一、鍋爐用水基本知識
一、鍋爐用水基本知識
??? 搞好鍋爐水質(zhì)處理工作,直接關(guān)系到鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運行與鍋爐的使用壽命。鍋爐用水的質(zhì)量好壞,是鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運行的重要因素。因此,學(xué)習(xí)掌握一些有關(guān)水的基本特性,?采用適當(dāng)?shù)乃幚泶胧?對于鍋爐水處理設(shè)備的管理人員與司爐工作者就顯得十分必要。
1、天然水的種類及特點
水是地球上分布最廣的物質(zhì)當(dāng)中的其中的一種。如海洋、江河、湖所覆蓋的面積,?就約占地球表面的三分之二。天然水按其來源可分為三種：
1）?雨水
雨水一般不含礦物雜質(zhì)。因其溶解能力很大,?當(dāng)以雨雪等形式從空中降落時，會吸收和溶解一些來自空氣中的氣體,?如氧、氮、二氧化碳、塵埃和細(xì)菌等雜質(zhì)。雨水的硬度和含鹽量都很低。但是,?由于雨水收集積存困難,所以不能作為鍋爐供水的水源。
2）地表水
地表水主要包括：江水、河水、湖水、水庫水等。因其礦化度小,因此硬度較低,?但因表面徑流和地下滲流的結(jié)果往往混入不溶或可溶性雜質(zhì)：如泥沙、動植物殘骸及可溶性鹽類。地表水的成分,?隨地區(qū)的不同,?其成分有較大的差別。就同一地區(qū)的地表水而言,?隨季節(jié)的不同,?也有較大的波動。在夏季洪汛期,?水中的鹽類被雨水或冰雪融化,水被沖淡,?因此硬度和含鹽量會大大減少,混濁度卻會急劇增高,冬季則相反。地表水經(jīng)處理后,?可作為鍋爐給水。
應(yīng)當(dāng)指出,?海水亦屬地表水,但由于它含鹽量高,?硬度大,?如不經(jīng)處理不但不能作鍋爐用水,?也不能飲用。
3）地下水
地下水包括：井水、泉水、自流水。由于經(jīng)過地層的滲透過濾,?通常懸浮雜質(zhì)較少,水的透明度較高。但因水具有較強的溶解性,?從空氣中吸收了二氧化碳之后,?溶解能力更強,在透過不同巖石層時,?便溶入了各種無機鹽類。地下水溶解礦物質(zhì)的程度決定于土質(zhì)中礦物質(zhì)的成分、接觸時間和水流經(jīng)路程的長短。
一般地下水水質(zhì)是比較穩(wěn)定的,?受季節(jié)變化影響較小,但是水中的含鹽量和硬度卻是比較大的,只有在經(jīng)過處理之后才能作為鍋爐給水。
2、天然水的分類
1）按硬度來分
(1)低硬度水:硬度為1.0?mmol/L以下?;
(2)一般硬度水:硬度為1.0~3.5mmol/L;
(3)較高硬度水:硬度為3.5~6.0mmol/L;
(4)高硬度水:硬度為6.0~9.0mmol/L;
(5)極高硬度水:硬度為?9.0mmol/L?以上。
2）按含鹽量來分
(1)低含鹽量水:含鹽量為200?mg/L以下?;
(2)中等含鹽量水:含鹽量為200~500mg/L;
(3)較高含鹽量水:含鹽量為500~1000mg/L；
(4)高含鹽量水:含鹽量為1000mg/L以上。
3）按硬度與堿度的關(guān)系來分
(1)非堿性水:水中總硬度大于總堿度,
(2)堿性水:水中總堿度大于總硬度,
(3)碳酸鹽型水:水中暫硬大于永硬,
(4)非碳酸鹽型水:水中暫硬小于永硬。
我國地域遼闊,水質(zhì)情況很復(fù)雜,較大多數(shù)是非堿性的碳酸鹽型水,它的鈣硬度占總硬度的70×10±2?左右,含鹽量為中等,硅酸鹽含量在20mg/L以下,懸浮物的含量變化較大。
3、天然水中雜質(zhì)及其對鍋爐的危害
天然水中含有各種雜質(zhì),按其顆粒大小不同,可以分為三類?:
1）懸浮物質(zhì)
懸浮物質(zhì)顆粒直徑在4-10mm以上的雜質(zhì),這些雜質(zhì)構(gòu)成了天然水的渾濁度和色度,懸浮物質(zhì)在水中是不穩(wěn)定的?,?其較輕物質(zhì)浮于水面(如油脂等),較重物質(zhì)靜置時會下降(如沙石、粘土和動植物尸體碎片和纖維等)。
懸浮物的存在，會影響離子交換設(shè)備及鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行,如果它們在離子交撓器內(nèi)沉積,將會使離子交換劑受到污染,從而使其交換容量降低,?周期出水量減少,?并影響離子交換器的出水質(zhì)量。如懸浮物直接進(jìn)入鍋爐,?它會在鍋筒內(nèi)沉積,使傳熱情況變壞,金屬因過熱損壞而發(fā)生事故。
2）膠體物質(zhì)
膠體物質(zhì)是指顆粒直徑在4mm-10mm或6mm-10mm之間的雜質(zhì)。
天然水中的膠體,?一類是硅、鐵、鋁等礦物質(zhì)膠體;另一類是由動植物腐敗后的腐殖質(zhì)形成的有機膠體。由于膠體表面帶有同性電荷,?它們的顆粒之間互相排斥?,所以顆粒不會長大,不能靠重力下降,?所以可以在水中穩(wěn)定存在。若不除去水中的膠體物質(zhì),將會使鍋爐結(jié)成難以去除的堅硬水垢，并使鍋爐水產(chǎn)生大量泡沫,?引起汽水共騰,?污染蒸汽品質(zhì),?影響鍋爐的正常運行。
3）溶解物質(zhì)
水中溶解的物質(zhì)主要是氣體和礦物質(zhì)的鹽類,它們都是以分子或離子狀態(tài)存在于水中,粒徑在10um以下。
水中溶解的氣體都是以分子狀態(tài)存在的；能夠引起鍋爐腐蝕的有害氣體主要是氧氣和二氧化碳?xì)怏w,有時還有些硫化氫氣體。氧是由大氣中溶解進(jìn)去的,二氧化碳和硫化氫是有機物分解或氧化而產(chǎn)生的。
水中溶解的鹽類都是以離子狀態(tài)存在的。它們是由于地層中礦物質(zhì)溶解而來的。天然水中溶解的鹽類主要是鈣、筷、納、傭的碳酸氫鹽,氯化物和硫酸鹽等。這些雜質(zhì)若不去除,?會造成鍋爐結(jié)垢、腐蝕，污染蒸汽品質(zhì),使鍋爐金屬過熱變形、腐蝕穿孔、縮短鍋爐使用壽命、浪費燃料、降低鍋爐熱效率,?或者產(chǎn)生汽水共騰,以至發(fā)生堵管、爆管等重大事故,?破壞鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行。
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二、鍋爐用水的分類
鍋爐用水,?根據(jù)其部位與作用的不同?,?一般可分為以下幾種：
1.?原水(源水)
又稱生水,是未經(jīng)任何處理的天然水。原水主要來自江河水、井水或城市自來水等。
2.?給水
直接進(jìn)入鍋爐,被鍋爐蒸發(fā)或加熱使用的水稱為鍋爐給水。給水通常由補給水和生產(chǎn)回水兩部分混合而成?！?br> 3.?補給水
鍋爐在運行中由于取樣、排污、泄漏等要損失掉一部分水,而且生產(chǎn)回水被污染不能回收利用,或無蒸汽回水時,都必須補充符合水質(zhì)要求的水,這部分水叫補給水。補給水是鍋爐給水中去除一定量的生產(chǎn)回收外,補充供給的那一部分水。因為鍋爐給水有嚴(yán)格規(guī)定的質(zhì)量要求,所以補給水一般都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?。?dāng)鍋爐沒有生產(chǎn)回水時,?補給就等于給水。
4.?生產(chǎn)回水
當(dāng)蒸汽或熱水的熱能利用之后,?其凝結(jié)水或低溫水應(yīng)盡量回收,循環(huán)使用這部分水稱為生產(chǎn)回水。提高給水中回水所占的比例,不僅可以改善水質(zhì),而且可以減少生產(chǎn)補給水的工作量。如果蒸汽或熱水在生產(chǎn)流程中已被嚴(yán)重污染,那就不能進(jìn)行回收。
5.?軟化水
原水經(jīng)過軟化處理,?使總硬度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),?這種水稱為軟化水。簡稱軟水。
6.?鍋水
正在運行的鍋爐本體中流動著的水稱為鍋爐水。簡稱鍋水。
7.?排污水
為了去除鍋水中的雜質(zhì)(過量的鹽分、堿度等)和懸浮性水渣,?以保證鍋爐水質(zhì)符合GB1576?水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求?,?就必須從鍋爐的一定部位排放掉一部分鍋水,這部分水稱為排污水。
8.?冷卻水
鍋爐運行中用于冷卻鍋爐某一附屬設(shè)備的水,稱為冷卻水。冷卻水往往是生水。
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三、不良水質(zhì)對鍋爐的危害
1、水垢
鍋爐是一種熱交換設(shè)備，是產(chǎn)生蒸汽貨熱水的；實現(xiàn)換熱過程必須用水作為傳能的介質(zhì)。水在鍋內(nèi)受熱為水中的雜質(zhì)提供了化學(xué)反應(yīng)和不斷濃縮的條件，當(dāng)雜質(zhì)在鍋內(nèi)水中達(dá)到飽和時，會有固體物質(zhì)析出，如果懸浮在鍋水中就稱為水渣；如果附著在受熱面上，則稱為水垢。水垢的導(dǎo)熱能力是鋼鐵的十幾分之一到幾百分之一，大大降低鍋爐傳熱效率。因此鍋爐結(jié)垢會產(chǎn)生如下幾種危害。
1）浪費燃料：鍋爐結(jié)垢后，使受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒所釋放的熱量不能及時傳遞到鍋水中，大量的熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度過高，排煙熱損失增加，鍋爐熱效率降低。為保持鍋爐額定參數(shù)，就必須多投加燃料，因此浪費燃料。大約1毫米的水垢多浪費燃料10%。
2）受熱面損壞：結(jié)了水垢的鍋爐，由于傳熱性能變差，燃料燃燒的熱量不能迅速地傳遞給鍋水，致使?fàn)t膛和煙氣的溫度升高。因此，受熱面兩側(cè)的溫差增大，金屬璧溫升高，強度降低，在鍋內(nèi)壓力作用下，發(fā)生鼓包，甚至爆炸。
3）降低鍋爐出力：鍋爐結(jié)垢后，由于傳熱性能變差，要達(dá)到額定蒸發(fā)量，就需要消耗更多的燃料，但隨著結(jié)垢厚度的增加，爐膛容積是一定的，燃料消耗受到限制。因此，鍋爐出力就會降低。
4）消耗化學(xué)除垢藥劑：水垢要徹底清除才能保證鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運行。而除垢通常采用化學(xué)藥劑（酸、堿），不僅要消耗大量的化學(xué)藥品及污染環(huán)境，還會因酸洗不當(dāng)，或酸洗頻繁而影響鍋爐的使用壽命。
2、腐蝕
水質(zhì)不良對鍋爐的另一危害就是引起金屬腐蝕。后果如下：
1）金屬構(gòu)件破壞：
鍋爐的省煤器、水冷壁、對流管束及鍋筒集箱等構(gòu)件會因水質(zhì)不良（水中含有氧氣、酸性和堿性物質(zhì)）對鍋爐金屬面造成腐蝕，使其壁厚減薄、凹陷，甚至穿孔，降低了鍋爐強度，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運行；縮短使用壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失。尤其是熱水鍋爐，循環(huán)水量大，腐蝕更為嚴(yán)重。
2）產(chǎn)生垢下腐蝕：
含有高價鐵的水垢，容易引起與水垢接觸的金屬腐蝕。而鐵的腐蝕產(chǎn)物又容易重新結(jié)成水垢。這是一種惡性循環(huán)，它會迅速導(dǎo)致鍋爐部件損壞。尤其是燃油鍋爐金屬腐蝕產(chǎn)物的危害更大。
3）汽水共騰：
發(fā)生在蒸汽鍋爐上，是鍋內(nèi)的水被蒸汽大量帶走的現(xiàn)象。產(chǎn)生汽水共騰的原因除了運行操作不當(dāng)外，主要因水質(zhì)不良造成（當(dāng)爐水中含有較多的氯化鈉、磷酸鈉、油脂和硅化物時，或鍋水中的有機物和堿作用發(fā)生皂化時，在鍋水沸騰蒸發(fā)過程中，液面就會產(chǎn)生泡沫，形成汽水共騰）。
3、雜質(zhì)堵塞
由于不同使用環(huán)境當(dāng)中的水質(zhì)不同，當(dāng)鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)了各種雜質(zhì)時，會導(dǎo)致堵塞管子，使鍋爐的蒸汽品質(zhì)降低；水位計看不清水位，出現(xiàn)水擊等運行不安全的事故。這對于鍋爐的安全運行和能源消耗會有很大影響。因此，做好鍋爐水處理工作對鍋爐安全運行有著及其重要的意義。
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四、鍋爐配套水處理設(shè)備
鍋爐配套系列水處理設(shè)備包括：熱力除氧器；全自動加藥設(shè)備；全自動軟水器；解析除氧器；定期排污擴容器；分集水器；水箱。
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五、鍋爐水處理設(shè)備選購要點
鍋爐水處理工作是否能真正落實到實處，關(guān)鍵在于管理。如果有水處理設(shè)備而不使用或者使用了效果性能不理想的水處理設(shè)備，就等同于沒有進(jìn)行水處理。故此，這就需要各使用單位領(lǐng)導(dǎo)樹立“安全第一，預(yù)防為主”的思想，真正認(rèn)識到水處理工作的重要性，嚴(yán)把鍋爐配套水處理設(shè)備的質(zhì)量關(guān)。要嚴(yán)格按GB1576-85《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》以及《鍋爐水處理監(jiān)督管理規(guī)則》辦事，對于1T/H型以上的鍋爐，應(yīng)配備專職水處理操作工和化驗人員，并建立健全水處理崗位和化驗崗位責(zé)任制。各水處理操作工應(yīng)忠于職守，認(rèn)真操作；化驗人員應(yīng)定期抽檢水質(zhì)情況，及時向水處理操作工通報，使其及時得以調(diào)整，確保水質(zhì)的合格。對2T/H型以下鍋爐，凡配備水處理操作工有困難的，則應(yīng)該對司爐工進(jìn)行培訓(xùn)，然后采取兼職的辦法。各使用單位的鍋爐房管理人員，要經(jīng)常檢查水處理設(shè)備運行情況，發(fā)現(xiàn)損壞時應(yīng)及時修理；只有這樣，才能有效避免因鍋爐水處理設(shè)備而產(chǎn)生的問題，確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行。
?????? 對進(jìn)入鍋爐之前的水，即鍋爐給水中的懸浮物、膠體物、有機物、各種溶解的鹽類和氣體進(jìn)行處理，并對鍋內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，使鍋爐給水和鍋水的品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)的過程。鍋爐水處理的目的是為了防止鍋爐水汽系統(tǒng)結(jié)垢、積鹽和腐蝕。
鍋爐給水品質(zhì)不良會引起：①在鍋爐管子內(nèi)壁上結(jié)水垢；②蒸汽品質(zhì)惡化，在過熱器和汽輪機通流部分生成沉積物；③鍋爐和水汽通道內(nèi)壁發(fā)生金屬腐蝕。這些后果都直接影響鍋爐的傳熱效果，降低鍋爐、汽輪機的效率，嚴(yán)重時甚至?xí)斐慑仩t爆管事故。由于水垢的導(dǎo)熱能力只有鋼鐵的幾十分之一到幾百分之一，有些低壓鍋爐受熱面上積1毫米厚的水垢，燃料耗量就會增加1.5～2.0％。鍋爐水處理的任務(wù)就是針對鍋爐的爐型、 參數(shù)和原水品質(zhì)，按照鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的處理方法以保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)地運行。高參數(shù)大容量的電站鍋爐對給水品質(zhì)的要求很高。以一臺蒸發(fā)量為1000噸／時的直流鍋爐為例：每千克給水所含的鹽分不超過0.05毫克，即為干凈自來水（每千克約含鹽0.1～0.7克）所含鹽分的萬分之一左右，甚至比醫(yī)用蒸餾水的含鹽量還少。即使這樣，在一年運行期中還會有幾百公斤的鹽分進(jìn)入鍋爐。當(dāng)然，最終留在鍋爐中的僅是一部分。許多國家都制訂有各類鍋爐的給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
處理范圍? 鍋爐水處理主要包括補給水（即鍋爐的補充水）處理、凝結(jié)水（即汽輪機凝結(jié)水或工藝流程回收的凝結(jié)水）處理、給水除氧、給水加氨和鍋內(nèi)加藥處理4部分。
補給水處理? 因蒸汽用途（供熱或發(fā)電）和凝結(jié)水回收程度的不同，鍋爐的補給水量也不相同。凝汽式電站鍋爐的補給水量一般低于蒸發(fā)量的3％,供熱鍋爐的補給水量可高達(dá)100％。補給水處理流程如下：
?、佟☆A(yù)處理：當(dāng)原水為地表水時，預(yù)處理的目的是除去水中的懸浮物、膠體物和有機物等。通常是在原水中投加混凝劑（如硫酸鋁等），使上述雜質(zhì)凝聚成大的顆粒，借自重而下沉，然后過濾成清水。當(dāng)以地下水或城市用水作補給水時，原水的預(yù)處理可以省去，只進(jìn)行過濾。常用的澄清設(shè)備有脈沖式、水力加速式和機械攪拌式澄清器；過濾設(shè)備有虹吸濾池、無閥濾池和單流式或雙流式機械過濾器等。為了進(jìn)一步清除水中的有機物，還可增設(shè)活性炭過濾器。
?、凇≤浕?采用天然或人造的離子交換劑,將鈣、鎂硬鹽轉(zhuǎn)變成不結(jié)硬垢的鹽，以防止鍋爐管子內(nèi)壁結(jié)成鈣鎂硬水垢。對含鈣鎂重碳酸鹽且堿度較高的水，也可以采用氫鈉離子交換法或在預(yù)處理（如加石灰法等）中加以解決。對于部分工業(yè)鍋爐，這樣的處理通常已能滿足要求，雖然給水的含鹽量并不一定明顯降低。
③ 除鹽：隨著鍋爐參數(shù)的不斷提高和直流鍋爐的出現(xiàn)，甚至要求將鍋爐給水中所有的鹽分都除盡。這時就必須采用除鹽的方法?；瘜W(xué)除鹽所采用的離子交換劑品種很多，使用最普遍的是陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，簡稱“陽樹脂”和“陰樹脂”。在離子交換器中，含鹽水流經(jīng)樹脂時，鹽分中的陽離子和陰離子分別與樹脂中的陽離子(H+?)和陰離子(OH-?)發(fā)生變換后被除去。圖為常用的給水化學(xué)除鹽系統(tǒng)示意圖。
當(dāng)水的堿度較高時，為了減輕陰離子交換器的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，在陽離子交換器之后一般都要求串聯(lián)脫碳器以除去二氧化碳。含鹽量特別高的水，也可采用反滲透或電滲析工藝，先淡化水質(zhì)，再進(jìn)入離子交換器進(jìn)行深度除鹽。對高壓以上的鍋筒鍋爐或直流鍋爐，還必須除去給水中的微量硅；中、低壓鍋爐則按含量情況處理。
凝結(jié)水處理? 凝結(jié)水在循環(huán)過程中，會受到汽輪機凝汽器冷卻水泄漏和系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物等引起的污染，有時也需要進(jìn)行處理。其典型的處理流程為
凝結(jié)水的處理量與鍋爐的參數(shù)、爐型（如有無鍋筒或分離器）和凝結(jié)水的污染情況有關(guān)。隨著鍋爐參數(shù)的提高，凝結(jié)水的處理量一般逐漸增加。對超臨界壓力鍋爐應(yīng)全部處理；對超高壓及亞臨界壓力鍋爐處理量為25～100％;對有鍋筒的高壓以下鍋爐一般不進(jìn)行處理。常用的凝結(jié)水處理設(shè)備有纖維素覆蓋過濾器和電磁過濾器等。凝結(jié)水在其中除去腐蝕產(chǎn)物（氧化銅和氧化鐵等）后，再進(jìn)入混合床或粉末樹脂覆蓋過濾器進(jìn)行深度除鹽。
給水除氧? 鍋爐給水中的溶解氧會腐蝕熱力系統(tǒng)的金屬。腐蝕產(chǎn)物在鍋爐熱負(fù)荷較高處結(jié)成銅鐵垢，使傳熱惡化，甚至造成爆管或在汽輪機高壓缸中沉積，使汽輪機效率降低。因此，經(jīng)過軟化或除鹽的補給水和凝結(jié)水，在進(jìn)入鍋爐之前一般都要除氧。常用的除氧方式有熱力除氧和真空除氧等，有時還輔以化學(xué)除氧。所謂熱力除氧,就是當(dāng)給水在除氧器中被加熱到沸騰時,氣體在水中的溶解度降低,使氣體從水中逸出,排入大氣。按工作壓力來分,應(yīng)用較多的熱力除氧器有0.12兆帕和0.6兆帕的。熱力除氧時水必須加熱到飽和溫度，除氧水的表面積要大（如采用淋水或霧化播散裝置），以便逸出的氣體能夠迅速地排出。真空除氧常在汽輪機凝汽器中進(jìn)行。化學(xué)除氧就是在給水中添加聯(lián)胺或亞硫酸鈉，將水中含氧量進(jìn)一步減少。
給水加氨和鍋內(nèi)加藥處理? 經(jīng)補給水處理、凝結(jié)水處理和給水除氧后的鍋爐給水，一般都要求添加氨或有機胺等以提高給水的pH值，防止酸性水對金屬部件的腐蝕。對有鍋筒的鍋爐一般都要進(jìn)行鍋內(nèi)處理。處理時，在鍋筒內(nèi)投加磷酸三鈉或其他化學(xué)劑，把水中能形成水垢的鹽類雜質(zhì)變成可以在排污時排掉的泥渣，以防止或減緩水垢的形成。
趨勢? 鍋爐水處理的總趨勢是：①隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越廣泛地采用化學(xué)除鹽，以提高鍋爐給水品質(zhì)。②發(fā)展各種大容量、高流速和高效率的新型水處理設(shè)備，以降低水處理設(shè)備的投資和運行費用。③提高水處理設(shè)備的自動化程度。