提高锅炉给水质量,减少锅炉排污,调高锅炉效率的途径和方法一

提高锅炉给水质量，减少锅炉排污损失，提高锅炉热效率杭州瓦特节能工程有限公司 技术服务中心蒸汽技术工程师 李少鹏锅炉给水的水质、 水 的 杂 质、 硬 度 和 pH 值 、悬浮物、藻类等生物等都是影响锅炉给水的重要指标。我们知道水 是 地 球 上 最 重 要 的 资 源， 水 不 仅 是 生 命 之 源， 也 是 良 好 的 载 体， 可 用 于 储 存 能 量 和 用 作 溶 剂。纯 水 (H2O) 是 无 色、 无 嗅、 无 味 的。 但 自 然 界 中 基 本 上 没 有 纯 水。 所 有 自 然 界 中 的 水 都 含 有 或 多 或 少 的 不 同 类 型 的 杂 质。瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出优 质 的 饮 用 水 并 不 一 定 是 优 质 的 锅 炉 给 水。 人 体 可 以 吸 收 饮 用 水 中 的 矿 物 质， 而 锅 炉 却 无 法 吸 收。 人 体 需 要 用 来 保 持 生 理 功 能 的 盐 分， 对 锅 炉 却 会 造 成 损 害。地 球 上 水 的 储 量 中，97 在 海 洋 中， 相 当 大 的 一 部 分 水 在 两 极， 只 有 0.65% 是 供 工 业 和 民 用 的。如 果 没 有 水 的 循 环， 这 样 少 的 一 部 分 水 将 会 很 快 被 消 耗。 水 被 蒸 发 变 成 云， 其 中 的 一 部 分 将 被 冷 凝 为 雨 重 新 降 落 地 球。 我 们 可 以 认 为 雨 水 是 相 当 纯 净 的 水， 但 它 也 含 有 多 种 杂 质 如 碳 酸 盐、 氮 等， 如 果 在 工 业 区， 还 有 二 氧 化 硫。从 海 洋 蒸 发地 表 和 陆 地 的 水流 入 海 洋河 流大 气 湿 度降 雨消 耗从 水 面 、 地 表 和 植 物 中 蒸 发水 表井地 下 水 含 盐 地 下 水交 界 面海 洋水 的 循 环带 着 这 些 成 分， 水 开 始 了 循 环。 雨 水 从 地 球 的 表 层 渗 入 地 层 或 沿 着 地 表 流 动， 溶 解 并 吸 收 各 种 杂 质。这 些 杂 质 可 能 会 沉 积 在 换 热 器 的 表 面， 腐 蚀 金 属， 减 少 换 热， 或 是 造 成 过 热 并 降 低 机 械 强 度。名 称 符 号 俗 称 影 响碳 酸 钙 CaCO3 白 垩、 石 灰 软 水 垢碳 酸 氢 钙 Ca(HCO3)2 软 水 垢 + CO2硫 化 钙 CaSO4 石 膏、 巴 黎 灰 泥 硬 水 垢氯 化 钙 CaCl2 腐 蚀碳 酸 镁 MgCO3 软 水 垢硫 酸 镁 MgSO4 明 矾 腐 蚀碳 酸 氢 镁 Mg(HCO3)2 泻 盐 水 垢， 腐 蚀氯 化 钠 NaCl 食 盐 电 解碳 酸 钠 Na2CO3 苏 打， 纯 碱 碱 化碳 酸 氢 钠 NaHCO3 小 苏 打 发 泡氢 氧 化 钠 NaOH 苛 性 苏 打 碱 化， 脆 化硫 酸 钠 Na2SO4 芒 硝 碱 化二 氧 化 硅 SiO2 石 英 硬 水 垢水 中 的 化 学 物 质上表列 出 了 原 水 中 常 见 杂 质 的 名 称、 化 学 符 号、 俗 称 和 影 响 等。 这 些 杂 质 可 以 分 为：可 溶 固 体形 成 水 垢 的 物 质。 主 要 是 钙 和 镁 的 碳 酸 盐 和 硫 酸 盐。 并 非 所 有 的 可 溶 固 体 都 会 形 成 水 垢。悬 浮 固 体形 成 淤 泥 的 物 质。 通 常 是 固 体 矿 物 质 或 有 机 颗 粒。 大 多 数 的 水 中 没 有 这 一 问 题。可 溶 气 体腐 蚀 性 杂 质。 氧 气 和 二 氧 化 碳 都 能 溶 于 水 中。形 成 浮 渣 的 物 质产 生 泡 沫 的 矿 物 质。 通 常 是 碳 酸 盐、 氯 化 物 或 硫 酸 盐 型 式 的 苏 打。事 实 上， 所 有 在 锅 炉 中 会 产 生 水 垢 的 盐 分 都 应 该 被 化 学 处 理 以 生 成 悬 浮 固 体 或 淤 泥， 而 不 是 水 垢。水 中 杂 质 的 含 量 极 小， 常 见 的 表 示 方 法 有 ppm (parts per million)， 或 mg/L （毫 克 每 升）。硬 度水 被 分 为 硬 水 和 软 水。 硬 水 中 含 有 形 成 水 垢 的 杂 质， 而 软 水 中 没 有 或 含 有 的 水 垢 杂 质 少。从瓦特节能的“锅炉给水处理手册”中可以知道 它 们 间 的 不 同 可 以 通 过 对 肥 皂 的 影 响 来 认 识。 硬 水 比 软 水 需 要 更 多 的 肥 皂 来 起 泡。硬 度 是 由 于 矿 物 盐 如 钙 盐 和 镁 盐 的 存 在 而 引 起 的。 正 是 这 些 物 质 形 成 水 垢。硬 度 有 两 种 通 用 的 分 类 方 法：碱 性 硬 度 ( 临 时 硬 度 )碱 性 硬 度 主 要 是 由 钙 和 镁 的 碳 酸 氢 盐 引 起 的。 这 些 盐 溶 解 在 水 中， 形 成 碱 性 溶 液。 受 热 后 分 解， 产 生 二 氧 化 碳 并 形 成 软 性 水 垢 或 淤 泥。 有 时 也 称 为 临 时 硬 度， 因 为 它 们 可 以 通 过 加 热 沸 腾 而 去 除。非 碱 性 硬 度 和 碳 酸 盐 ( 永 久 硬 度 )这 同 样 是 由 于 钙 盐 和 镁 盐 的 存 在， 但 此 时 是 碳 酸 盐 和 硫 酸 盐。 随 着 温 度 升 高， 它 们 的 溶 解 度 降 低， 从 水 中 析 出， 形 成 难 以 去 除 的 硬 水 垢。锅 炉 水 中 硅 的 存 在 也 会 引 起 硬 水 垢。 硅 会 和 钙 盐 和 镁 盐 反 应 形 成 硅 酸 盐， 这 将 严 重 的 阻 碍 热 量 的 传 递 并 引 起 金 属 过 热。总 硬 度在瓦特节能的“锅炉给水处理手册”中指出锅炉给水的总 硬 度 并 不 是 指 一 种 硬 度 的 型 式， 而 是 将 钙 离 子 和 镁 离 子 的 浓 度 都 表 示 为 CaCO3 时 的 总 量。 如 果 水 是 碱 性 的， 总 硬 度 的 一 部 分 表 示 为 碱 性 硬 度， 而 其 余 的 则 为 非 碱 性 硬 度。（ 见 图 4）二 氧 化 碳 与 水 反 应 形 成 碳 酸。CO2临 临 临 临 H2O临 H2CO3临 临石 灰 ( 碳 酸 钙 ) 被 碳 酸 溶 解 形 成 碳 酸 氢 钙。 Ca(HCO3)2临 临 临 临CaCO3临 临 临H2CO3临 临水 / 二 氧 化 碳蒸 汽 中 的 二 氧 化 碳 溶 解 在 凝 结 水 中 形 成 碳 酸。临Ca(HCO3)2临临 CaCO3临临 H2O临CO2临临水 垢 + 碳 酸同 样， 镁 盐 ( 碳 酸 镁 ) 被 碳 酸 溶 解 形 成 碳 酸 氢 镁。临Mg (HCO3)2临临 MgCO3临临 H2O 临CO2临临水 垢 + 碳 酸水垢 +碳酸临临临临临 临临临临(临)总 硬 度非 水 垢 形 成 盐锅 炉 水 中 也 存 在 一 些 非 硬 度 盐 如 钠 盐， 其 溶 解 度 远 大 于 钙 盐 和 镁 盐， 在 锅 炉 表 面 通 常 不 会 形 成 水 垢， 如 图 5 所 示。临2NaHCO3临临 Na2CO3临临 H2O 临CO2临临临NaCO3临临 H2O 临 CO2临临2NaOH临临总 硬 度 + 非 硬 度 盐， 则 有：临临 临临临 (TDS)临临总 可 溶 固 体对 应 当 量 盐 溶 解 在 水 中， 形 成 电 解 微 粒 即 离 子。金 属 离 子 ( 钙、 钠、 镁 等 等 ) 被 阴 极 吸 引， 称 为 阳 离 子， 带 正 电。非 金 属 离 子 为 阴 离 子， 带 负 电 如 碳 酸 氢 离 子、 碳 酸 离 子、 氯 离 子、 硫 酸 离 子 等， 被 阳 极 吸 引。由 于 碳 酸 钙 的 分 子 量 为 100， 因 此 将 每 一 种 物 质 都 表 示 为 相 应 于 碳 酸 钙 的 化 学 当 量。原 水 质 量 和 地 区 差 异瓦特节能的“锅炉给水处理手册”中指出各 地 方 的 水 质 由 于 水 源、 矿产 等 的 不 同 而 有 很 大 的 差 异。 所 有 硬 度 均 表 示 为 碳 酸 钙 对 应 当 量 mg/l 地 区 碱 性 硬 度 ( 临 时 )非 碱 性 硬 度 ( 永 久 )总 硬 度 非 硬 度 盐 总 可 溶 固 体 (TDS )Leeds 12 10 22 24 46York 156 92 248 62 310Birmingham 28 72 100 130 230London 180 192 372 50 422各 地 水 质 差 异PH 值瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出 必 须 考 虑 的 另 一 项 值 是 pH 值， 用 来 度 量 水 的 酸 性 或 碱 性。 水，H 2O， 有 两 种 离 子 氢 离 子 (H+) 和 氢 氧 离 子 (OH-)。PH 值 氢 离 子 浓 度H+氢 氧 离 子 浓 度OH-性 质0 100 10-14 酸 性7 10-7 10-7 中 性14 10-14 100 碱 性表 3 pH 值当 氢 离 子 占 主 导 时， 溶 液 为 酸 性， pH 值 在 0 6 之 间。 当 氢 氧 离 子 占 主 导 时， 溶 液 为 碱 性， pH 值 在 8 14 之 间。当 氢 离 子 和 氢 氧 离 子 相 等 时， 溶 液 为 中 性， 此 时 pH 为 7。酸 性 或 碱 性 对 水 的 电 导 率 有 影 响。 例 如， pH 值 为 12 的 水 样 其 电 导 率 将 大 于 pH 值 为 7 时 的 电 导 率。pH 表图 7 的 pH 表 显 示 了 pH 的 数 值 以 及 相 应 的 日 常 物 质。pH： 酸 性 或 碱 性 的 量 度： PH7= 碱 性pH 表 0123456789101121314 4.0 - 5.0 3.6% 0.1 4% 14.0 水 处 理目 的蒸 汽 锅 炉 的 运 行 目 标 可 以 表 示 如 下： 工 作 寿 命 长 效 率 最 大 运 行 安 全 维 修 量 小锅 炉 给 水 的 水 处 理 质 量 将 有 助 于 实 现 上 述 的 目 标。 我 们 必 须 在 如 下 的 一 些 要 求 下 运 行 锅 炉：无 水 垢如 果 给 水 的 硬 度 高， 且 未 用 化 学 方 法 控 制， 则 会 在 锅 炉 传 热 面 形 成 水 垢， 降 低 传 热 率 和 效 率 这 样 就 需 要 频 繁 的 清 洗 锅 炉。 在 极 端 情 况 下， 会 出 现 局 部 热 点， 导 致 锅 炉 的 机 械 损 伤 或 火 管 故 障。无 腐 蚀 和 化 学 侵 蚀当 水 中 含 有 可 溶 气 体， 尤 其 是 氧 气 时， 就 可 能 会 腐 蚀 锅 炉 的 表 面、 管 道 和 其 它 设 备。 如 果 水 的 pH 值 过 低， 酸 性 溶 液 将 侵 蚀 金 属 面。 如 果 水 为 碱 性， 则 会 有 其 它 的 问 题 如 发 泡， 稍 后 解 释。苛 性 脆 化 或 苛 性 裂 纹 会 引 起 金 属 的 微 小 裂 纹， 因 此 必 须 防 止 其 发 生。 其 原 因 是 由 于 氢 氧 化 钠 的 浓 度 过 高。 与 老 式 的 铆 接 锅 炉 相 比， 除 了 管 路 末 端 区 外， 现 代 的 焊 接 锅 炉 通 常 不 会 出 现 这 种 问 题。高 质 量 蒸 汽瓦特节能的“锅炉给水处理手册”指出如 果 锅 炉 给 水 中 的 杂 质 处 理 不 当， 锅 炉 水 将 被 携 带 进 入 蒸 汽 系 统。 两 种 因 素 会 引 起 水 携 带。1. 汽 水 共 腾： 是 指 锅 炉 水 喷 射 进 入 蒸 汽 系 统 中， 通 常 是 由 于 下 述 原 因 引 起 的。 在 过 高 的 水 位 下 运 行 锅 炉。 在 低 于 锅 炉 设 计 压 力 下 运 行 锅 炉。 这 将 增 大 蒸 汽 的 比 容 和 流 速。 过 大 的 蒸 汽 负 荷。2. 发 泡： 是 由 于 水 的 化 学 状 态 引 起 的。 蒸 汽 汽 泡 很 小， 不 破 裂， 并 被 携 带 进 入 系 统 中。 进 入 蒸 汽 系 统 中 的 携 带 固 体 会 沉 积 并 堆 积， 从 而 引 起 阀 门 的 堵 塞。安 全由 于 水 垢 引 起 的 过 热 和 由 于 可 溶 气 体 引 起 的 腐 蚀 所 带 来 的 危 险 是 很 容 易 理 解 的。 在 极 端 情 况 下， 发 泡、 水 垢 和 淤 泥 会 使 锅 炉 水 位 控 制 感 应 到 不 正 确 的 水 位 从 而 引 起 极 大 的 危 险。