锅炉房工艺系统及辅助设备-锅炉的水处理技术

3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、电渗析水处理电渗析水处理法是一种电化学除盐方法，属隔膜分离技术。在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子具有选择透过性特性，使溶液中的阴、阳离子定向地由淡水槽通过膜转移到浓水槽，从而达到除盐的目的。如图所示为电渗析水处理原理。电渗析水处理原理电渗析装置由阳膜、阴膜交替组成许多平行的水槽，并在两侧设置一对通直流电的阴、阳极板。电渗析水处理不仅能除盐，同时还能降低水中硬度和碱度。但电渗析对水的处理是不彻底的，达不到锅炉水质标准，因此只能作为锅炉给水的预处理。二、反渗透水处理反渗透原理

渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。半透膜只允许水通过，而阻止溶解固形物(盐)通过，如图所示。3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择

在进行锅炉房设计，或小型锅炉房扩建后需设水处理时，究竟选用哪种水处理方法较为合适，常成为亟待解决的问题。不同类型的锅炉由于它的结构、容量和运行方式不同，对给水处理的要求也有所不同。对额定蒸发量小于等于2t／h，额定出口蒸汽压力小于等于1.0MPa的各类锅炉，以及额定热功率小于等于2.8MW的热水锅炉可以采用锅内加药处理。蒸发量在2t／h以上时，一般采用水管锅炉。这种锅炉的热效率较高，对水质的要求也较高，要采用锅外水处理。当锅炉额定蒸发量大于等于6t／h时应设除氧装置，额定蒸发量小于6t／h的锅炉如发现局部腐蚀时应采取除氧措施；锅炉额定热功率大于等于4.2MW时应除氧，额定热功率小于4.2MW的热水锅炉应尽量除氧。快装锅炉在出厂前就整体组装好，这种锅炉受热面蒸发率较高，体积小，热效率较高，锅炉结垢后，内部清除较困难，必须用化学清洗，因此，对水质要求较严格。燃油锅炉和燃气锅炉运行过程采用自动控制，水处理和除氧可采用全自动设备。不同的水源水质，要求不同的水处理方法。一般而言，未受污染的地表水，其硬度、碱度都较低，往往只需软化；地下水的差异较大，其共同特点是碱度较高，因此，除软化外常需考虑除碱；工业锅炉一般都不除盐，只有含盐量很高的水，一般软化、除碱不能解决时，才考虑除盐；含铁浓度高的地下水则需除铁。3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、水中的杂质

天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按其颗粒大小可分为三类：颗粒最大的称为悬浮物，其次是胶体，最小的是离子和分子，即溶解物质。二、水质指标和水质标准水质指标

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：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。其含量通常用mg/L表示。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。其含量用mg/L表示。硬度（H）

指溶解于水中能够形成水垢的钙、镁盐类的总含量。其含量用mmol/L表示，硬度又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碱度（A）指水中碱性物质的总含量。碱度的单位用mmol/L表示。相对碱度指锅水中氢氧根碱度折算成游离NaOH的量与锅水中溶解固形含量的比值。pH值它是表示水的酸碱性指标，指水中氢离子浓度的负对数。锅水的pH值要求控制在10～12。溶解氧（Ｏ2）指溶解于水中的氧气含量，单位为mg/L。磷酸根（ＰＯ４３－）亚硫酸根（SO32-）含油量水质标准

为防止锅炉由于结垢、腐蚀及锅水起沫而影响锅炉的安全、经济运行，锅炉给水及锅水均要达到水质标准。

我国现行的《工业锅炉水质》标准（GB1576—2008）适用于额定出口蒸汽压力小于等于3.8MPa，以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉，也适用于以水为介质的固定式承压热水锅炉和常压热水锅炉。三、水中杂质及其危害水垢的危害

根据试验，汽锅内壁附着1mm厚的水垢，就要多耗煤2%～3%。

锅炉水管结垢后，管内流通截面积减小，水循环的流动阻力增加，严重时会将水管完全堵塞，破坏正常的水循环，最终使管子烧坏。

水垢附着在受热面上，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。锅水含盐量过多的危害

形成大量泡沫，严重时产生汽水共腾现象。影响蒸汽品质；溶解性气体的危害

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。3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、钠盐法俗称加碱水处理法，常用的有磷酸三钠、纯碱（碳酸钠）和火碱（氢氧化钠）。一般钠盐法采用磷酸三钠最多。反应原理（以钙硬为例）：3Ca(HCO3)2+2Na3PO4===Ca3(PO4)2↓+3Na2CO3+3CO2↑+3H2O3CaSO4+2Na3PO4===Ca3(PO4)2↓+3Na2SO43CaCl2+2Na3PO4===Ca3(PO4)2↓+6NaCl2.加药方法将碱加入给水系统中，随给水直接进入汽锅；将碱在溶解罐中溶解，并加热至70～80℃后再压入汽锅。前者操作简单，后者的反应效果较好。3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、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而不动的，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。固定床交换器常用的规格用筒体的直径表示。φ500mm--φ2000mm等多种，交换剂层高有1.5m、2m及2.5m。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。顺流再生钠离子交换器及其运行顺流式再生是指交换运行时再生液的流动方向和原水流动方向相同，一般均由上向下。结构

顺流再生固定床离子交换器结构如图所示。

钠离子交换器1—进水阀2—排水阀3—分配漏斗4—法兰5—环行管6—喷嘴7—排水阀8—软水出水阀9—冲洗水进水阀10—三通11—泄水帽12—集水管13—排气管

14—排水管15—排气阀16—泄水管b)顺流再生离子交换器运行操作（见图）。软化

过程：上进下出。操作：阀门1和2开起，其余阀门关闭。②反洗

过程：下进上出。操作：阀门3和5开起，其余阀门关闭。③再生过程：再生液下进上出。操作：阀门4和6开起，其余阀门关闭。④正洗

废盐液放尽后，开始正洗，正洗水耗通常为3～6m3/m3树脂，正洗速度为6～8m/h，正洗时间为30～40min。c）顺流再生固定床的优缺点

优点是结构简单，运行维修方便，水质适应性强。缺点是再生盐液耗量大。逆流再生钠离子交换器及其运行逆流式再生是指再生时再生液的流向和原水软化运行时的流向相反。在软化运行时，水中钙、镁离子含量随着水流向下越来越少，而下部交换剂的再生程度很高，因此，交换反应仍能持续进行下去，使交换器的出水水质较好。逆流再生离子交换具有出水质量高、盐耗低等优点，所以被广泛采用。在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的，当再生液流速较高时，会使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。如果发生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。压缩空气顶压法是从交换器顶部送入0.03～0.05MPa的压缩空气，这是防止乱层的理想措施，但需增加空压机设备。

压缩空气顶压法逆流再生操作步骤如下：小反洗

排水

顶压再生

逆流冲洗小正洗正洗c.浮动床浮动床水处理是固定床逆流再生的另一种形式，它是树脂层(也称床层)的运行和再生两种工况交替循环的过程，如图所示。浮动床工作示意图a)运行状态b)再生状态1-上部分配装置2-床层3-下部分配装置在运行状态时，原水由底部进入浮动床，经下部分配装置后，均匀地进入床层，靠上升水流将整个树脂层以密实的状态向上浮起至顶部(称为成床)，同时水在向上流动的过程中完成离子交换反应，处理后的合格水经上部分配装置引出本体外。当交换剂层失效后，停止进水使树脂层整体下落(称为落床)，停止运行。再生时，再生液由上部进入，经上部分配装置均匀地自上而下流过床层，进行再生。然后，再用合格的水自上而下继续进行清洗，直至出水合格为止。流动床离子交换器原水的处理和交换剂的再生，分别在不同的容器内进行，该装置称为流动床离子交换器。流动床离子交换器的交换、再生、清洗等过程是以逆流、悬浮形式进行的，没有周期性的“起床”、“落床”等工序，全部过程都具有连续性，完全实现了连续供水。如图所示为双塔式流动床离子交换器及其工艺流程。流动床离子交换器及其工艺流程1-交换塔2-再生清洗塔3-树脂喷射器4-再生液制备槽5-原水流量计6-清洗水流量计7-再生液流量计8-再生液泵3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、离子交换剂

离子交换剂：它是一种高分子化合物。它不溶于水，但

可用自己的离子把水溶液中的钙、镁离子置换出来的颗粒物质称为离子交换剂。

种类：常用的交换剂有磺化煤和合成树脂两种。磺化煤

是将烟煤粉碎过滤，用浓硫酸处理（称磺化）而制成的。2.合成树脂

又称离子交换树脂，是人工合成的高分子化合物。3.阳离子交换剂的组成：NaR表示为钠离子交换剂，HR表示为氢离子交换剂。二、钠离子交换软化原理交换软化原理钠离子交换软化是在离子交换器中装入钠离子交换剂，原水流过钠离子交换剂时，交换剂中的Na+与水中的Ca2+、Mg2+离子进行置换反应，使水得到软化。其反应式如下：对于碳酸盐硬度：Ca(HCO3)2+2NaR===CaR2+2NaHCO3Mg(HCO3)2+2NaR===MgR2+2NaHCO3对于非碳酸盐硬度CaSO4+2NaR===CaR2+Na2SO4MgCl2+2NaR===MgR2+2NaCl结论钠离子交换既能除去水中的暂硬度，又能除去永久硬度，但不能除碱。进行交换后，使得软水中的含盐量有所增加。钠离子交换的失效随交换软化过程中的进行，交换剂的NaR型变为CaR2和MgR2型。当软化水的硬度超过某一数值后，水质已不符合锅炉给水水质标准的要求时，则认为交换剂已经“失效”，此时应立即停止软化，对交换剂进行再生。3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、石灰水处理软化除碱原理

石灰法原理

化学反应式为CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O石灰法可消除水中的碳酸盐硬度和碱度，但不能消除水中的非碳酸盐硬度。石灰—纯碱法

石灰—纯碱法是在水中同时投加石灰和纯碱(Na2CO3)。加纯碱的目的在于消除原水中非碳酸盐硬度。其化学反应式为CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Mg(OH)2↓+Na2SO4MgCl2+Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2NaCl

石灰—纯碱法可同时消除碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度和碱度，水的软化程度比单独用石灰处理要好，原水总残留硬度可降至0.3～1.0mmol／L。石灰—氯化钙法

石灰—氯化钙法是在水中同时投加石灰和氯化钙(CaCl2)。加氯化钙的目的在于消除水中的负硬度，其化学反应式为2NaHCO3+CaCl2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2NaCl+2H2O2KHCO3+CaCl2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2KCl+2H2O二、石灰水处理软化除碱工艺流程

如图所示为工业锅炉常用的沉淀处理工艺流程。药剂(石灰、纯碱、氯化钙)和水在混合器中作用后生成沉淀，并流入沉淀池中使泥渣沉降，软化和除碱水则流入装有石英砂滤料的过滤池过滤后进入水箱。沉淀池中沉降下来的泥渣定时排除；过滤池中的滤料使用到一定程度要进行反洗，清除泥渣．以保证水的过滤效果。石灰水处理软化除碱工艺流程3.8.1锅炉用水评价指标及水质标准3.8.2石灰水处理软化除碱3.8.3离子交换水处理的原理3.8.4离子交换设备与运行单元八：锅炉的水处理技术3.8.5隔膜分离除盐技术3.8.6锅内水处理技术3.8.7水的除气3.8.8锅炉水处理方法的选择一、除氧工业锅炉常用的除氧方法有热力除氧、化学除氧、解析

除氧等三种。

热力除氧

热力除氧原理热力除氧就是根据气体溶解定律(即水温越高，气体在水中的溶解度越小；水面上某种气体的分压力越小，则该气体在水中的溶解度也越小)来进行除氧。大气压力式热力除氧

大气压力式热力除氧是在微正压工况下，将待除氧水加热、沸腾，从而达到除氧的目的。大气压力式除氧的工作压力为0.02MPa(表压力)；除氧水温102～104℃。除氧水量波动不大时，大气压力式热力除氧器运行稳定，除氧效果好，是工业蒸汽锅炉经常采用的除氧方式。真空式热力除氧是利用低温水在真空状态下达到沸腾，以实现除氧的目的。水中溶解氧与温度、压力的关系见下表。

水中含氧量

（单位：mg/L）水面上绝对压力/MPa水温/℃01020304050607080900.08118.57.05.75.04.23.42.61.60.50.068.36.45.34.33.73.02.31.70.80.00.045.74.23.52.72.21.71.10.40.00.00.022.82.01.61.41.21.00.40.00.00.00.011.20.90.80.50.20.00.00.00.00.0真空式热力除氧器可以不用蒸汽作为热能；真空式热力除氧器除氧水温度低，因而锅炉给水温度低，可以充分发挥省煤器的作用，并能有效地降低排烟温度，有助于提高锅炉热效率。真空式热力除氧更适用于热水锅炉。热力除氧器的构造及工艺流程

用以进行热力除氧的设备称为热力除氧器。热力除氧器

由脱气塔和储水箱组成，如图所示。热力除氧器1-排气管2-挡水板3、4-含氧水入口5-淋水盘6-蒸汽进口脱气塔的任务是完成水的加热至沸腾并从中析出氧气、二氧化碳等气体。蒸汽与水的接触面积越大，加热和分离效果越好。储水箱是储存已除氧水和兼作锅炉给水箱，储存在水箱中的水应始终保持沸腾状态，以防已析出的氧气又重新溶解于水中。淋水盘式除氧器

淋水盘式除氧器是工业锅炉中应用最早的一种热力除氧器，其脱气塔如图所示。淋水盘式除氧器脱气塔1-排气管2-挡水板3、4-含氧水入口5-淋水盘6-蒸汽进口喷雾填料式除氧器。

喷雾填料式除氧器是工业锅炉中用得最多的一种热力除

氧器，如图所示为该种除氧器的脱气塔。解析除氧

解析除氧是使含氧水与不含氧气体强烈混合，由于不含氧气体中氧的分压力为0，水中的氧就大量地扩散到气体中去，再将混合气体从水中分离出去，从而使水中含氧量降低，以达到除氧的目的。解析除氧装置简单，容易制造，设备投资省；运行中只消耗木炭，成本低；给水常温除氧，省煤器的作用可以充分发挥。但解析除氧器只能除氧，不能去除其他气体，而且使水中CO2含量增加。化学除氧通过化学反应消耗水中溶解氧而使水中含氧量降低的除氧方法，称为化学除氧。化学除氧包括钢屑除氧、海绵铁粒除氧、药剂除氧、催化树脂除氧等。钢屑除氧含氧水通过钢屑除氧器，其中的钢屑被氧化，从而使水中的溶解氧降低，而达到除氧的目的。其化学反应式为3Fe+2O2=Fe3O4钢屑除氧器的结构如图所示。钢屑除氧器的结构1-进水口2-出水口3-多孔隔板海绵铁常温过滤式除氧海绵铁常温过滤式除氧滤料的主要成分为含有微量催化剂的海绵铁粒，无毒无味，是一种高含铁量的多孔性物质，吸附能力很强。当常温含氧水通过滤料层时发生如下化学反应2Fe+2H2O+O2=2Fe2++4OH-Fe2++2OH-=Fe(OH)2Fe(OH)2吸附在海绵铁粒上，但它在含氧水中是不稳定的，易氧化成三价铁的化合物。其化学反应式为4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe(OH)3呈黄绿色絮状物，用水反洗冲即可冲走。因此，滤料层可反复使用，定期补充损耗量。当水中含氧量很低时，滤料层中存在少量