水质对锅炉的危害.doc

一、 水质不好对锅炉的危害(一) 污染天然水的杂质污染天然水的杂质除氧、二氧化碳等气体和悬浮物外，还有溶解固形物。溶解固形物最常见的有八种离子：氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO2-4)、重碳酸根离子(HCO-3)、碳酸根离子(CO2-3)、钠离子(Na+)、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)、钾离子(K+)。以上杂质的水溶液，如果直接用于锅炉给水，则对锅炉和蒸汽品质都会直接或间接地造成危害：产生水垢与沉渣;对锅炉腐蚀;恶化蒸汽品质。(二) 天然水中杂质对锅炉水质的影响1. 钙、镁：天然水中的钙、镁均以不同化合物的形式存在。水中所含钙、镁盐类的多少，决定水的硬度及水垢性质。钙、镁含量越大，水的硬度越高，也就越不适宜作锅炉给水。(风险世界网-RiskMW.com 专业研究安全风险管理,安全员的门户网站!)2. 氯离子：氯离子的含量决定于水中所含氯化物的多少。天然水中氯化物的来源，主要是水流经地层中含有氯盐的矿层所致。一般天然水中平均含氯量为1555mg/L。炉水中含氯量在150250mg/L或更高时，则不宜作锅炉给水。3. 硫酸盐：水中硫酸盐主要来源于矿物地层及有机质，含水硫酸钙为水中硫酸盐的主要成分。天然水中平均含硫酸盐3075mg/L。锅炉给水及炉水中含硫酸盐较高时，在受热面上易产生石膏质水垢。4. 亚硝酸盐：天然水中存在亚硝酸盐，表明水的矿化过程尚在初期阶段，或经常进入有机质。5. 硝酸盐：天然水中的硝酸盐一般来自矿物质与有机物，它是一切含氮物质氧化后的最后产物。在洁净的天然水中，硝酸盐与亚硝酸盐通常含量极少，甚至没有。遭到严重污染的工业用水，作锅给水时，能在锅炉中放出大量的氨，使黄铜阀件遭受腐蚀。6. 氨：主要来源于水中有机物质，当河水中含氮物质反质分解时，会产生氨。氨除对黄铜件造成严重腐蚀外，还易引起炉水起泡，甚至产生汽水共腾现象。7. 硫化氢：水中如含有0.5mg/L硫化氢就能被察觉，如果硫化氢达1mg/L时，就会有显著的臭鸡蛋味。用含有硫化氢的水作锅炉给水，会引起金属的严重腐蚀。8. 氧：天然水中，大多都溶解有氧。氧存在于水中，对于钢、铁、铜等金属，都具有不同的侵蚀作用。pH值较低的水，能促进溶解氧的侵蚀作用;pH值较高的水，可使这种作用减弱。当水温升高，但不足以使溶解氧从水中析出时，侵蚀作用的速度会加快，所以在热水管和凝结水管中，氧腐蚀更为严重。经验得知，此温度约在6090之间。溶解氧的腐蚀，只有在水溶解中才能发生。溶解氧的腐蚀，是锅炉金属表面腐蚀的主要和常见的原因。9. 二氧化碳：也称碳酸气，大多数天然水中都含有。二氧化碳来源于大气中的二氧化碳和水中的有机物质的分解物。水中二氧化碳较高时呈酸性，对金属有较强烈的腐蚀。特别是当水中溶解氧含量较大时，二氧化碳成为溶解氧加速侵蚀金属的催化剂。所以含有溶解氧的水，如果它的二氧化碳含量与碱度之比越大，则对金属侵蚀性越大。10. 二氧化硅：在所有天然水中，二氧化硅的含量差异较大，江河中二氧化硅在一年中变化也很大。二氧化硅在锅炉内形成的水垢是非常坚硬的，且呈透明或半透明状态，类似玻璃。用机械方法清除这种水垢，要比清洗一般碳酸盐水垢多几倍工时，这种水垢的导热性能极差。当水垢产生后，会使受热面降低传热作用，以致造成受热面过热烧坏。11. 铁：天然水中含铁量小于0.1mg/L时，并无影响，但当含量超过0.3mg/L时，水就会有味、混浊。地下水含有铁时，会出现红色氢氧化铁沉淀。含有重碳酸铁的侵蚀性水，对水管也会产生腐蚀。由此可知，天然水的质量，决定于杂质的类别和含量，含杂质越多的水，其质量越差。水中杂质对锅炉和蒸汽的影响见表1。表1 水中杂质对锅炉和蒸汽的影响注：+表示要发生，-表示不会发生。(三) 水的硬度与碱度1. 硬度：水中含有水垢生成物的含量，即含有钙、镁化合物的数量多少，称为水的硬度。水的硬度分为总硬度、碳酸盐硬度(暂时硬度)、非碳酸盐硬度，(永久硬度)等。总硬度等于碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度之和。碳酸盐硬度，主要指水中含有重碳酸盐Ca(HCO3)2及Mg(HCO3)2的量，这些碳酸盐遇热分解为碳酸钙沉淀及松软无定形的氢氧化镁，反应式如下：略非碳酸盐硬度，主要指溶于水中的氯化镁、氯化钙、硫酸镁、硫酸钙、硅酸镁、硅酸钙等，它们遇热后，即使水温达到沸点，也不能生成沉淀。总硬度又等于钙硬度与镁硬度之和。硬度的单位很多，常用的毫克当量/升，即在1升水中，含有钙、镁盐类的总量相当于28mg氧化钙时，称为1毫克当量/升。硬度大的水，易产生水垢，不宜作锅炉用水，必须经过软化后才可使用。2. 碱度：水中氢氧根(OH-)、碳酸根(CO32-)及重碳酸根(HCO3-)的总含量，称为水的总碱度。因此，总碱度也可分为氢氧根碱度、碳酸根碱度和重碳酸根碱度。碱度的单位与硬度相同，1毫克当量/升碱度，相当于每升水中含氢氧化钠(NaOH)40mg，或相当于每升水中含重碳酸钠(NaHCO3)84.02mg，或相当于每升水中含碳酸钠(Na2CO3)53mg。二、 锅炉用水的分类锅炉用水可分为原水、给水、补给水、炉水、冷却水和排污水等几类。1. 原水：由自备水源(地面水或地下水)或城市供水管网取来，然后经适当处理，或直接应用的水称为原水，也称为生水。2. 给水：原水经过水质处理，并满足锅炉水质要求的水为给水。3. 补给水：锅炉在运行和蒸汽输送过程中，由于排污和管道损失，将消耗部分凝结水和炉水。补充凝结水和炉水的水称为补给水。4. 炉水：锅炉中正在蒸发的水称为炉水。5. 冷却水：用来冷却锅炉某些部位的水称为冷却水。6. 排污水：借助排污的方法，使炉水水质指标符合标准，此排出的水为排污水。除以上锅炉用水的分类外，在水质处理过程中，还有一级水、二级水、软化水和除盐水等。三、 锅炉水质标准的选择(一) 锅炉水质标准根据锅炉结构和特点和运行参数的要求，确定合理的锅炉给水和炉水水质标准，它是防止锅炉结垢、腐蚀，保证蒸汽品质的主要措施，对保证锅炉安全经济运行有着重要的意义。原第一机械工业部和国家劳动总局颁布的低压锅炉水质标准见表2、表3、表4。表2 立式水管火管锅炉水质标准注：如果测定溶解固形物困难时，可间接以氯化物来控制，但它们之间的关系可由试验确定，并定期复试、修正。兰天复锅炉的炉水溶解固形物可10000mg/L。相对碱度0.2时，应采取防止苛性脆化的措施。当硬度指标超过此值时，使用锅炉的单位在报上级主管部门批准和当地劳动部门同意后，可以适当放宽。表3 水管和水火管组合锅炉水质标准注：当锅炉蒸发量2吨/时采用炉内加药处理时，给水和炉水应符合表2规定，但炉水的溶解固形物4000mg/L。锅炉蒸发量10t/h必须除氧。锅炉蒸发量10t/h6t/h应尽量除氧。供汽轮机用汽的锅炉，给水含氧量均应0.05mg/L。同表2注。仅用于供汽轮机用汽的锅炉。同表2注。表4 热水锅炉水质标准注：当用炉外化学水处理时，应符合热水温度95的水质标准。余热锅炉水质标准应符合同类型、同参数锅炉水质标准的规定。特殊结构和余热锅炉水质标准，由设计单位另行规定。(二) 锅炉水质标准的选择选择锅炉给水和炉水水质标准时，应遵循以下两条原则：1. 锅炉的压力和温度：低压锅炉的压力界限一般按1MPa(10kgf/cm2)、11.6MPa(1016kgf/cm2)1.625MPa(1625kgf/cm2)划分。饱和蒸汽的温度随压力的升降而变化，因此可以根据蒸汽压力进行选择。由于炉水杂质在锅炉内部的物理化学变化过程与温度成函数关系，所以当温度、压力变化时，杂质对锅炉本体和蒸汽品质都不同程度的影响。(1) 锅炉的温度、压力越高，炉水水质对锅炉的结垢敏感性越大。因为大多数盐类的溶解度随水温的升高而降低，如碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙的溶解度即如此。在高温条件下还会生成铁垢与铜垢。(2) 锅炉的温度、压力越高，炉水杂质对锅炉的影响越大。因为当温度升高时，电解质水溶液的电阻值随之降低，各离子在溶液中的扩散速度加快，所以与金属接触进行腐蚀的速度也加快。(3) 锅炉的温度、压力越高，某些盐类的分解率也越高。例如，碳酸钠的分解率即随压力的增大而提高。当碳酸钠分解，生成游离二氧化碳多到一定程度时，就会引起苛性脆化和蒸汽品质恶化。(4) 锅炉的温度、压力越高，对蒸汽品质的影响越大。蒸汽品质的恶化，主要是由蒸汽带水和蒸汽中溶解盐类的增加造成。由于锅炉工作压力、温度的升高，炉水的表面张力会降低，容易形成小水滴，致使蒸汽空间中小水滴的数目增多。压力升高，蒸汽密度就增大;汽和水之间的比重差就减小，因而压力越高，蒸汽就越容易带水。压力越高，由于水质不良造成事故的可能性也越大。所以，对锅炉的水质要求，随锅炉工作压力的升高而愈加严格。2. 锅炉受热面蒸发率的高低：锅炉受热面蒸发率一般按30kg(m2h)、3050gk/(m2h)、50100gk?(m2h)的界限划分。(1) 随着锅炉受热面蒸发率的增加，锅炉受热面热负荷便增高，氧化铁结垢的速度就加快。如果锅炉炉管的热负荷在3102kcal/m2h，含铁量只要超过100g/L就会产生氧化铁垢。(2) 锅炉受热面上的垢层被炉水浸入，在受热面热负荷高的情况下，碱的浓缩倍数急剧增加，容易引起碱腐蚀。因此，在确定锅炉给水、炉水水质标准时，应根据炉型、工作压力、局部最高热负荷选择。四、 水质处理方法的选择在确定水的软化和除盐方法时，应根据原水中的盐类的成分、数量和对锅炉给水水质的要求进行选择。水的软化和除盐方法分为以下几种：1. 给水水质只要求降低水的硬度时，可以采用药剂软化和钠离子交换法。2. 给水水质既要求降低水的硬度，又要求降低碱度时，可以采用石灰-钠离子交换法、氢-钠离子交换法，钠离子交换加酸法、氢离子交换加碱法。3. 给水水质要求除盐时，可以采用阴、阳离子交换法和电渗折法。应当指出，有时在电渗折之前，先用药剂降低原水含盐量，再用电渗析除盐，或在电渗析后，再用阴、阳离子混和床进行深度除盐。下面就其中几种方法进行简述(一) 沉淀法水在池中保持较长时间的静止后，水中悬浮固体即可大部分沉淀，因而减少水的混浊度，初步达到使水澄清的目的。(二) 凝聚法生水在经过沉淀及过滤后，可能有一部分微细的固体粒子，仍悬浮于水中，若加入适量的化学凝聚剂，如明矾、硫酸亚铁、氯化铁等，即可除去微细的悬浮粒子。(三) 过滤过滤是使生水流过装有孔隙物质(如砂粒和焦炭末等)的过滤容器，水中分散的悬浮物便沉积在砂层的表面及缝隙中，于是水便清澈透明。当水中悬浮物超过3050mg/L时，则必须进行过滤处理。压力式机械过滤器分为单流式和双流式两种。过滤材料一般选用石英砂、大理石碎块、无烟煤块和焦炭末等。(四) 石灰-苏打软化法生水中加入石灰和适量和苏打后，水中所含的钙、镁盐类会以泥渣状态沉淀下来，用过滤器将泥渣滤出，即可得到清洁的软水。这种方法处理的水质，用于不超过15表压无水冷壁的锅炉。(五) 钠离子交换法这种方法只允许悬浮物5mg/L的井水和自来水直接采用。如果给水中含铁量超过3mg/L，在进入钠离子交换器前，应进行除铁。钠离子交换法分为一级钠和二级钠，适用于碳酸盐硬度较小的原水。当它们转变为重碳酸钠时，不致使蒸汽锅炉的排污量增加过多，也不会使炉子的相对碱度超过1520%。进入一级钠离子交换器的原水总硬度应小于10EPM;进入二级钠离子交换器的原水总硬度允许大于10EPM。一级和二级钠离子交换法的工作系统如图1和图2所示。图1 一级纳离子交换软化法图2 二级钠离子交换软化法一级或二级钠离子交换法软化过程中，水的离子成分变化情况如下：R-Na R-Na(一级) (二级)原 水 软 水原水用这种方法处理后，软水水质可达到：经一级钠离子交换器后，剩余硬度可降低到0.030.05EPM，剩余碱度可略高于原水碱度;经二级钠离子交换后，剩余硬度可降低到0.01EPM以下，剩余碱度可略高于原水碱度。(六) 石灰-钠离子交换法这种方法是将原水先经石灰处理，除去碳酸盐硬度，再通过一级或二级钠离子交换器进一步软化，如图3所示。图3石灰-钠离子交换脱碱软化法这种方法的优点是，可以得到彻底的脱碱软化水;所有设备不须进行防腐蚀处理;原水的加热可以利用工厂的废热进行。如果在石灰软化的同时加入镁剂，还可以达到除硅的目的。缺点是，石灰液的配制、投加操作较麻烦，泥渣排放较困难。(七) 炉内化学处理炉内化学处理是利用加入炉内碱性药剂，如磷酸三钠、碳酸钠和栲胶等，使炉子维持一定的碱度，而使水中所含钙、镁盐类与碱性药物互相起作用，转化成泥渣沉淀出来，通过锅炉排污除去。这种方法适用于小型低压锅炉，或作为锅炉给水的补充处理。当锅炉给水全部采用炉内水处理时，加药量计算如下：1. 磷酸三钠加入量：式中 Df每天加入的磷酸三钠量(g);qf每吨给不所需加入磷酸三钠量，见表5;Q锅炉24 小时用水量(m3);工作磷酸三钠纯度，以小数计。表5 炉内水处理加药量2. 碳酸钠加入量：式中 DH每天加篱的碳酸钠量(g);工业碳酸钠纯度，以小数计;AO炉水总碱度(毫克当量/升)，通常取为1420;AS炉水实际取样化验的碱度(毫克当量/升);Q锅炉24小时用水量(m3)。3. 栲胶加入量：DK=5克/吨水24小时用水量(吨)碳酸钠和栲胶加入量也可按表5配制。如果作为锅炉给水补充处理时，采用磷酸三钠和或磷酸二氢钠等，其计算公式如下：式中 H给水总硬度(毫克当量/升);G给水量(t/h);DP锅炉排污量(t/h);fK炉水中应保持过剩磷酸三钠量，可取2432(g/t);工业磷酸三钠纯度，以小数计。炉内加药分为定期加药和连续加药两种。定期加药每24小时不能少于两次。炉内加药系统，如图4所示。#FormatImgID_0#图4 炉内加药系统(八) 水的除氧给水除氧的方法分为以下几种：1. 铁屑除氧：当一定温度的水通过铁屑层时，水中的氧与铁化合，使水中的氧逐渐被消耗掉。这种方法适用于低压锅炉给水除氧和热力除氧后的补充除氧。2. 解吸除氧：由于氧在水中的溶解度与水所接触的气体中氧的含量成正比，利用这个现象，将准备除氧的水与已脱氧的气体(如烟气)强烈混合，水中的溶解氧便大量跑到气体中去，从而达到除氧的目的。3. 热力除氧：一般分为大气式(0.2表压，103)热力除氧与压力式(3.5表压以上)热力除氧两种。大气式热力除氧，是利用氧在水中的溶解度与水的温度成反比这一特性，将水温升高至103105，而将氧从水中除去。为了保证已离开水的氧气迅速离去。热力除氧器的剩余压力应不低于0.2大气压。大气式热力除氧装置如。图5所示。#FormatImgID_1#图5 大气式除氧器使用大气式热力除氧器应注意下列事项：(1) 为保证锅炉给水泵的可靠运行，除氧器及除氧水箱应放置在水泵中心线以上7m的平台上。(2) 为保证除氧器的剩余压力和水位稳定，应装置压力自动调节器和水位自动调节器，还要装置温度自动记录表和除氧水取样管等。(3) 除氧器内应定期检查，以防堵塞、偏漏，水汽接触不良会影响除氧效果。五、 水垢的危害及其清除锅炉给水中溶解的钙、镁盐类等杂质，在锅炉运行中，随炉水温度的升高而浓缩析出。析出的钙、镁盐类杂质，可在锅炉的受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物，这些固体附着物称为水垢。(一) 水垢的形成生成水垢的根本原因是锅炉给水中含有一定数量的钙、镁盐类，在锅炉内部经过气压、温度等物理化学变化过程而生成各种类型的水垢。大致可分为下列三种：1. 给水中某些溶解盐类，由于炉水温度升高，而溶解度降低，析出沉淀物来。2. 锅炉在连续给水、连续蒸发的过程中，所含的盐类不断地留在锅内，纯净的水变成蒸汽送出炉外，而剩下的炉水含盐浓度不断升高、浓缩，以致使炉水含盐程度达到饱和状态甚至过饱和状态，盐类便由水中析出，生成沉淀物。3. 不同盐类在炉水中相互作用，产生难溶解的化合物，形成新的水垢。这些沉淀物，其中一部分粘结在受热强度较大的受热面上，形成坚硬的水垢;另一部分则悬浮在炉水中，随炉水循环而流动。这部分悬浮在炉水中的沉渣有两个去向：其一，当水循环不良，流速较低时，在成“死水”的角落沉积下来，形成二次水垢;其二，沉淀于锅炉下部，形成泥垢，随定期排污排出炉外。(二) 水垢的危害因为水垢的导热系数很小，水垢将直接威胁锅炉的安全、经济运行和锅炉的使用寿命。表6是几种不同水垢的平均导热系数。表6 不同水垢的平均导热系数从表中可以看了，水垢的导热系数比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会由于热阻大，使其导热效率降低，造成热损失，浪费燃料。实践证明，锅炉受热面结有1mm的水垢时，能耗煤量增加1.52%左右。由于受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过允许极限温度时，会使管子鼓包，严重的会引起锅炉爆管事故，使人身安全受到威胁。水垢是一种复杂的盐类，其中含有卤素离子。在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析知道，其含铁量达2030%左右。水垢浸蚀金属会使锅炉内壁变脆，并不断向炉壁深处腐蚀。由于清除水垢要停炉，要消耗人力物力，会造成锅炉的机械损伤和化学腐蚀，因此，防止水垢和及时清除水垢是水质处理工作中必须解决的问题。(三) 水垢的清除如果锅炉受热面上结了水垢，一定要及时清除。目前清除水垢的方法很多，可依据具体情況采用单一方法或综合方法。1. 机械除垢法：当炉内有水垢或水渣时，停炉后放掉炉水，使锅炉冷却，用水冲洗或用螺旋钢丝刷清除。如果水垢很坚硬，可用电力和水力带动的洗管器来清洗。但此法只适用于清洗钢管，不适用于清洗铜管，因为洗管器易损伤铜管。2. 酸洗除垢法：用酸清洗水垢时可用盐酸、磷酸、铬酸及氢氟酸，但不能用硫酸。因为硫酸与水接触，会在水垢表面生成硫酸钙膜，使膜下的水垢不易接触到酸液。磷酸和铬酸虽比盐酸有效，但价格太贵，所以一般都用盐酸。盐酸只能清洗碳酸盐水垢，酸洗时生成的氯化镁和氯化钙溶解度很大，容易除去，并伴有二氧化碳产生，有搅拌酸液的作用。对于纯硅酸盐水垢，可用氢氟酸清洗。对于以硫酸盐和硅酸盐为主的混合水垢，也可用盐酸清洗，此时酸洗的作用在于用酸液溶解水垢与金属壁之间的氧化铁层，使酸接触到金属，从而产生氢气泡使水垢脱落，与碳酸盐垢的盐酸清洗道理不同。酸洗前，须查明结垢的程度，即量出单位面积上平均结垢的重量(g/m2)，从而精确地计算出盐酸用量。酸洗时纯盐酸用量可按下式计算：式中 G纯盐酸(100%)用量(kg);E锅炉结垢程度(g/m2);F锅炉结垢面积(m2);36.5盐酸的当量;50碳酸钙的当量。酸洗时，一般控制盐酸溶解浓度为35%，也可根据水垢的厚度来确定。配制盐酸溶液时，应注意市售盐酸浓度的不同，经过换算后再配制。例题：配制100kg6%的盐酸溶液，用市售30%的盐酸配制，需用多少?解：配制100kg6%的盐酸溶液需纯盐酸6kg，配制100kg6%的盐酸需30%的盐酸为：即将80kg与20kg市售30%盐酸混合搅拌均匀，即成6%的盐酸100kg。酸洗法的缺点是，酸对金属有腐蚀作用。酸液的浓度越大，温度越高，对金属的腐蚀性就越大。因此，为了保护金属在酸洗时不受腐蚀，必须在酸液中加入抑制剂。抑制剂的种类很多，每种抑制剂都在一定条件下才有效。用盐酸酸洗时，国内一般使用02-抑制剂。配制02-抑制时，必须按照下列顺序：(1) 将不低于70的热水倒入容器内。(2) 加入盐酸，缓缓搅动，此时溶液呈浅黄色。(3) 加入苯胺，缓缓搅动，此时溶液呈桔黄色，表面无浮油。(4) 最后加入甲醛，缓缓搅动，此时溶液由桔黄到