供热锅炉知识及水处理技术PPT课件.ppt

供热锅炉水处理 供热锅炉供应生产用汽 采暖 通风 空调 生活用热锅炉房送出的蒸汽大部分不能回收 热水亦有损失 需要一定量补给水各种水源含有杂质 必须经过处理后才能作为锅炉给水锅炉房须设置水处理设备以保证锅炉给水质量 锅炉房工艺设计中的重要工作 1 第一节水中的杂质和水质标准 一 水中的杂质天然水中的杂质按其颗粒从大到小分三类 悬浮物 水流动时呈悬浮状态存在 不溶于水的颗粒物质 直径 10 4mm 通过滤纸可分离 砂子 粘土及动植物的腐败物质胶体 微粒直径10 6 10 4mm 许多分子和离子的集合体 不能通过滤纸分离离子和分子 水中的溶解物质 钙 镁 钾 钠等盐类 和溶解气体 O2 CO2 盐类以离子状态存在 颗粒 10 6mm 2 混凝和过滤 悬浮物和胶体杂质在水厂通过混凝和过滤处理后大部分被清除 外观看来澄清 3 二 水中杂质的危害 严重影响锅炉的安全 经济运行部分溶解盐类 钙 镁 加热会析出或浓缩沉淀出来 一部分成为锅水中的悬游杂质 水渣 另一部分附着在受热面的内壁 形成水垢O2 CO2对锅炉受热面局部腐蚀 包括化学腐蚀和电化学腐蚀 起麻点 在金属表面产生溃伤性或点状腐蚀穿孔 腐蚀严重 可导致事故 水垢导热性能差 降低锅炉的出力和效率 受热面的壁温大为增高 管壁起疱或出现裂缝减少管内流通截面 增加流动阻力结垢严重时堵塞水管 导致管子烧损 4 保证锅炉给水品质措施 水处理任务软化 降钙 镁盐类含量 防止管内结垢除氧 减溶解气体 减轻受热面腐蚀水处理方法 锅外水处理 给水预先处理后进入锅炉锅内水处理 水处理在汽锅内部进行 5 三 水质指标 水质 水和其中杂质共同表现的综合特性水质标准 评价水质好坏的指标 两种方法 客观反映水中某种杂质含量的成分指标 如溶解氧 Cl Ca2 等为了技术上的需要反映水质某方面特性的技术指标 如硬度 碱度 溶解固形物的含量等 6 水质指标 悬浮固形物水通过滤纸后被分离出来的固形物 经干燥至恒重 以1L水中所含固形物的mg数表示 mg L 溶解固形物将已被分离出悬浮固形物后的水 经蒸发 干燥后所得的残渣 mg L 近似等于水中含盐量 忽略有机物含量 水中各种盐类总和 由水中全部阴阳离子相加得到 7 3 硬度 总硬度 H 溶解于水中的钙 镁离子总量 mmol L 碳酸盐硬度 HT 溶解于水中的钙 镁的重碳酸盐和碳酸盐的含量对于天然水 HT即钙镁的重碳酸盐含量又称暂时硬度 重碳酸钙 镁在水加热至沸腾后转变为沉淀物析出 近似等于碳酸盐硬度 8 硬度 非碳酸盐硬度 HFT 溶解于水中钙 镁的硫酸盐和氯化物的含量CaCl2 MgCl2 CaSO4和MgSO4等又叫永久硬度 水不断蒸发至其所含浓度超过饱和极限时才沉淀析出 近似于非碳酸盐硬度硬度间关系 H HT HFT 9 4 碱度 A 水中含有能接受氢离子的物质的量 mmol L 天然水碱度主要由HCO3 和CO32 的盐类组成锅水碱度主要由OH 和CO32 组成进入锅筒后 在不同的压力和温度下 HCO3 会全部分解成CO32 和一定比例的0H 水中所含的各种硬度和碱度间有内在的联系和制约 10 硬度和碱度的联系 不可能同时存在0H 碱度和HCO3 碱度HCO3 OH CO32 H2O水中暂时硬度都属于水中的碱度钠盐碱度 负硬度当水中含有钠盐碱度时 不会存在非碳酸盐硬度 永硬 11 5 相对碱度 锅水中游离的NaOH和溶解固形物含量之比值游离NaOH 水中氢氧根碱度折算成NaOH的含量 0H 40为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标锅炉在有高浓度NaOH和高度应力集中的情况下 会产生晶间腐蚀发生苛性脆化的部位失去了金属光泽 使锅炉受热面发生脆性破裂我国规定的相对碱度值必须小于0 2 12 水质指标 pH值 表示水的酸碱性指标酸性水对金属有腐蚀性溶解氧 O2 水中溶解氧气的浓度 mg L溶解氧腐蚀金属 对压力较高 容量较大的锅炉 锅炉给水须除去溶解氧氧气在水中溶解度随温度变化 水温越高 溶解度愈小 13 8 磷酸根 PO43 天然水一般不含磷酸根 mg L锅内加磷酸盐处理 消除汽锅中的残留硬度 使之形成松软的碱式磷酸钙水渣 随锅炉排污带走 同时可消除一部分游离苛性钠 保证锅水pH值在一定范围内PO43 含量不能太高 过高生成Mg3 PO4 2水垢 14 水质指标 亚硫酸根 SO32 mg L给水中的溶解氧可用亚硫酸钠除去如亚硫酸根浓度过高 增加运行费用 溶解固形物增加含油量 天然水一般不含油 mg L蒸汽凝结水或给水在使用过程中可能混入油类锅水含油及碱类等物质 在水位表面易形成泡沫层 使蒸汽带水量增加 影响蒸汽品质 15 GB1576 2001 工业锅炉水质 锅内加药水处理的水质标准额定蒸发量 2t h 且额定蒸汽压力 1 0MPa的蒸汽锅炉采用蒸汽锅炉和汽水两用锅炉一般采用锅外化学处理 16 以H 为基本单元 17 热水锅炉水质标准 18 第二节钠离子交换软化 离子交换水处理原水进入锅炉之前 通过与交换剂的离子交换反应 除去水中的离子态杂质降低硬度和碱度 以达到锅炉用水的水质要求 19 一 离子交换剂 具有离子交换性能的物质 遇水时将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换由阳离子和复合阴离子根两部分组成 后者是一种不溶于水的高分子化合物NaR 钠离子交换剂 HR 氢离子交换剂R 复合阴离子根反应时 复合阴离子根是稳定的组成部分 阳离子和水中的钙 镁等离子互相交换常用的离子交换剂为磺化煤和合成树脂 20 二 钠离子交换软化原理 对供热锅炉用水 钠离子交换处理用得最多 处理后的水质特点 达到了除硬目的 原水中的钙 镁盐类变成了钠盐达不到除碱目的 原重碳酸盐碱度 暂时硬度 转变为钠盐碱度 且摩尔数相等出水含盐量稍有增加 Na 的摩尔质量略高于0 5Ca2 0 5Mg2 21 交换剂失效 运行一段时间后 离子交换剂上的钠离子大部分转为钙 镁型 出水硬度增高交换剂的工作能力Eg将出水硬度达到软化水保证硬度作为交换剂失效标志 按此计算1m3湿态离子交换剂的软化能力 mol m3或mmol L 1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数 22 交换剂还原 再生 失效后的钠离子交换剂用浓度为5 8 的食盐 NaCl 溶液进行还原理论上还原1mol钙镁硬度需NaCl117g 在供热锅炉房还原1mol钙镁硬度一般采用140 200gNaCl 23 三 固定床钠离子交换设备及其运行 固定床离子交换运行中离子交换剂层固定不动 原水由上而下不断地通过交换剂层 完成反应过程四个步骤交换 软化 反洗 还原 再生 正洗按再生运行的方式分逆流再生 顺流再生 24 1 顺流式再生 交换时原水和再生时还原液都由上向下流动 1 钠离子交换器结构由交换器本体 进水装置 排水装置 再生液分配装置 排气管 反洗管 阀门等组成常用规格有 500 750 1000 1200 1500及2000 交换器层高1 5 2 2 5m 25 2 顺流再生离子交换器运行 运行循环交换反洗再生正洗 26 交换 当正洗出水质量符合要求时 即可投入软化运行关闭下部排水阀或去反洗水箱的阀门 开启软水出水阀 向外供水水流速度随原水硬度变化用树脂作为交换剂 流速一般为15 20m h 27 反洗 当交换剂失效后 停止软化 用一定压力的原水自下而上通过交换剂层 进行反洗作用松动离子交换剂层清除交换剂层中的悬浮物 破碎的交换剂和积存在层中的气泡 交换运行中 交换剂上层还起着过滤作用操作顺序开启反洗进水阀和上部排水阀 进行反洗至出水澄清为止关闭反洗进水阀和上部排水阀反洗流速为11 18m h 反洗时间10 15min 28 再生 将失效的交换剂与再生液进行还原反应 使其恢复到具有交换能力的过程再生顺序开启进再生液阀和下部排水阀将配置好的再生液送入交换器上部 以4 8m h的流速自上而下通过交换剂层待经计算量的再生液 浓度以5 8 为宜 全部进入交换器后 关闭进再生液阀优点 装置简单和操作方便缺点 下面的交换剂再生效果不理想盐液中反离子浓度越来越大 促使还原反应很难进行 29 正洗 用清水对再生后的交换剂自上而下进行冲洗 冲洗水流方向与运行交换时水流方向一致 作用将再生好的交换剂层内的残留再生液和再生产物清除掉 以确保出水质量正洗顺序开启进水阀 清水从交换器上部进入 以6 8m h流速自上而下冲洗交换剂层 由下部排水阀排走 时间为30 40min为节约用水 在正洗后期关闭排水阀 并将正洗水回收至反洗水箱 作为下一周期的反洗用水 30 进水装置 交换时 使进水分配均匀 反洗时 将积留的悬浮物和破碎树脂排出本体外 排水装置 交换时 均匀汇集软化水 反洗时 均匀配水 再生液分配装置 均匀喷洒 当直径 500mm 不专设 将再生液通过进水装置分配到交换器内 31 2逆流式再生 盐液流向和水软化流向相反 底部交换剂再生程度高盐耗低 含反离子较多的盐液对上层失效程度大的交换剂仍能起到较好的再生作用 盐液充分利用交换剂工作容量提高 上层交换剂先与硬度高的原水接触 能充分利用出水残留硬度低 底部交换反应能持续进行节水 废液量少而浓度低 小反洗和正洗水量少乱层现象中间排水装置 压实层 顶压 低流速 32 逆流再生离子交换的运行 软化小反洗排水顶压进再生液逆流冲洗小正洗正洗大反洗 33 四 钠离子交换系统 一般根据原水硬度选择离子交换级数H8mmol L 宜采用双级钠离子交换系统双级系统第二级交换剂层高可较小 可采用较高流速 对交换剂的再生程度要求较高节省盐量 34 例题 某厂锅炉房设置二台SHL10 1 3 350型锅炉 凝结水回收率K 30 锅炉排污率P 5 原水总硬度H 7 8mmol l 查得 锅炉给水允许硬度H 0 03mmol l要求 选用钠离子软化设备 采用强酸阳离子交换树脂和顺流再生 计算交换器的运行数据 35 锅炉补给水应经软化处理 补给水量指给水量与合格的凝结水回收量之差 给水量包括蒸发量 排污量及设备和管道漏损 1m3交换剂能软化钙镁离子的摩尔数 36 37 固定式阳离子交换器的主要工艺计算 离子交换器的内径d m Q 离子交换器的出力 m3 hv 水通过交换器的空塔流速 m h离子交换器的运行延续时间T 一般 8 12h V 离子交换器内装交换剂体积 m3E 交换剂实际有效工作交换容量 mol m3Q 软化水量 m3 hH 进出离子交换器水中总硬度之差 mol m3 38 固定式阳离子交换器的主要工艺计算 再生一次用盐量 再生剂耗量 B kg b 离子交换剂单位再生剂耗量 g mol 39 离子交换 软化反洗再生正洗 软化 小反洗 排水 顶压 进再生液 逆流冲洗 小正洗 正洗 大反洗 40 第三节离子交换除碱 钠离子交换的缺点只能使原水软化 而不能除去水中碱度为保证锅水碱度 导致锅炉排污量增大氢 钠 氨 钠及部分钠离子交换系统软化水 降低碱度和含盐量 41 一 氢 钠离子交换原理及系统 1 氢离子交换软化 除碱原理原水经氢离子交换剂进行离子交换的化学反应式为 失效后的离子交换剂 用1 2 H2SO4或5 HCl作还原剂 使交换剂恢复成HR 42 氢离子交换后水质特点 HT转变成水和CO2 达到了除硬 除碱和降低盐分的目的 其除盐 除碱量与原水中HT的摩尔数相等HFT转变为游离酸 产生的酸量与原水中的HFT的摩尔数相等 酸性水 43 2 氢 钠离子交换系统 通常与钠离子交换联合使用 使游离酸与经钠离子交换后产生的碱相互中和除硬 除碱三种系统并联 串联 综合 44 1 并联系统 运行关键控制好原水水量分配比例理论上 应使产生的酸和碱度完全中和实际上 为避免混合后出现酸性水 应保留0 3 0 5mmol l的残留碱度 45 水量分配计算 H A 中和后水的残留碱度 46 水量分配计算 H A H A 47 2 串联系统 应在钠离子交换器前设置除气器 否则CO2形成碳酸后流经钠离子交换器 出水碱度重新增高 串联系统设备投资高并联系统只有部分原水进入钠离子交换器 串联系统全部原水最后都要通过钠离子交换器 并联系统需严格控制水量比例 才能避免混合水呈酸性 48 3 综合式H Na交换器 在同一个交换器中同时装有HR和NaR交换层 也称双层离子交换剂原水先流经上层HR离子交换剂 使水呈弱酸性 再流经NaR离子交换剂 吸收酸性水中的氢离子及除去残余硬度 交换剂失效后 先用一定量酸液还原 使上层变成HR型 再用食盐还原 H 比Na 活性大 不会被置换出来 49 第六节锅内加药和其他水处理 锅内加药水处理将药剂直接投加到锅内或给水箱 给水管道中 使给水中的结垢物质经化学 物理作用生成松散 非粘附性的泥渣 通过排污将其排除 从而达到防止结垢或减轻锅炉结垢和腐蚀的目的钠盐法有机胶法复合防垢剂 50 物理水处理 采用物理方法来达到消除水中硬度或改变水中硬度盐类的结垢性质磁化法 外磁式磁水器水中钙镁离子受磁场作用后 破坏了它们与其他离子之间静电吸引的状态 导致结晶条件的改变 不会生成坚硬水垢 形成松散泥渣 随污泥排出 高频水性改变法除垢器壳体为阴极 钢管制成 壳体中心装有金属阳极电子电源产生高频电磁场 51 电子水处理仪工作原理 防垢 高频电磁场对流过的水进行处理 改变水原来的缔合链大分子结构 使水分子间的氢键断裂形成单个分子 水中溶解盐的正负离子被单个水分子包围 运动速度降低 有效碰撞减少 静电引力下降 钙镁离子无法与碳酸根结合除垢 水体吸收大量被激活的电子 使水的偶极矩增大与盐类离子的亲合力增加 管壁上原有的水垢逐渐软化以至脱落阻锈 杀菌和灭藻 溶解在水中的氧分子被单个水分子所包围 切断了金属腐蚀和微生物生成所需要氧气的来源 52 第七节锅炉金属的腐蚀 包括锅炉给水系统和锅炉本体的腐蚀均匀腐蚀 不均匀腐蚀腐蚀 金属表面和其周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象化学腐蚀过程中没有电流产生 是纯粹的化学反应电化学腐蚀过程中有电流产生 53 化学腐蚀 水中存在O2Fe 2H2O Fe OH 2 H22H2 O2 2H204Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 水中同时存在CO2Fe OH 2 2CO2 Fe HCO3 24Fe HCO3 2 2H2O O2 4Fe OH 3 8CO2 54 电化学腐蚀 纯铁与杂质界面间产生电位差 极化 现象去极化 加快腐蚀过程pH 72H 2e H2 溶解O2O2 2H2O 4e 4OH 游离CO2H2CO3 H HCO3 游离NaOHFe3 3OH Fe OH 3 55 第八节水的除气 水中溶解氧 二氧化碳气体对锅炉金属壁面产生局部腐蚀 须采取除气措施气体溶解定律 任何气体在水中的溶解度与此气体在水界面上的分压力成正比水面上某种气体分压力愈小 则该气体在水中的溶解度愈小水温愈高 气体在水中溶解度愈小常用除氧方法热力除氧 加热至沸腾真空除氧 真空状态达到沸点解析除氧 将界面空间充满不含氧的气体化学除氧 水中加药消除溶解氧 56 一 热力除氧 将容器中的水在定压下加热到沸点 水面上的蒸汽分压力近似等于水面上的全压力 氧气及其他气体的分压力趋近于0此时氧气及其他气体在分中的溶解度很小 即可以被分离出来除氧 二氧化碳 氨和硫化氢等气体 57 热力除氧器的构造和工艺流程 微正压工况下运行 0 02MPa对应汽水饱和温度102 104 微正压 便于排气 防倒吸设置水封式安全阀 防超压 58 热力除氧器结构 脱气塔 软水的加热和除气增大汽水接触面积 维持足够的沸腾时间以排气喷雾填料式脱气塔贮水箱 贮存已除氧水和兼作锅炉给水箱 30 90min锅炉给水量 应始终保持沸腾状态 以防氧气重新溶解 从贮水箱底部引入再沸腾蒸汽管 用蒸汽直接加热除氧水以弥补水箱的散热损失排气冷却器 回收从脱气塔顶部随气体一起排出的蒸汽热量当除氧器进水温与除氧后的温差 8 10时安装 59 60 61 除氧水箱设置高度 除氧水箱水面至锅炉给水泵轴心线间的正水头Hz m 计算Hz h hf pg 100h 水泵吸水管道的阻力 MPahf 水泵的汽蚀余量 MPa pg 除氧水箱压力瞬变裕量 0 003 0 005MPa 62 二 真空除氧 利用低温水在真空状态下达到沸腾 达到除氧 减少锅炉房自用蒸汽的目的蒸汽喷射泵或水喷射泵关键控制水温 水温高于对应饱和温度0 5 1 所需真空度保证 密封 液位稳定不耗蒸汽 充分利用省煤器 需考虑气蚀 63 三 解析除氧 将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合 使软水中的氧就扩散到无氧气体中去装置简单 设备耗钢和成本低 运行