供熱鍋爐水處理概論(PPT 74頁).ppt

1、第十章供熱鍋爐水處理,供熱鍋爐供應生產(chǎn)用汽、采暖、通風、空調(diào)、生活用熱 鍋爐房送出的蒸汽大部分不能回收，熱水亦有損失，需要一定量補給水 各種水源含有雜質(zhì)，必須經(jīng)過處理后才能作為鍋爐給水 鍋爐房須設置水處理設備以保證鍋爐給水質(zhì)量鍋爐房工藝設計中的重要工作,第一節(jié) 水中的雜質(zhì)和水質(zhì)標準,一、水中的雜質(zhì) 天然水中的雜質(zhì)按其顆粒從大到小分三類： 懸浮物水流動時呈懸浮狀態(tài)存在，不溶于水的顆粒物質(zhì)，直徑10-4mm。通過濾紙可分離，砂子、粘土及動植物的腐敗物質(zhì) 膠體微粒直徑10-610-4mm，許多分子和離子的集合體，不能通過濾紙分離 離子和分子水中的溶解物質(zhì)(鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類)和溶解氣體(O2、CO

2、2)。鹽類以離子狀態(tài)存在，顆粒10-6mm,混凝和過濾,懸浮物和膠體雜質(zhì)在水廠通過混凝和過濾處理后大部分被清除，外觀看來澄清,二、水中雜質(zhì)的危害,嚴重影響鍋爐的安全、經(jīng)濟運行 部分溶解鹽類(鈣、鎂)加熱會析出或濃縮沉淀出來。一部分成為鍋水中的懸游雜質(zhì)水渣；另一部分附著在受熱面的內(nèi)壁形成水垢 O2、CO2對鍋爐受熱面局部腐蝕（包括化學腐蝕和電化學腐蝕） 起麻點在金屬表面產(chǎn)生潰傷性或點狀腐蝕 穿孔腐蝕嚴重，可導致事故,水垢導熱性能差，降低鍋爐的出力和效率； 受熱面的壁溫大為增高管壁起皰或出現(xiàn)裂縫 減少管內(nèi)流通截面，增加流動阻力 結垢嚴重時堵塞水管導致管子燒損,保證鍋爐給水品質(zhì)措施,水處理任務 軟化

3、(降鈣、鎂鹽類含量)防止管內(nèi)結垢 除氧(減溶解氣體)減輕受熱面腐蝕 水處理方法： 鍋外水處理給水預先處理后進入鍋爐 鍋內(nèi)水處理水處理在汽鍋內(nèi)部進行,三、水質(zhì)指標,水質(zhì)水和其中雜質(zhì)共同表現(xiàn)的綜合特性 水質(zhì)標準評價水質(zhì)好壞的指標。兩種方法： 客觀反映水中某種雜質(zhì)含量的成分指標，如溶解氧、Cl-、Ca2+等 為了技術上的需要反映水質(zhì)某方面特性的技術指標，如硬度、堿度、溶解固形物的含量等,水質(zhì)指標,懸浮固形物 水通過濾紙后被分離出來的固形物，經(jīng)干燥至恒重。以1L水中所含固形物的mg數(shù)表示(mgL) 溶解固形物與含鹽量 將已被分離出懸浮固形物后的水，經(jīng)蒸發(fā)、干燥后所得的殘渣，又稱干燥余量(mgL) 近似

4、等于水中含鹽量（忽略有機物含量）水中各種鹽類總和，由水中全部陰陽離子相加得到,3.硬度,總硬度(H) 溶解于水中的鈣、鎂離子總量(mmolL) 碳酸鹽硬度(HT)溶解于水中的鈣、鎂的重碳酸鹽和碳酸鹽的含量 對于天然水，HT即鈣鎂的重碳酸鹽含量 又稱暫時硬度重碳酸鈣、鎂在水加熱至沸騰后轉變?yōu)槌恋砦镂龀?。近似等于碳酸鹽硬度,硬度,非碳酸鹽硬度(HFT)溶解于水中鈣、鎂的硫酸鹽和氯化物的含量 CaCl2、MgCl2 、CaSO4和MgSO4等 又叫永久硬度水不斷蒸發(fā)至其所含濃度超過飽和極限時才沉淀析出。近似于非碳酸鹽硬度 硬度間關系： HHT +HFT,4.堿度(A),水中含有能接受氫離子的物質(zhì)的量

5、(mmolL) 天然水堿度主要由HCO3和CO32的鹽類組成 鍋水堿度主要由OH和CO32組成 進入鍋筒后，在不同的壓力和溫度下， HCO3會全部分解成CO32和一定比例的0H 水中所含的各種硬度和堿度間有內(nèi)在的聯(lián)系和制約,硬度和堿度的聯(lián)系,不可能同時存在0H堿度和HCO3堿度 HCO3+OH CO32+H2O 水中暫時硬度都屬于水中的堿度 鈉鹽堿度負硬度 當水中含有鈉鹽堿度時，不會存在非碳酸鹽硬度(永硬),5.相對堿度,鍋水中游離的NaOH和溶解固形物（干燥余量）含量之比值 游離NaOH水中氫氧根堿度折算成NaOH的含量：0H-40 為防止鍋爐苛性脆化而規(guī)定的一項技術指標 鍋爐在有高濃度Na

6、OH和高度應力集中的情況下，會產(chǎn)生晶間腐蝕 發(fā)生苛性脆化的部位失去了金屬光澤，使鍋爐受熱面發(fā)生脆性破裂 我國規(guī)定的相對堿度值必須小于0.2,水質(zhì)指標,pH值表示水的酸堿性指標 酸性水對金屬有腐蝕性，因此鍋爐給水都要求pH7，而鍋水的pH值通常要求控制在1012。 溶解氧(O2)水中溶解氧氣的濃度。mgL 溶解氧腐蝕金屬，對壓力較高、容量較大的鍋爐，鍋爐給水須除去溶解氧 氧氣在水中溶解度隨溫度變化。水溫越高，溶解度愈小,8.磷酸根(PO43-),天然水一般不含磷酸根。mgL 鍋內(nèi)加磷酸鹽處理消除汽鍋中的殘留硬度，使之形成松軟的堿式磷酸鈣水渣，隨鍋爐排污帶走；同時可消除一部分游離苛性鈉，保證鍋水p

7、H值在一定范圍內(nèi) PO43-含量不能太高過高生成Mg3(PO4)2水垢,水質(zhì)指標,亞硫酸根(SO32-)： mgL 給水中的溶解氧可用亞硫酸鈉除去 如亞硫酸根濃度過高：增加運行費用、溶解固形物增加 含油量：天然水一般不含油。 mgL 蒸汽凝結水或給水在使用過程中可能混入油類 鍋水含油及堿類等物質(zhì)，在水位表面易形成泡沫層，使蒸汽帶水量增加，影響蒸汽品質(zhì),GB/T1576-2008工業(yè)鍋爐水質(zhì),鍋外化學水處理 額定蒸汽壓力2.5MPa，以水為介質(zhì)的固定式蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐采用，給水和鍋水的水質(zhì)應符合表10-2。 直流（貫流）鍋爐，水質(zhì)符合表10-2規(guī)定。 鍋內(nèi)加藥水處理 額定蒸發(fā)量2 th、且

8、額定蒸汽壓力1.0MPa的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐采用，水質(zhì)符合表10-3規(guī)定。 承壓熱水鍋爐、額定功率4.2MW非管架式承壓熱水鍋爐和和常壓熱水鍋爐，水質(zhì)符合表10-4規(guī)定。,以H+為基本單元,熱水鍋爐水質(zhì)標準,第二節(jié) 鈉離子交換軟化,離子交換水處理 原水進入鍋爐之前，通過與交換劑的離子交換反應，除去水中的離子態(tài)雜質(zhì) 降低硬度和堿度，以達到鍋爐用水的水質(zhì)要求,一、離子交換劑,離子交換劑：具有離子交換性能的物質(zhì)。遇水時將其本身所具有的某種離子和水中同符號的離子相互交換 由陽離子和復合陰離子根兩部分組成，后者是一種不溶于水的高分子化合物 NaR鈉離子交換劑、HR氫離子交換劑 R復合陰離子根 反應時

9、，復合陰離子根是穩(wěn)定的組成部分，陽離子和水中的鈣、鎂等離子互相交換 過去常用的離子交換劑為鈉氟和石磺化煤，現(xiàn)在主要采用合成樹脂,二、鈉離子交換軟化原理,對供熱鍋爐用水，主要采用鈉離子交換處理給水。處理后的水質(zhì)特點：,達到了除硬目的原水中的鈣、鎂鹽類變成了鈉鹽 達不到除堿目的原重碳酸鹽堿度(暫時硬度)轉變?yōu)殁c鹽堿度，且摩爾數(shù)相等 出水含鹽量稍有增加Na+的摩爾質(zhì)量略高于0.5 Ca2+ 、 0.5 Mg2+,交換劑失效,運行一段時間后，離子交換劑上的鈉離子大部分轉為鈣、鎂型，出水硬度增高 交換劑的工作能力Eg 將出水硬度達到軟化水保證硬度作為交換劑失效標志，按此計算1m3濕態(tài)離子交換劑的軟化能力

10、。 molm3 或mmolL,1m3交換劑能軟化鈣鎂離子的摩爾數(shù),交換劑還原（再生）,失效后的鈉離子交換劑用濃度為58的食鹽(NaCl)溶液進行還原 理論上還原1mol鈣鎂硬度需NaCl 117g。在供熱鍋爐房還原1mol鈣鎂硬度一般采用140200g NaCl,三、固定床鈉離子交換設備及其運行,固定床離子交換 運行中離子交換劑層固定不動，原水由上而下不斷地通過交換劑層，完成反應過程 四個步驟 交換(軟化)、反洗、還原(再生)、正洗 按再生運行的方式分 逆流再生、順流再生,1.順流式再生,交換時原水和再生時還原液都由上向下流動 （1）鈉離子交換器結構 由交換器本體、進水裝置、排水裝置、再生液分

11、配裝置、排氣管、反洗管、閥門等組成 常用規(guī)格有500、750、1000、1200、1500及2000；交換器層高1.5、2、2.5m,進水裝置交換時，使進水分配均勻；反洗時，將積留的懸浮物和破碎樹脂排出本體外,排水裝置交換時，均勻匯集軟化水；反洗時，均勻配水,再生液分配裝置均勻噴灑。當直徑500mm，不專設，將再生液通過進水裝置分配到交換器內(nèi),(2)順流再生離子交換器運行,運行循環(huán) 交換 反洗 再生 正洗,交換,當正洗出水質(zhì)量符合要求時，即可投入軟化運行 關閉下部排水閥或去反洗水箱的閥門，開啟軟水出水閥，向外供水 水流速度隨原水硬度變化 原水總硬空(Mmo1L)：2.5 5.3 8.9 14.

12、5 采用的水流速度(mh)： 20 15 10 5 用樹脂作為交換劑，流速一般為1520mh,反洗,當交換劑失效后，停止軟化，用一定壓力的原水自下而上通過交換劑層，進行反洗 作用 松動離子交換劑層 清除交換劑層中的懸浮物、破碎的交換劑和積存在層中的氣泡交換運行中，交換劑上層還起著過濾作用 操作順序 開啟反洗進水閥和上部排水閥，進行反洗至出水澄清為止 關閉反洗進水閥和上部排水閥 反洗流速為1118mh；反洗時間1015min,再生,將失效的交換劑與再生液進行還原反應，使其恢復到具有交換能力的過程 再生順序 開啟進再生液閥和下部排水閥 將配置好的再生液送入交換器上部，以48mh的流速自上而下通過交

13、換劑層 待經(jīng)計算量的再生液（濃度以58為宜）全部進入交換器后，關閉進再生液閥 優(yōu)點裝置簡單和操作方便 缺點下面的交換劑再生效果不理想 鹽液中反離子濃度越來越大，促使還原反應很難進行,正洗,用清水對再生后的交換劑自上而下進行沖洗（沖洗水流方向與運行交換時水流方向一致） 作用 將再生好的交換劑層內(nèi)的殘留再生液和再生產(chǎn)物清除掉，以確保出水質(zhì)量 正洗順序 開啟進水閥，清水從交換器上部進入，以68mh流速自上而下沖洗交換劑層，由下部排水閥排走，時間為3040min 為節(jié)約用水，在正洗后期關閉排水閥，并將正洗水回收至反洗水箱，作為下一周期的反洗用水,進水裝置交換時，使進水分配均勻；反洗時，將積留的懸浮物和

14、破碎樹脂排出本體外,排水裝置交換時，均勻匯集軟化水；反洗時，均勻配水,再生液分配裝置均勻噴灑。當直徑500mm，不專設，將再生液通過進水裝置分配到交換器內(nèi),2 逆流式再生,鹽液流向和水軟化流向相反底部交換劑再生程度高 鹽耗低含反離子較多的鹽液對上層失效程度大的交換劑仍能起到較好的再生作用，鹽液充分利用 交換劑工作容量提高上層交換劑先與硬度高的原水接觸，能充分利用 出水殘留硬度低底部交換反應能持續(xù)進行 節(jié)水廢液量少而濃度低，小反洗和正洗水量少 亂層現(xiàn)象 中間排水裝置；壓實層；頂壓；低流速,逆流再生離子交換的運行,軟化 小反洗 排水 頂壓 進再生液 逆流沖洗 小正洗 正洗 大反洗,四、鈉離子交換系

15、統(tǒng),一般根據(jù)原水硬度選擇離子交換級數(shù) H8mmolL，宜采用雙級鈉離子交換系統(tǒng) 雙級系統(tǒng) 第二級交換劑層高可較小，可采用較高流速，對交換劑的再生程度要求較高 節(jié)省鹽量,例題,某廠鍋爐房設置二臺SHL10-1.3350型鍋爐，凝結水回收率K30，鍋爐排污率P5；原水總硬度H7.8mmoll，查得，鍋爐給水允許硬度H0.03mmoll 要求：選用鈉離子軟化設備，采用強酸陽離子交換樹脂和順流再生，計算交換器的運行數(shù)據(jù),鍋爐補給水應經(jīng)軟化處理。補給水量指給水量與合格的凝結水回收量之差，給水量包括蒸發(fā)量、排污量及設備和管道漏損,1m3交換劑能軟化鈣鎂離子的摩爾數(shù),固定式陽離子交換器的主要工藝計算,離子交

16、換器的內(nèi)徑d(m) Q離子交換器的出力，m3/h v水通過交換器的空塔流速，m/h 離子交換器的運行延續(xù)時間T（一般812h） V離子交換器內(nèi)裝交換劑體積，m3 E交換劑實際有效工作交換容量，mol/ m3 Q軟化水量，m3/h H進出離子交換器水中總硬度之差，mol/ m3,固定式陽離子交換器的主要工藝計算,再生一次用鹽量（再生劑耗量）B(kg) b離子交換劑單位再生劑耗量， g / mol,離子交換,軟化 反洗 再生 正洗,軟化+小反洗+排水+頂壓+進再生液+逆流沖洗+小正洗+正洗+大反洗,第三節(jié) 離子交換除堿,鈉離子交換的缺點 只能使原水軟化，而不能除去水中堿度 為保證鍋水堿度，導致鍋爐

17、排污量增大 氫鈉、氨鈉及部分鈉離子交換系統(tǒng) 軟化水、降低堿度和含鹽量,一、氫鈉離子交換原理及系統(tǒng),1.氫離子交換軟化、除堿原理 原水經(jīng)氫離子交換劑進行離子交換的化學反應式為,失效后的離子交換劑，用12H2SO4或5HCl作還原劑，使交換劑恢復成HR,氫離子交換后水質(zhì)特點,HT轉變成水和CO2，達到了除硬、除堿和降低鹽分的目的。其除鹽、除堿量與原水中HT的摩爾數(shù)相等 HFT轉變?yōu)橛坞x酸，產(chǎn)生的酸量與原水中的HFT的摩爾數(shù)相等,酸 性 水,2.氫鈉離子交換系統(tǒng),通常與鈉離子交換聯(lián)合使用，使游離酸與經(jīng)鈉離子交換后產(chǎn)生的堿相互中和 除硬、除堿 三種系統(tǒng) 并聯(lián)/串聯(lián)/綜合,（1）并聯(lián)系統(tǒng),運行關鍵 控制

18、好原水水量分配比例 理論上，應使產(chǎn)生的酸和堿度完全中和 實際上，為避免混合后出現(xiàn)酸性水，應保留0.30.5mmoll的殘留堿度,水量分配計算,HA,中和后水的殘留堿度,水量分配計算,H=A,HA,（2）串聯(lián)系統(tǒng),應在鈉離子交換器前設置除氣器，否則CO2形成碳酸后流經(jīng)鈉離子交換器，出水堿度重新增高,串聯(lián)系統(tǒng)設備投資高 并聯(lián)系統(tǒng)只有部分原水進入鈉離子交換器， 串聯(lián)系統(tǒng)全部原水最后都要通過鈉離子交換器； 并聯(lián)系統(tǒng)需嚴格控制水量比例，才能避免混合水呈酸性,（3）綜合式H-Na交換器,在同一個交換器中同時裝有HR和NaR交換層，也稱雙層離子交換劑 原水先流經(jīng)上層HR離子交換劑，使水呈弱酸性，再流經(jīng)NaR

19、離子交換劑，吸收酸性水中的氫離子及除去殘余硬度,交換劑失效后，先用一定量酸液還原，使上層變成HR型，再用食鹽還原H+比Na+活性大，不會被置換出來,第六節(jié) 鍋內(nèi)加藥和其他水處理,鍋內(nèi)加藥水處理 將藥劑直接投加到鍋內(nèi)或給水箱、給水管道中，使給水中的結垢物質(zhì)經(jīng)化學、物理作用生成松散、非粘附性的泥渣，通過排污將其排除，從而達到防止結垢或減輕鍋爐結垢和腐蝕的目的 鈉鹽法 有機膠法 復合防垢劑,物理水處理,采用物理方法來達到消除水中硬度或改變水中硬度鹽類的結垢性質(zhì) 磁化法外磁式磁水器 水中鈣鎂離子受磁場作用后，破壞了它們與其他離子之間靜電吸引的狀態(tài)，導致結晶條件的改變，不會生成堅硬水垢，形成松散泥渣，隨

20、污泥排出,高頻水性改變法 除垢器 殼體為陰極，鋼管制成，殼體中心裝有金屬陽極 電子電源 產(chǎn)生高頻電磁場,電子水處理儀工作原理,防垢高頻電磁場對流過的水進行處理，改變水原來的締合鏈大分子結構，使水分子間的氫鍵斷裂形成單個分子；水中溶解鹽的正負離子被單個水分子包圍，運動速度降低，有效碰撞減少，靜電引力下降，鈣鎂離子無法與碳酸根結合 除垢水體吸收大量被激活的電子，使水的偶極矩增大與鹽類離子的親合力增加，管壁上原有的水垢逐漸軟化以至脫落 阻銹、殺菌和滅藻溶解在水中的氧分子被單個水分子所包圍，切斷了金屬腐蝕和微生物生成所需要氧氣的來源,第七節(jié) 鍋爐金屬的腐蝕,包括鍋爐給水系統(tǒng)和鍋爐本體的腐蝕 均勻腐蝕/

21、不均勻腐蝕 腐蝕金屬表面和其周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用而遭到破壞的現(xiàn)象 化學腐蝕過程中沒有電流產(chǎn)生，是純粹的化學反應 電化學腐蝕過程中有電流產(chǎn)生,化學腐蝕,水中存在O2 Fe+ 2H2O=Fe(OH)2+H2 2H2 + O2=2H20 4Fe(OH)2 + O2+2H2O= 4Fe(OH)3 水中同時存在CO2 Fe(OH)2 +2 CO2=Fe(HCO3)2 4Fe(HCO3)2 +2H2O+O2 = 4Fe(OH)3+8CO2,電化學腐蝕,純鐵與雜質(zhì)界面間產(chǎn)生電位差 “極化”現(xiàn)象 去極化加快腐蝕過程 pH7 2H+2eH2 溶解O2 O2+2H2O +4e=4OH- 游離CO2 H2C

22、O3=H+HCO3- 游離NaOH Fe3+3OH- = Fe(OH)3,第八節(jié) 水的除氣,水中溶解氧、二氧化碳氣體對鍋爐金屬壁面產(chǎn)生局部腐蝕，須采取除氣措施 氣體溶解定律任何氣體在水中的溶解度與此氣體在水界面上的分壓力成正比 水面上某種氣體分壓力愈小，則該氣體在水中的溶解度愈小 水溫愈高，氣體在水中溶解度愈小 常用除氧方法 熱力除氧加熱至沸騰 真空除氧真空狀態(tài)達到沸點 解析除氧將界面空間充滿不含氧的氣體 化學除氧水中加藥消除溶解氧,一、熱力除氧,將容器中的水在定壓下加熱到沸點，水面上的蒸汽分壓力近似等于水面上的全壓力，氧氣及其他氣體的分壓力趨近于0 此時氧氣及其他氣體在分中的溶解度很小，即可

23、以被分離出來 除氧、二氧化碳、氨和硫化氫等氣體,熱力除氧器的構造和工藝流程,微正壓工況下運行(0.02MPa對應汽水飽和溫度102104) 微正壓便于排氣；防倒吸 設置水封式安全閥防超壓,熱力除氧器結構,脫氣塔軟水的加熱和除氣 增大汽水接觸面積；維持足夠的沸騰時間以排氣 噴霧填料式脫氣塔 貯水箱貯存已除氧水和兼作鍋爐給水箱(3090min鍋爐給水量) 應始終保持沸騰狀態(tài)，以防氧氣重新溶解從貯水箱底部引入再沸騰蒸汽管，用蒸汽直接加熱除氧水以彌補水箱的散熱損失 排氣冷卻器回收從脫氣塔頂部隨氣體一起排出的蒸汽熱量 當除氧器進水溫與除氧后的溫差810時安裝,除氧水箱設置高度,除氧水箱水面至鍋爐給水泵軸心線間的正水頭Hz(m)計算 Hz=(h + hf + pg).100 h水泵吸水管道的阻力，MPa hf 水泵的汽蝕余量，MPa pg 除氧水箱壓力瞬變裕量，0.0030.005MPa,二、真空除氧,利用低溫水在真空狀態(tài)下達到沸騰，達到除氧、減少鍋爐房自用蒸汽的目的 蒸汽噴射泵或水噴射泵 關鍵 控制水溫水溫高于對應飽和溫度0.51 所需真空度保證密封、液位穩(wěn)定 不耗蒸汽、充分利用省煤器、需考慮氣蝕,三、解析除氧,將不含氧的氣體與要除氧的軟水強烈