锅炉水处理课件

一、天然水中的杂质粒径mm10-710-610-510-410-310-210-1110分类溶解物胶体悬浮物特征透明光照下浑浊浑浊肉眼可见观测方法电子显微镜显微镜肉眼运动特点布朗运动重力下沉处理方法离子交换超滤精密过滤自然沉淀过滤电渗析反渗透混凝土澄清过滤自然沉淀不溶于水的分子团不溶于水成分离子、分子、气体铁、硅、铝化合物，腐殖质砂子、黏土、动植物腐败物1一、天然水中的杂质粒径mm10-710-610-510-41天然水中的溶解物类别阳离子阴离子含量名称符号名称符号Ⅰ钙离子Ca2+重碳酸根HCO3－几个mg/L到几十mg/L镁离子Mg2+氯根CL－钠离子Na2+硫酸根SO42－钾离子K2+Ⅱ铁离子Fe3+氟离子F－十分之几mg/L到几个mg/L锰离子Mn2+硝酸根NO3－铵离子NH4+碳酸根CO32－2天然水中的溶解物类别阳离子阴离子含量名称符号名称符号钙离子C钙、镁离子钙、镁离子：水溶解了某些矿物质而生成石灰石CaCO3、白云石MgCO3在水中生成Ca2+、Mg2+离子CaCO3+CO2+H2O→←Ca(HCO3)2=Ca2++2HCO3－石灰石CaCO3在水中溶解度很小，但水中含有游离CO2时，CaCO3转化成溶解度比碳酸钙大得多的重碳酸钙Ca(HCO3)2，其溶解度取决于平衡状态中的CO2含量。Mg2+比Ca2+的含量小石膏：CaSO4●2H2O=Ca2+＋2H2O+SO42－3钙、镁离子钙、镁离子：水溶解了某些矿物质而生成3溶解气体O2：主要来源于溶解大气中的氧气，一般0~14mg/LCO2：主要来源水中或泥土中有机物的分解和氧化4溶解气体O2：主要来源于溶解大气中的氧气，一般0~14mg/二、锅炉用水原水（生水）：水源水，地表水、地下水、自来水给水：直接进入锅炉、被锅炉加热、蒸发的水，由回水＋补给水组成回水：回收循环使用的水补给水：补充符合水质要求的水锅水：锅炉本体的蒸发系统中流动的水5二、锅炉用水原水（生水）：水源水，地表水、地下水、自来水5水质的影响-1锅炉结垢：水垢易在热负荷很高的锅炉炉管中生成，水垢导热性比金属差几百倍；局部金属壁温过高，导致管壁起疱或裂缝增加流动阻力，影响水的正常循环，严重时堵塞管路管内水垢难以清除6水质的影响-1锅炉结垢：6水质的影响-2锅炉腐蚀水中的O2、CO2，对金属产生化学腐蚀；水中的电解质（酸、碱、盐的水溶液）对金属产生电化学腐蚀；严重时产生局部穿孔汽水共腾蒸汽锅炉锅筒内的水滴被蒸汽大量带走的现象锅筒内悬浮物、油脂、盐分的含量随着水蒸发会增加，在汽水分界面产生泡沫，或汽水共腾，蒸汽大量带水，使蒸汽含盐量增加－－用汽设备内沉积、7水质的影响-2锅炉腐蚀7锅炉水质指标两种指标代表水中杂质离子的组成：Cl+、Ca2＋、溶解氧代表某些化合物之和或某种性能：硬度、碱度、含盐量等8锅炉水质指标两种指标8锅炉给水水质指标-1目的：防止锅炉给水系统腐蚀、结垢指标：1。悬浮物：影响：有悬浮物，影响锅内加药、除垢或锅外化学处理指标：锅内加药，要求<20mg/L；锅外化学处理（离子交换），要求<5mg/L处理方法：过滤、干燥、称重，mg/L9锅炉给水水质指标-1目的：防止锅炉给水系统腐蚀、结垢9锅炉给水水质指标-22。硬度mmol/L防止锅炉给水系统生成钙、镁水垢硬度：单位容积水中某些易形成沉淀的金属离子的含量。（二价或以上的离子，Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+）。各种硬度名称：钙硬度（镁硬度）：按阳离子分为钙盐Ca(HCO3)2,CaSO4,CaCl2（镁盐）。单位容积中钙盐离子的总含量称为钙硬度（镁硬度）10锅炉给水水质指标-22。硬度mmol/L10锅炉给水水质指标-3按阴离子分为碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度碳酸盐硬度：水中钙、镁重碳酸盐与碳酸盐Ca(HCO3)2、CaCO3、Mg……的含量。加热沸腾从水中析出沉淀，又称暂时硬度

MgCa(HCO3)2=MgCaCO3↓+H2O+CO2↑MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓

+CO2↑非碳酸盐硬度：水中钙、镁硫酸盐、氯化物CaSO4、CaCl2、Mg……的含量。加热沸腾时不会马上析出，只有蒸发到水中浓度超过饱和浓度时才会析出沉淀－永久硬度一般水中MgCaCO3含量很少，暂时硬度又称为重碳酸盐硬度11锅炉给水水质指标-3按阴离子分为碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度11锅炉给水水质指标-4负硬度：水中重碳酸钠的总含量。硬度的关系总硬度H＝钙硬度＋镁硬度总硬度H＝暂时硬度HT＋永久硬度HFT负硬度＝总碱度－总硬度12锅炉给水水质指标-4负硬度：水中重碳酸钠的总含量。12锅炉给水水质指标-5碱度A：能接受氢离子的物质的量，如氢氧根OH－、碳酸盐CO32－、重碳酸盐HCO3－等，它们可用酸中和，所以称为碱度。mmol/L暂硬是钙、镁与CO32－、HCO3－形成的盐，也是水中的碱度水中同时存在OH－、HCO3－，两者反应形成碳酸根：OH－＋HCO3－→CO32－＋H2O 一般说水中不能同时含有OH－、HCO3－据上假设，水中碱度只能：OH－＋CO32－或CO32－＋HCO3－或OH－、CO32－、HCO3－中的三者之一13锅炉给水水质指标-5碱度A：能接受氢离子的物质的量，如氢氧根锅炉给水水质指标-6水中有钠盐碱度时与非碳酸盐反应，不会存在非碳酸盐硬度（永硬） Na2CO3+CaSO4=CaCO3↓

+Na2SO4HTHFT负硬度说明H>AAH-A0水中：碳酸盐＋非碳酸盐H:碳酸盐＋非碳酸盐A:只有碳酸盐没有钠盐H=AA00只有碳酸盐H<AH0A-H钠盐水中：碳酸盐＋钠盐H:碳酸盐；A:碳酸盐＋钠盐14锅炉给水水质指标-6水中有钠盐碱度时与非碳酸盐反应，不会存在碱度与硬度的关系碱度AH>ACO32－、HCO3－SO42－、Cl－H＝ACO32－、HCO3－H<AOH－CO32－、HCO3－负硬暂硬永硬硬度H15碱度与硬度的关系碱度AH>ACO32－、HCO3－SO42－锅炉给水水质指标-73。PH值：水中氢离子浓度的负对数，表示酸碱性强弱的指标，H+>OH－，酸性溶液防止给水系统腐蚀：PH＝7中性；PH<7酸性；PH>7碱性。酸性水对锅炉有腐蚀，给水PH≥74。含油量<2mg/L原因：蒸汽凝结水、给水过程可能混入油锅水中漂浮，促成泡沫，汽水共腾，蒸汽质量下降5。溶解氧：防止锅炉腐蚀（mg/L)16锅炉给水水质指标-73。PH值：水中氢离子浓度的负对数，表示锅炉锅水水质指标-1目的：防止锅内结垢、腐蚀和蒸汽质量不良1。总碱度：用甲基橙作指示剂滴定，水中HCO3－能全部反应，测得水中碱度成分的总和，称为总碱度总碱度过高：碱性腐蚀＋应力腐蚀；影响蒸汽品质17锅炉锅水水质指标-1目的：防止锅内结垢、腐蚀和蒸汽质量不良1锅炉锅水水质指标-22。PH值：水中氢离子浓度的负对数由于水的蒸发，使锅水PH高于给水PH值PH=8~13金属表面形成致密的Fe3O4保护膜锅水PH＝10～12，PH较低，水对锅炉腐蚀增强 Fe3O4＋8H+→2Fe3++Fe2++4H2O，破坏保护膜PH过高，游离的NaOH较多，易引起碱性腐蚀 Fe3O4＋4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O锅水中PO43－与Ca2+反应，只有PH较高才能生成易排除的水渣18锅炉锅水水质指标-22。PH值：水中氢离子浓度的负对数18锅炉锅水水质指标-33。磷酸根PO43－－－10～30mg/L维持一定的磷酸根，防止钙垢PO43－不能过高：生成Mg3(PO4)2水垢4。相对碱度：锅水游离NaOH含量与溶解固形物含量之比游离NaOH含量：氢氧根碱度折算成NaOH的含量相对碱度过高，引起金属苛性脆化相对碱度<0.219锅炉锅水水质指标-33。磷酸根PO43－－－10～30mg/碱度与金属苛性脆化受腐蚀的碳钢产生裂纹，本身不变形，产生脆性断裂－－碱脆、苛性脆化苛性脆化条件：锅水中有游离的NaOH＋锅水产生局部浓缩＋受拉应力，三者缺一不可20碱度与金属苛性脆化受腐蚀的碳钢产生裂纹，本身不变形，产生脆性指标间的关系-1碱度表示水中能接受氢离子的物质的量，主要是OH－、CO32－、HCO3－当水中同时存在OH－、HCO3－时，则反应 OH－＋HCO3－→CO32－＋H2O因此，水中碱度只能有五种形式： 1）只有OH－碱度 2）只有CO32－碱度 3）只有HCO3－碱度 4）同时有OH－＋CO32－碱度 5）同时有只有CO32－＋HCO3－碱度21指标间的关系-1碱度21指标间的关系-2碱度JD碱度用中和滴定法测定，标准溶液是HCl和H2SO4酸与各种碱度的反应 OH－+H+→H2O CO32－+H+→HCO3－ HCO3－+H+→H2O+CO2用酚酞作指示剂－酚酞碱度，终点PH值是8.3。只能进行前两式的反应，相当于中和水中CO32－的1/2的含量。根据酸消耗量计算碱度JD酚 JD酚＝OH－+1/2CO32－22指标间的关系-2碱度JD22指标间的关系-3甲基橙碱度（总碱度）JD甲 用甲基橙作指示剂，终点PH值是4.3，上三式反应到底，溶液中的HCO3－和由CO32－转化来的HCO3－都得到中和。用酚酞测完后再加入甲基橙指示剂，标准酸滴定到终点，据消耗酸量计算碱度JDMJDM=1/2CO32－＋HCO3－则JDM=JD甲－JD酚相对碱度与碱度相对碱度＝游离NaOH/溶解固形物＝OH－×40/溶解固形物＝（JD酚－JDM）×40/溶解固形物23指标间的关系-3甲基橙碱度（总碱度）JD甲23指标间的关系-4碱度与PHPH：表征溶液酸碱性的指标，反映水中H+或OH－的含量碱度：除包括水中的OH－含量外，还包括CO32－、HCO3－等碱性物质的含量碱度相同，碱度成分不同，OH－含量，则PH不同 碱度:0.1mol/L,NaOH, PH:13 碱度:0.1mol/L,NaHCO3, PH:8.3 碱度:0.1mol/L,NH3

●H2O, PH:1124指标间的关系-4碱度与PH24指标间的关系-5碱度与PH碱度与PH的关联是由于水中存在平衡关系 H2O=OH－＋H+ HCO3－＝H++CO32－ HCO3－＋OH－＝CO32－＋H2O水溶液中HCO3－、CO32－、OH－、H+四种离子都是同时存在。测定总碱度时所用去的酸量与水中原有的H+含量之和必等于水中存在的三种碱离子浓度之和，即：

JD+H+=HCO3－+2CO32－+2OH－25指标间的关系-5碱度与PH25三、水预处理处理流程预处理－－软化－－除氧预处理（天然水）混凝：加入混凝剂，使胶体凝聚成粗大的絮状物，沉淀。混凝剂：硫酸铝、明矾沉淀（软化）：水中加入化学药剂。使水中的钙、镁离子转化成难溶于水的化合物而沉淀，常用石灰（CaO)澄清过滤：除去细小的悬浮颗粒。滤料：石英砂、大理石26三、水预处理处理流程26四、锅外离子交换水处理钙、镁水垢的形成锅水中钙镁盐类的浓度超过溶度积，从水中结晶析出水中重碳酸盐加热分解，使易溶盐类转化成难溶盐类而结晶析出 Ca(HCO3)2→CaCO3↓H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑析出的盐类，可能成为水垢，也可能成为水渣27四、锅外离子交换水处理钙、镁水垢的形成27锅外离子交换水处理-2预处理后的水还有Ca2+、Mg2+等离子杂质、气体，对于低压锅炉通常用钠离子交换除去水中的硬度物质，使水得到软化软化原理含有硬度的水通过离子交换树脂，水中的Ca2+、Mg2+离子与树脂中的Na+离子进行交换，使水得到软化碳酸盐：2NaR+CaMg(HCO3)2=CaMgR2+2NaHCO3

有效树脂硬水失效树脂软水非碳酸盐：2NaR+CaMgSO4=CaR2+Na2SO4

2NaR+CaMgCl2=CaR2+2NaClR：钠离子交换剂中的复合阴离子根28锅外离子交换水处理-2预处理后的水还有Ca2+、Mg2+等离锅外离子交换水处理-3水中的Ca2+、Mg2+离子变成了钠盐，除去硬度只能除去硬度，水中Ca(HCO3)2转化为NaHCO3，HCO3－数没变，碱度保持不变，所以不能除碱钠离子交换后，水中含盐量增加（Na+比Ca2+、Mg2+当量值大）离子交换剂再生还原

MgCaR2+2NaCl=2NaR+CaCl2

失效树脂盐水有效树脂废液排放29锅外离子交换水处理-3水中的Ca2+、Mg2+离子变成了钠盐锅外离子交换除碱度-1为什么要除碱钠离子软化只能除硬度，碱度不变如给水碱度较高、单独用钠离子软化处理给水，随着锅水的蒸发，锅水的碱度将不断增大碱度过高，蒸汽质量下降以及锅炉碱腐蚀除碱方法部分钠离子交换法一部分原水经过钠离子交换软化除硬，保留碱度；另一部分原水不经过软化，然后两者混合作为给水。软水：加热NaHCO3→Na2CO3+NaOH原水：CaSO4+Na2CO3→CaCO3水渣+Na2SO4 MgSO4+NaOH→Mg(OH)2水渣+Na2SO4水渣排出，同时达到除碱30锅外离子交换除碱度-1为什么要除碱30锅外离子交换除碱度-2氢－钠离子交换法原水碱度、硬度都较高，部分钠离子交换法无法满足；氢－钠离子交换法除硬、除碱离子交换剂用酸还原，变成氢离子交换剂 CaMgR2+H2SO4=2HR+CaMgSO4原水流经氢离子交换剂，软化。其中：暂硬产生水、CO2，同时除硬、除碱；永硬产生酸 暂硬：2HR+CaMg(HCO3)2=CaMgR2+2H2O+2CO2↑ 永硬：2HR+CaMgSO4=CaMgR2+H2SO4 2HR+CaMgCl2=CaMgR2+2HCl31锅外离子交换除碱度-2氢－钠离子交换法31锅外离子交换除碱度-3氢离子交换产生酸，酸性水对锅炉腐蚀2HR+CaMgSO4=CaMgR2+H2SO4

钠离子交换产生碱2NaR+CaMg(HCO3)2=CaMgR2+2NaHCO3两者中和

H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2

HCl+NaHCO3=NaCl+H2O+CO2氢离子交换与钠离子交换同时使用32锅外离子交换除碱度-3氢离子交换产生酸，酸性水对锅炉腐蚀2H五、锅内水处理适用于小型锅炉原理：向锅内加药，与水中的结垢物质发生化学、物理反应，生成松散的水渣，通过排污排出锅炉，从而达到防止结垢加药软化是在锅内改变硬度物质的微观结构和宏观形态，化学与物理作用共存；离子交换软化是在锅外除去硬度物质，是化学反应。加药还可以降碱、消沫等功能。沉淀物有多种形态：沉积在传热面上－水垢；悬浮在锅水中，流动性好可排出，流动性差，在流动缓慢地沉积，形成二次水垢33五、锅内水处理适用于小型锅炉33锅内水处理-2常用药剂防垢剂：消除硬度碱性药剂：火碱（NaOH)、纯碱（Na2CO3)、磷酸盐（磷酸三钠、六偏硫酸钠）有机胶体：栲胶、腐植酸钠水质稳定剂降碱剂：磷酸、草酸等缓蚀剂：：亚硫酸钠、亚硝酸钠34锅内水处理-2常用药剂34锅内水处理-3防垢剂：消除硬度NaOH：消除暂时硬度及非碳酸镁硬度 Ca(HCO3)2+2NaOH→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O Mg(HCO3)2+4NaOH →Mg(OH)2↓+2Na2CO3+2H2O MgSO4+NaOH→Mg(OH)2↓+Na2SO4 MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl CaCO3↓不会沉淀结垢保持水的碱度，防止腐蚀：保持一定的OH－35锅内水处理-3防垢剂：消除硬度35锅内水处理-4碳酸钠（Na2CO3）重碳酸盐加热分解，生成疏松的水渣排出 Ca(HCO3)2→CaCO3↓H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑消除非碳酸钙，形成CaCO3水渣排出，而不易形成CaCO4水垢 CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4 CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl锅内Na2CO3部分水解为NaOH，有NaOH的作用； 压力＋温度：Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2 水解率随压力温度增大而增大。压力>5MPa，碳酸钠全部水解。高压炉不能用碳酸钠消除非碳酸钙硬度36锅内水处理-4碳酸钠（Na2CO3）36锅内水处理-5消除非碳酸镁硬度 MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4 MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaCl而MgCO3水解：MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2仅加Na2CO3可近似取得同时加Na2CO3、NaOH的效果37锅内水处理-5消除非碳酸镁硬度37锅内水处理-6加磷酸三钠当压力过高，碳酸钠水解过多，不能保持一定的CO32－浓度，改加磷酸三钠Na3PO43Ca(HCO3)2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2↓+3Na2CO3+3CO2+3H2O 以钙为例3CaSO4