及动植物的腐败物质。2 2）胶体）胶体 胶体是颗粒直径在胶体是颗粒直径在10-610-4mm10-610-4mm之间的微粒，之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，通过滤纸不能是许多分子和离子的集合体，通过滤纸不能10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 分离出来。它们在水中不能相互粘合，而是稳定分离出来。它们在水中不能相互粘合，而是稳定在微小的胶体颗粒状态下，不能依靠重力自行下在微小的胶体颗粒状态下，不能依靠重力自行下沉。天然水中的有机胶体多半是由动植物腐烂和沉。天然水中的有机胶体多半是由动植物腐烂和分解后生成的腐植质，同时还带有一部分矿物胶分解后生成的腐植质，同时还带有一部分矿物胶质体，主要是铁、铝和硅等的化合物。质体，主要是铁、铝和硅等的化合物。3 3）溶解物质）溶解物质 天然水中的溶解物质主要是钙、镁、钾、钠天然水中的溶解物质主要是钙、镁、钾、钠等盐类和一些溶解气体。等盐类和一些溶解气体。（1 1）盐类）盐类 这些盐类大都是以离子状态存在，其颗粒小于这些盐类大都是以离子状态存在，其颗粒小于10-6mm10-6mm。Ca2+Ca2+：石灰石：石灰石(CaCO3)(CaCO3)和石膏和石膏(CaSO42H2O)(CaSO42H2O)的的水溶解后；水溶解后；10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 水渣水渣是锅炉给水中的一部分溶解盐类是锅炉给水中的一部分溶解盐类(主主要是钙、镁盐类要是钙、镁盐类)析出或浓缩沉淀出来并以悬游的析出或浓缩沉淀出来并以悬游的形式存在的杂质。形式存在的杂质。水垢水垢是锅炉给水中的一部分溶解盐类是锅炉给水中的一部分溶解盐类(主主要是钙、镁盐类要是钙、镁盐类)析出或浓缩沉淀出来，附着受热析出或浓缩沉淀出来，附着受热面的内壁的杂质。面的内壁的杂质。1 1）水渣使管内流通截面减小，容易造成堵塞，水）水渣使管内流通截面减小，容易造成堵塞，水循环受到破坏循环受到破坏 2 2）水垢导热性能很差）水垢导热性能很差(比钢小比钢小30503050倍倍)，使受热，使受热面的传热情况恶化，从而使锅炉的排烟温度升高，面的传热情况恶化，从而使锅炉的排烟温度升高，降低了锅炉的出力和效率（降低了锅炉的出力和效率（1 1）在汽锅内壁附着）在汽锅内壁附着1mm1mm厚的水垢，就要多消耗煤厚的水垢，就要多消耗煤23%23%左右。左右。（2 2）受热面的壁温大为增高，引起金属的过热而）受热面的壁温大为增高，引起金属的过热而使其机械强度降低，导致管壁起疱或出现裂缝。使其机械强度降低，导致管壁起疱或出现裂缝。10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 （3 3）锅炉水管内壁结垢后，使管内流通截面减小，）锅炉水管内壁结垢后，使管内流通截面减小，水循环的流动阻力增大，甚至堵塞，导致爆管。水循环的流动阻力增大，甚至堵塞，导致爆管。3 3）当悬浮物、油脂及盐分等浓度达到某一限度时，）当悬浮物、油脂及盐分等浓度达到某一限度时，锅水的蒸发面上便会产生大量泡沫和形成汽水共锅水的蒸发面上便会产生大量泡沫和形成汽水共腾现象，造成蒸汽大量带水（或假水位），严重腾现象，造成蒸汽大量带水（或假水位），严重影响蒸汽品质，同时还会造成过热器及蒸汽管道影响蒸汽品质，同时还会造成过热器及蒸汽管道中的积盐及结垢现象。而使管壁温度增高，以致中的积盐及结垢现象。而使管壁温度增高，以致烧损。烧损。4 4）O2O2和和CO2CO2会对锅炉的受热面产生化学腐蚀。锅会对锅炉的受热面产生化学腐蚀。锅炉的给水和锅水又都是电解质炉的给水和锅水又都是电解质(酸、碱、盐的水溶酸、碱、盐的水溶解解)，金属在电解质中会产生电化学腐蚀作用。这，金属在电解质中会产生电化学腐蚀作用。这两种腐蚀均为局部腐蚀，即在金属表面产生溃伤两种腐蚀均为局部腐蚀，即在金属表面产生溃伤性或点状腐蚀，俗称性或点状腐蚀，俗称“起麻点起麻点”。腐蚀到一定阶。腐蚀到一定阶段，常形成穿孔，造成锅炉事故。段，常形成穿孔，造成锅炉事故。10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 3 3锅炉水处理的方式和任务锅炉水处理的方式和任务 1 1）水处理和任务）水处理和任务 （1 1）软化软化降低水中钙、镁盐类的含量，防降低水中钙、镁盐类的含量，防止锅内结垢；止锅内结垢；（2 2）除氧除氧减少水中的溶解气体，以减轻对减少水中的溶解气体，以减轻对受热面的腐蚀受热面的腐蚀 2 2）水处理方式）水处理方式 锅外水处理锅外水处理给水经预先处理后进入锅炉，给水经预先处理后进入锅炉，大部分供热锅炉；大部分供热锅炉；锅内水处理锅内水处理水处理在锅内部进行，对一水处理在锅内部进行，对一些小容量的供热锅炉些小容量的供热锅炉二、水质指标二、水质指标 1 1悬浮固形物悬浮固形物水通过滤纸后被分离出来的固水通过滤纸后被分离出来的固10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标Ca(HCO3)2、重碳酸镁、重碳酸镁Mg(HCO3)2和钙、镁和钙、镁的碳酸盐。一般天然水中重碳酸钙、镁在水加的碳酸盐。一般天然水中重碳酸钙、镁在水加热至沸腾后能转变为沉淀物析出。由于水中尚热至沸腾后能转变为沉淀物析出。由于水中尚溶解少量的溶解少量的CaCO3，故暂时硬度近似于碳酸盐，故暂时硬度近似于碳酸盐硬度。硬度。10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 2 2）永久硬度）永久硬度(H HFT)FT)非碳酸盐硬度：非碳酸盐硬度：CaClCaCl2 2、MgClMgCl2 2、CaSOCaSO4 4、MgSOMgSO4 4等。这些盐类在加热至沸腾时不会立即沉淀，等。这些盐类在加热至沸腾时不会立即沉淀，只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过饱和极只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过饱和极限时才会沉淀析出。限时才会沉淀析出。4 4碱度碱度(A)(A)指水中含有能接受氢离子的物质指水中含有能接受氢离子的物质的量，单位为的量，单位为mmol/Lmmol/L 常见的碱性物质：常见的碱性物质：、以及其他一些弱酸盐类以及其他一些弱酸盐类(诸如硅酸盐、亚硫酸盐，诸如硅酸盐、亚硫酸盐，腐植酸盐腐植酸盐)和氨等。在天然水中，碱度主要由和的和氨等。在天然水中，碱度主要由和的盐类组成。盐类组成。水中所含的各种硬度和碱度之间有内在的联水中所含的各种硬度和碱度之间有内在的联系和制约。系和制约。10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标所以钠盐碱度被称之为所以钠盐碱度被称之为“负硬负硬”。4 4）硬度与碱度相互关系）硬度与碱度相互关系 5 5相对碱度相对碱度锅水中游离的锅水中游离的NaOHNaOH和溶解固形物和溶解固形物含量之比值含量之比值 游离游离NaOHNaOH是指水中氢氧根碱度折算成是指水中氢氧根碱度折算成NaOHNaOH的的含量。它是为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技含量。它是为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标。我国规定的相对碱度值必须小于术指标。我国规定的相对碱度值必须小于0.20.2。6 6pHpH值值表示水的酸碱性指标表示水的酸碱性指标 当当pH=7pH=7时，水呈中性，时，水呈中性，pH7pH7pH7时，水则呈碱性。时，水则呈碱性。天然水的天然水的pHpH值一般在值一般在68.568.5范围内。呈酸性的范围内。呈酸性的水会对金属有腐蚀性，因此锅炉给水都要求水会对金属有腐蚀性，因此锅炉给水都要求10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标三、水质指标的单位三、水质指标的单位 1 1mmol/Lmmol/L每升水中所含有硬度或碱度物质的每升水中所含有硬度或碱度物质的摩尔数，它是以一价离子作为基本单元，摩尔数，它是以一价离子作为基本单元，2 2德国度德国度1L1L水中含有硬度或碱度的物质其总水中含有硬度或碱度的物质其总量相当于量相当于10mgCaO,10mgCaO,的摩尔质量为的摩尔质量为2828，因此，因此10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 3ppm百万分之一，以重量或体积计算，锅百万分之一，以重量或体积计算，锅炉分析水中杂质都折算为炉分析水中杂质都折算为CaCO3，同时水的密度，同时水的密度视为视为1。因此。因此10.1 10.1 水中杂质及水质指标水中杂质及水质指标 2）对非碳酸盐硬度作用：）对非碳酸盐硬度作用：10.2 10.2 钠离子交换软化 3 3）特点）特点 经钠离子交换后，水中的钙、镁盐类转化经钠离子交换后，水中的钙、镁盐类转化为钠盐，除去水中硬度；为钠盐，除去水中硬度；原水中的中碳酸盐碱度均转变为钠盐碱原水中的中碳酸盐碱度均转变为钠盐碱度度(NaHCO3)(NaHCO3)，因此，其只能软化水，但不能除碱，因此，其只能软化水，但不能除碱，即水中碱度不变；即水中碱度不变；由于由于Na+Na+的当量值比的当量值比Ca+Ca+、Mg+Mg+的当量值大，的当量值大，水中含盐量有所增加；水中含盐量有所增加；交换后，软化水残留硬度一般控制在交换后，软化水残留硬度一般控制在0.030.1mmol/L0.030.1mmol/L。2 2再生原理再生原理10.2 10.2 钠离子交换软化 式中：式中：ny还原还原1mmol的的Ca2+、Mg2+所需所需的的nymmol的的NaCl理论上，当理论上，当ny=1时，还原时，还原1mmol所需的所需的NaCl为为43.5g；实际上，实际上，ny=2.53.5时，才能完全再生，一般时，才能完全再生，一般采用指标采用指标140200g/mol。二、固定床钠离子交换设备及其运行二、固定床钠离子交换设备及其运行10.2 10.2 钠离子交换软化 1顺流式再生顺流式再生1）基本构造）基本构造2）运行）运行运行中，有反洗、还原、正洗和交换运行中，有反洗、还原、正洗和交换的四个步骤的四个步骤2逆流式再生逆流式再生为了克服顺流再生时底层部分交换剂再生较差为了克服顺流再生时底层部分交换剂再生较差的缺陷，采用逆流再生法。的缺陷，采用逆流再生法。10.2 10.2 钠离子交换软化 1）特点）特点（1）逆流再生离子交换出水质量高，盐耗低；）逆流再生离子交换出水质量高，盐耗低；（2）当再生液流速较高时，就会和反洗时一样的）当再生液流速较高时，就会和反洗时一样的使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，通常称为乱层。为了防止乱层现象，层次被打乱，通常称为乱层。为了防止乱层现象，逆流再生交换器在结构和运行上都有一些措施。逆流再生交换器在结构和运行上都有一些措施。2）运行步骤）运行步骤(1)小反洗小反洗(2)排水排水(3)顶压顶压10.2 10.2 钠离子交换软化 双级钠离子交换系统：双级钠离子交换系统：当生水硬度8mmol/L时采用10.3离子交换除碱离子交换除碱 10.4浮床及流动床离子交换浮床及流动床离子交换10.5石灰纯碱水处理石灰纯碱水处理10.6锅内加药和其他水处理锅内加药和其他水处理10.7锅炉金属的腐蚀锅炉金属的腐蚀自学10.8 10.8 给水除氧 水中溶解的氧、二氧化碳气体对金属壁面会产水中溶解的氧、二氧化碳气体对金属壁面会产生化学或电化学腐蚀。生化学或电化学腐蚀。气体溶解定律（亨利定律）：任何气体在水中气体溶解定律（亨利定律）：任何气体在水中的溶解度是与此气体在水界面上的分压力成正比。的溶解度是与此气体在水界面上的分压力成正比。水温升高，水蒸气的分压力增大，其他气体的分压水温升高，水蒸气的分压力增大，其他气体的分压力降低，致使其他气体的溶解度减小。力降低，致使其他气体的溶解度减小。一、给水除氧一、给水除氧1热力除氧热力除氧大气式除氧器内保持的压力很低，一般为大气式除氧器内保持的压力很低，一般为0.02MPa（表压力）在此压力下，汽水的饱和温度（表压力）在此压力下，汽水的饱和温度为为10.8 10.8 给水除氧 2）整个除氧系统要求良好的密封性能，运行时防止）整个除氧系统要求良好的密封性能，运行时防止水位波动。水位波动。3）防止给水泵气蚀现象，要求除氧水箱与给水）防止给水泵气蚀现象，要求除氧水箱与给水泵轴线间的垂直高度不小于泵轴线间的垂直高度不小于7m。3解吸除氧（如图）解吸除氧（如图）是将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合，由于是将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合，由于不含氧的气体中的氧分压为零，软水中的氧就大量不含氧的气体中的氧分压为零，软水中的氧就大量的扩散到无氧气体中去，从而使软水的含氧量降低，的扩散到无氧气体中去，从而使软水的含氧量降低，达到除氧的目的。达到除氧的目的。10.8 10.8 给水除氧 4化学除氧化学除氧1）钢屑除氧）钢屑除氧经铁屑过滤器经铁屑过滤器2）药剂除氧）药剂除氧向水中加药向水中加药3）树脂除氧）树脂除氧使用触媒型除氧树脂，将贵重金属使用触媒型除氧树脂，将贵重金属粒子牢固吸附在器表面，进行活化处理，再在水中粒子牢固吸附在器表面，进行活化处理，再在水中通入氢气与氧化合成水，达到除氧的目的。通入氢气与氧化合成水，达到除氧的目的。10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.8 10.8 给水除氧 10.9锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算 锅炉的排污锅炉的排污1 1锅内水处理锅内水处理常用方法有：钠盐、栲胶、柞木、烟秸和石墨法常用方法有：钠盐、栲胶、柞木、烟秸和石墨法1)1)钠盐法钠盐法俗称加碱法俗称加碱法常用的用磷酸三钠、纯碱（碳酸钠）、火碱（氢氧常用的用磷酸三钠、纯碱（碳酸钠）、火碱（氢氧化钠），纯碱最普遍。化钠），纯碱最普遍。3Ca(HCO3)2+3Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2CO3+3CO2 3Ca(HCO3)2+3Na3PO4=Ca3(PO4)2+3Na2CO3+3CO2 +3H2O+3H2O3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2 +3Na2SO43CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2 +3Na2SO43CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2 +6NaCl3CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2 +6NaCl10.9锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算 2 2）形成磷酸钙盐能增加泥渣的流动性，容易随污水）形成磷酸钙盐能增加泥渣的流动性，容易随污水排出不至附着在金属表面上变成二次污垢排出不至附着在金属表面上变成二次污垢3 3）在汽锅表面上，磷酸盐会形成保护膜，能防止腐）在汽锅表面上，磷酸盐会形成保护膜，能防止腐蚀蚀 2锅炉排污锅炉排污1）连续排污）连续排污排除锅水中的盐分杂质排除锅水中的盐分杂质由于锅筒蒸发面附近的盐分较高，连续排污管就设由于锅筒蒸发面附近的盐分较高，连续排污管就设置在低水位下面，习惯上也称为表面排污。置在低水位下面，习惯上也称为表面排污。2）定期排污）定期排污排除锅水中的水渣排除锅水中的水渣(松散的沉淀物松散的沉淀物)，同时也排出盐分，同时也排出盐分设置在下集箱或锅筒的底部，小型锅炉只装设定期设置在下集箱或锅筒的底部，小型锅炉只装设定期排污排污10.9锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算 3锅炉排污量的计算锅炉排污量的计算与锅水的碱度和含盐量有与锅水的碱度和含盐量有关关式中：式中：D D锅炉的蒸发量，锅炉的蒸发量，t/ht/h；D Dpsps锅炉的排污量，锅炉的排污量，t/ht/h；A Agg锅水允许的碱度，锅水允许的碱度，mmol/Lmmol/L；A Aqq蒸汽得碱度，蒸汽得碱度，mmol/Lmmol/L；A Agsgs给水的碱度，给水的碱度，mmol/Lmmol/L。10.9 10.9 锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算 1）因为，排污率：排污量对蒸发量的百分率，按）因为，排污率：排污量对蒸发量的百分率，按碱度计算为碱度计算为按含盐量计算为：按含盐量计算为：排污率取排污率取P1、P2计算值的较大者，一般供热计算值的较大者，一般供热锅炉排污率控制在锅炉排污率控制在10%以下，电站锅炉以下，电站锅炉P=5%10.9锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算 2）有凝结水返回的锅炉，给水水质以含盐量表示：）有凝结水返回的锅炉，给水水质以含盐量表示：式中：式中：,补给水补给水,凝结水的含盐量，凝结水的含盐量，mg/L；补给水及凝结水所占总给补给水及凝结水所占总给水量的份额，水量的份额，即即。如凝结水含盐量很少，忽略不计，则给水含盐量如凝结水含盐量很少，忽略不计，则给水含盐量，带入排污公式得：带入排污公式得：10.9锅炉排污及排污率计算锅炉排污及排污率计算 the end_