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纯低温余热发电系统培训教材纯低温余热发电系统培训教材之：化 学 水 处 理大连易世达能源工程有限公司目录1 水中杂质的来源32 水中杂质的分类33 水质指标和水质标准43.1水质指标43.2锅炉给水用水中常见的溶解物63.3锅炉水质标准（ GBl5762001 ）64锅炉受热面的结垢与腐蚀74.1水垢74.2锅炉的腐蚀75钠离子交换软化85.1离子交换软化85.2 离子交换剂85.3钠离子交换软化原理85.4固定床钠离子交换设备及其运行9 5.4.1离子交换器运行9 5.4.2顺流式再生126水的除氧126.1 除氧原理126.2 热力除氧126.3真空除氧136.4化学除氧147锅炉排污157.1 定期排污157.2 连续排污15 自然界中的各种水源都含有一些杂质，不能直接用于锅炉给水，必须经过处理符合水质标准后才能供锅炉使用，否则会影响锅炉的安全、经济运行。因此，锅炉房必须设置合适的水处理设备。1 水中杂质的来源 吸收大气中可溶物（CO2 、O2 、H2S ）及不可溶物（尘埃、工业污染物）。地表：泥砂、腐殖质、有机物 、溶解地壳表面的普通化合物；地下：含CO2的雨水遇地层中CaCO3 、 MgCO3生成Ca2+ 、 Mg2+；再加上地层中易溶的Na盐K盐、氯化物等。2 水中杂质的分类水中杂质按粒径分为三类：1) 悬浮物：指水流动时呈悬浮状态的物质，其颗粒直径在10-4mm以上，通过滤纸可以分离出来。主要是泥砂、动植物残渣、工业废物等。2) 胶体物质：是许多分子和离子的集合体，其颗粒直径在10-610-4mm之间。水中胶体物质有铁、铝、硅的化合物以及动植物的腐败物。3) 溶解物质：主要是钙、镁、钾、钠等盐类及氧和二氧化碳等气体。这些盐类在水中大都以离子状态存在，其颗粒直径小于10-6mm。水中溶解的气体则是以分子状态存在的。3 水质指标和水质标准3.1水质指标 用来表示水中杂质含量的指标称为水质指标。水质指标用以表明水的品质，主要指标如下：1) 悬浮物 表示水中不溶解的固态杂质含量，即将水样过滤后分离出的固形物。单位mg/L表示。2) 溶解固形物 将滤出悬浮物后的水样进行蒸发和干燥后所得的残渣（蒸发残渣）。单位mg/L表示。3) 硬度（H） 指溶解于水中能够形成水垢的 物质。（钙、镁盐类）因此，把水中钙、镁离子的总浓度称为总硬度（H），单位mmol/L。 硬度又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 碳酸盐硬度（HT）： 溶解于水中的重碳酸根（HCO3）和钙、镁形成的的碳酸盐Ca （HCO3）2 Mg(HCO3)2称为碳酸盐硬度。这些盐类很不稳定，在水加热至沸腾后可分解生成沉淀物析出，即Ca(HCO3)2 = CaCO3+H2O+CO2Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+CO2MgCO3+H2O=Mg(OH)+H2O+CO2 CaCO3、MgCO3、Mg(OH)是松散的水渣，通过排污排出炉外。因此也叫暂时硬度。 非碳酸盐硬度（HFT）： 指水中的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸钙CaSO4、硫酸镁MgSO4等非碳酸盐的含量。这些盐类在加热至沸腾时不能立即沉淀析出，所以又称为永久硬度。总硬度等于暂硬度和永久硬度之和，即H=HT+HFT4) 碱度（A） 指水中碱性物质的总含量。例如，氢氧根OH-、碳酸根CO32-、重碳酸根HCO3-及其他一些弱酸盐类，都是水中常见的碱性物质。碱度的单位用mmol/L表示。水中所含的各种硬度和碱度，有着内在的联系和制约：(一) 水中不可能同时存在氢氧根碱度和重碳酸根碱度，因为二者会发生化学反应，即 HCO3-+OH-CO32-+H2O(二) 水中的暂时硬度是钙、镁与HCO3-及CO32-形成的盐类，也属于水中的碱度。当水中含有钠盐碱度时，就不会存在非碳酸盐硬度（永久硬度），即 CaSO4+Na2CO3=CaCO3+Ba2SO4 由上列化学反应方程式可见，水中不可能同时存在钠盐碱度和永久硬度，所以常将钠盐碱度称为负硬度。5) 溶解氧（） 指溶解于水中的氧气含量，单位为mg/L。水中深解氧会腐蚀锅炉设备及金属管路，所以水中的溶解氧必须除去。6) 磷酸根（） 天然水中一般不含磷酸根，但有时为了消除给水带入锅内的残余硬度或为了防止锅炉内壁苛性脆化，可向锅内加入一定量的磷酸盐。因此，磷酸根也作为锅水的一项控制指标。7) 亚硫酸根（SO32-） 它是给水采用化学药剂亚硫酸钠除氧时残留在水中的，此时，亚硫酸根也是一项控制指标。8) 含油量 天然水中一般不含油，可是蒸汽的凝结水或给水在使用过程中可能混入油类，因此也规定了锅炉给水含油量的指标，其单位为mg/L。含油量只作为定期检测项目。3.2锅炉给水用水中常见的溶解物HCO3ClSO42SiO32Ca2+,Mg2+Na+ ,K+Fe2+,Mn2+3.3锅炉水质标准（ GBl5762001 ）项 目给 水锅 水额定蒸汽压力, MPa1.01.01.61.01.01.61.62.51.62.5悬浮物，mg/L555总硬度，mmol/L0.030.030.03总碱度，mmol/L无过热器6-266-246-16有过热器1412pH(25)77710-1210-1210-12溶解氧，mg/L0.10.10.05溶解固形物，mg/L无过热器400035003000有过热器30002500SO2-3，mg/L10-3010-30PO3-4，mg/L10-3010-30相对碱度0.20.2游离NaOH/溶解固形物）含油量，mg/L222含铁量，mg/L0.30.30.34锅炉受热面的结垢与腐蚀4.1水垢 天然水中的悬浮物和胶体物质在水厂里通过混凝和过滤处理后大部分被清除。但水中的一部分溶解盐类（钙、镁盐类）在锅炉运行时就会析出或浓缩沉淀出来。沉淀物的一部分比较松散，称为水渣；而另一部分附着在受热面内壁，形成坚硬而致密的水垢。 水垢的危害：1) 影响传热 水垢的导热系数为钢的导热系数的150130，锅内结垢锅炉的传热能力下降，使锅炉的排烟温度升高，耗煤量增加，效率降低。根据试验，锅筒内壁附着1mm厚的水垢，就要多耗煤2%3%。2) 引起爆管事故 水垢的导热性能差，受热面的壁温大为增高，金属的机械强度下降，导致管壁起包或出现裂缝，甚至爆裂。3) 破坏水循环 锅炉水管结垢后，管内流通截面积减小，流动阻力增加，严重时会将水管完全堵塞，破坏水循环，最终使管子烧坏。4) 水垢清理困难 水垢的附着力很强，清理困难，需要耗费大量的人力和物力；还会使受热面受到损伤，缩短锅炉的使用寿命。4.2锅炉的腐蚀水中含有的溶解氧和二氧化碳会对锅炉的给水管路、受热面产生化学腐蚀。这两种腐蚀均为局部腐蚀，即在金属表在产生溃伤性或点状腐蚀，严重时使管壁穿孔，造成事故。 要保证锅炉的安全、经济运行，必须对锅炉的给水进行处理。其任务是： 软化 降低水中钙、镁离子的含量防止锅内结垢。 除碱 减低碱物质含量，以减少锅炉排污量。 除氧 减少水中的溶解气体，减轻对受热面金属的腐蚀。5钠离子交换软化5.1离子交换软化 是利用不产生硬度的阳离子（如Na+、H+）将水中的Ca2+、Mg2+置换出来，达到软化的目的。 离子交换软化主要通过离子交换剂来实现。5.2 离子交换剂 不溶于水，但可用自己的离子把水溶液中Ca2+、Mg2+离子置换出来的颗粒物质称为离子交换剂，它是一种高分子化合物。 合成树脂（离子交换树脂）是人工合成的高分子化合物。其交换能力大，机械强度高，工作稳定性较好，近年来被广泛使用。 目前广泛采用的是阳离子交换水处理有钠离子、氢离子、铵离子交换等方法。通常用R表示离子交换剂中复合阴离子根。NaR表示为钠离子交换剂，HR表示为氢离子交换剂。5.3钠离子交换软化原理1) 与碳酸盐硬度Ca(HCO3)2+2NaR=CaR2+2NaHCO3Mg(HCO3)2+2NaR=MgR2+2NaHCO32) 与非碳酸盐硬度 CaSO4+2NaR=CaR2+Na2SO4 MaCl2+2NaR=MgR2+2NaCl从上述反应得出以下结论：1) 经钠离子交换后，水中的钙、镁盐类都变成了钠盐，因此，除去了水中的硬度。2) 原水中的暂时硬度均转变为钠盐碱度NaHCO3，所以，钠离子交换只能软化水，但不能除碱。3) 由于Na+的当量值要比Ca2+、Mg2+的当量值大，故经钠离子交换后，软水中的含盐量有所增加 随交换软化的进行，交换剂的NaR型变为CaR2和MgR2型。交换剂已失去交换能力，则认为交换剂已经“失效”，此时应立即停止软化。这时要对交换剂进行再生（也称还原），以恢复交换剂的软化能力。 常用的再生剂是食盐NaCl。方法是让质量分数5%8%的工业食盐水溶液流过失效的交换剂层进行再生，再生反应如下： CaR2+2NaCl=2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2 再生生成物CaCl2和MgCl2易溶于水，可随再生废水一起排掉。 5.4固定床钠离子交换设备及其运行 固定床离子交换器，是指运行时交换器中的交换剂层是固定不动的，一般原水由上而下经过交换剂层，使水得到软化，简称固定床。结构 它由交换器壳体、进水装置、再生液分配装置、底部排水装置和顶部排气管等组成。 固定床交换器常用的规格有500mm、750mm、1000mm、1200mm、1500mm、及2000mm等，交换剂层高有1.5m、2m及2.5m。5.4.1离子交换器运行 通常分四个步骤。1) 软化 方法 原水由上部进入交换器内分配漏斗，自上而下均匀地流过交换剂层，软水由底部集水装置汇集，送往软化水箱。 要求 当出水硬度超过规定的允许值时，应立即停止软化。2) 反洗 目的 是松动软化时被压实了的交换剂层，为还原液与交换剂充分接触创造条件，同时带走交换剂表层的污物和杂质。 方法 使具有一定压力的反洗水自下而上流过交换剂层，从顶部排出。 要求 反洗强度以不冲走完好的交换剂颗粒为宜，一般为15m/h，反洗时间一般为1015min。3) 再生 目的 使失效的交换剂恢复交换能力。 方法 盐液由顶部多个辐射型喷嘴喷出，流过失效的交换剂，废盐液经底部集水装置汇集。 要求 再生流速一般为48m/h。4) 正洗 目的 是清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。 方法 自来水从上部进入，从下部排出。 要求 正洗水耗通常为36m3/m3树脂，正洗速度为68m/h，正洗时间为3040min。 正洗结束后，又可开始软化。正常运行 1、3、6开再生 进盐 4、5、2打开，进盐45分钟 反洗3、5、2打开，反洗15-25分钟 冲洗3、1、7打开，冲洗至水质达到1.5mg/L大反冲洗 每正常运行10-20个周期以后再进行再生前进行一次大反冲洗 3、5、2打开，从观察孔观察树脂高度接近交换柱上部，当进水浊度与排水浊度基本相同时，即可结束反洗，开始正洗。5) 检测 取软化水100ml，加入5ml氨-氯化铵缓冲液和2滴0.5%铬黑T指示剂，摇匀后呈蓝色为合格，呈红色为不合格。5.4.2顺流式再生 固定床离子交换按其再生运行方式不同，可分为顺流再生和逆流再生两种。一般常用软化水装置采用顺流再生，顺流式再生是指交换运行量再生液的流动方向和原水流动方向相同，一般均由上向下。6水的除氧 水中溶解氧、对锅炉金壁面会产生化学腐蚀，因此必须采取除气（氧气）措施。6.1 除氧原理1) 从气体溶解定律（亨利定律）可知，气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正比，与水温成反比。在敞开的设备中将水加热，水温升高，气水界面上的水蒸汽分压增大，其他气体的分压降低。2) 当水达到沸点时，水界面上的水蒸气分压力增大，其他气体的分压力趋于零，水中溶解气体的含量也趋于零。要使水温达到沸点，可采用加热法（热力除氧）或抽真空的方法（真空除氧）以及采用水中加药来消除溶解氧的方法（化学除氧）6.2 热力除氧工业锅炉常用的是大气式热力除氧器。其工作压力为0.02Mpa，工作温度104。(一) 构造 热力除氧器由除氧头（脱气塔）和除氧水箱组成。（如图所示）(二) 工作过程1) 软水 除氧头上部进水管喷嘴向下淋水盘上层挡板填料下层孔板水箱2) 蒸汽除氧头下部下层孔板填料上层孔板淋水盘挡水板排出管排气冷却器凝结水凝结水箱(三) 使用要求1) 为保证锅炉给水泵的可靠运行，除氧水箱应防在锅炉给水泵的上方，除氧水箱最低水位与锅炉给水泵中心线的高差不应小于67m，防止水泵吸入口汽化。2) 应装设蒸汽和给水自动调节器，进行自动调节。6.3真空除氧（一）方法 利用抽真空的方法，使水面上的压力低于大气压力，降低了水的沸点，使水在60C下沸腾，水中的溶解氧析出。（二）构造 常用的是整体式低位水喷射真空除氧器，如图7-15。它将除氧器及进水加热器、水喷射器、循环水箱等组成一个整体。除氧器内的真空度可借蒸汽喷射器或水喷射喷射器来实现。(三) 特点 不用蒸汽，锅炉给水温度低，6.4化学除氧向水中加入化学药剂，或令水流经装有吸氧物质的过滤器，达到除氧的方法称为化学除氧。常用的有钢屑除氧、海绵铁除氧、药剂除氧、树脂除氧等。7锅炉排污 为了控制锅炉锅水的水质符合规定标准，常采用锅炉排污的方法，即经常放掉一部分锅水，同时补入等量的给水，来降低锅水的含盐量。锅炉的排污有定期排污和连续排污。7.1 定期排污 定期排污主要是排除沉积在底部的水渣和沉淀物，同时也排除盐分，所以定期排污管开设在锅筒、水冷壁各下集箱的最低处，也称底部排污。 7.2 连续排污 连续排污是排除锅水中的盐分杂质，由于上锅筒蒸发面附近的盐分浓度较高，所以连续排污管设在上锅筒低