鍋爐水處理
鍋爐水處理
boiler water treatment
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(jī)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(huì)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(jī)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(jī)的效率，嚴(yán)重時(shí)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(huì)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(yùn)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(tái)蒸發(fā)量為1000噸／時(shí)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(yùn)行期中還會(huì)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)。
簡史 早期的小型鍋爐直接采用天然水，或僅用一些簡單的方法除去水中的懸浮物和大顆粒雜質(zhì)，這種鍋爐常常需要停爐清除水垢。后來，人們采用鈉沸石等天然軟化劑對給水進(jìn)行處理，并在鍋水內(nèi)添加某些藥品以減緩水垢的生成，延長鍋爐的連續(xù)運(yùn)行期。隨著鍋爐參數(shù)不斷提高，進(jìn)入鍋爐的水量越來越大，鍋爐單位受熱面積的吸熱量也不斷增加，鍋爐水汽系統(tǒng)對鍋爐水質(zhì)也提出了更高的要求。為此而采用了蒸發(fā)器，用蒸餾水來補(bǔ)充鍋爐給水。20世紀(jì)30年代，人造離子交換樹脂（一種不溶于水的顆粒狀高分子化合物）問世，并被用于鍋爐給水除鹽，取得了良好的效果，這是鍋爐水處理技術(shù)的一項(xiàng)大進(jìn)展。此后，除鹽裝置普遍采用離子交換樹脂。從50年代末起，又陸續(xù)研究成功多孔型樹脂、大孔型樹脂和其他種類的新型樹脂。各種更為新型的現(xiàn)代除鹽設(shè)備也相繼出現(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了鍋爐水處理技術(shù)的發(fā)展。
處理范圍 鍋爐水處理主要包括補(bǔ)給水（即鍋爐的補(bǔ)充水）處理、凝結(jié)水（即汽輪機(jī)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(bǔ)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(bǔ)給水量也不相同。凝汽式電站鍋爐的補(bǔ)給水量一般低于蒸發(fā)量的3％,供熱鍋爐的補(bǔ)給水量可高達(dá)100％。補(bǔ)給水處理流程如下：[]
① 預(yù)處理：當(dāng)原水為地表水時(shí)，預(yù)處理的目的是除去水中的懸浮物、膠體物和有機(jī)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(bǔ)給水時(shí)，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(jī)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(jī)械過濾器等。為了進(jìn)一步清除水中的有機(jī)物，還可增設(shè)活性炭過濾器。
② 軟化: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(shí)就必須采用除鹽的方法。化學(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(shí)，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[常用的給水化學(xué)除鹽系統(tǒng)示意圖]
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(shí)，為了減輕陰離子交換器的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)運(yùn)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(huì)受到汽輪機(jī)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(shí)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(huì)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(jī)高壓缸中沉積，使汽輪機(jī)效率降低。因此，經(jīng)過軟化或除鹽的補(bǔ)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(shí)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(shí),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(shí)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(jī)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(bǔ)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(jī)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(shí)，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(shí)排掉的泥渣，以防止或減緩水垢的形成。
趨勢 鍋爐給水處理的總趨勢是：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(yùn)行費(fèi)用。③提高水處理設(shè)備的自動(dòng)化程度。
韓不平 張榮燕
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