工業鍋爐水處理技術

是指對鍋爐系統用一級或二級除鹽水、鍋爐水和蒸汽凝結水的物理或化學處理技術。即通過除鹽水pH調節控制給水系統的酸均勻腐蝕，除氧器和除氧劑控制鍋爐熱力系統的氧腐蝕，爐內化學處理控制爐內的結垢、腐蝕、沉積和夾帶，凝結水腐蝕控制，防止蒸汽凝結水系統的酸和氧腐蝕。

在鍋爐水處理過程中，鍋爐設備和管線易發生的主要問題是：腐蝕、結垢/沉積物、鍋水夾帶問題。為了保持這些主要問題在控制狀態下，實施綜合的處理方案是必要的。

鍋爐給水中的雜質可以分為三種類型：溶解固體；溶解氣體；懸浮物質。對於中壓鍋爐，目前的給水預處理已經可以將鹽類物質處理在很低的水平，電導率一般都會小於5u/cm2(高壓鍋爐小於0.2)，硬度為0，因此結垢問題不會在給水管線和設備上發生，但進入鍋爐后，由於鍋爐的蒸發濃縮，會產生硅及腐蝕產物的沉積問題。然而，由於給水中的溶解氣體(O2和CO2)和回水中的腐蝕產物(Fe或Cu)，會導致給水系統的腐蝕問題，進而影響鍋爐設備的腐蝕控制，

許多腐蝕問題發生在鍋爐的熱交換區域-蒸發器、水冷壁、隔板、排污閥和過熱器。其它常見問題的區域包括：除氧器、給水預熱器和省煤器。控制給水系統腐蝕的關鍵是：穩定調節給水pH值，清除給水中的溶解O2。

穩定調節給水pH值

為了防止給水系統的腐蝕，國標要求給水的pH值應控制8.8-9.2範圍內。

但常規氨水調節有其負面效應：

1．相同溫度下，CO2的分配系統比NH3的大得多，即汽相中CO2的濃度較高，所以蒸汽冷凝時，水相中的NH3/CO2比值比氣相中的大；而當蒸發時，氣相中的NH3/CO2比值比水相中的小。因此，給水進行氨調整時，熱力系統中有些部位可能出現氨量過剩，有些部位可能出現氨量不足，從而影響氨的處理效果。導致不同部位產生pH差異。

2．給水pH值超過9.2，也就意味著水、汽系統中氨的量較多，在氨的富集區，容易引起銅合金材料的腐蝕，因為這時NH3將與Cu形成可溶性的銅氨絡離子Cu(NH3)42+，即發生銅合金的氨腐蝕。

3．氨水有很難聞的氣味，使用不方便，操作環境比較惡劣，會對操作人員的建康造成危害。操作存在安全隱患。

清除給水中的溶解氧

給水中的溶解氧是鍋爐及輔助設備腐蝕的主要原因。

如果腐蝕產物夾帶進入鍋爐，將會沉積在鍋爐表面，將會導致換熱效率下降，和可能的爐管故障。為了防止溶解氧產生的氧腐蝕，必須對給水進行除氧。高效的除氧器能清除補充水中的絕大部分氧，能機械的將氧清除在15甚至7ppb以下的水平。然而，這仍然不夠，因為腐蝕仍可能因氧在鍋爐的濃縮，在高溫、中壓下於鍋爐系統中產生，還需通過化學方法將其完全除去，如果溶解超過15，達到30-50ppb，熱力系統的腐蝕將非常嚴重，表現在蒸汽和凝液的鐵含量嚴重超標。氧導致的腐蝕主要包括：

給水管線、泵和排污閥等的腐蝕；省煤器腐蝕；鍋爐汽水分離設備腐蝕；蒸汽凝結水管線腐蝕等。

但常規化學方法，即聯氨，其除氧有固有的缺點：

1、易揮發、易燃、易爆；

2、會產生致癌問題；

3、蒸汽中仍有10%左右殘餘，不能用於生活；

4、與氧反應速度受溫度、pH(9-11)和過剩量的影響；

5、高溫時，分解生成的NH3，會與Cu形成可溶性的銅氨絡離子Cu(NH3)4，即發生銅或合金的氨腐蝕。

鍋爐的蒸發會導致雜質濃縮。鍋爐中的垢在熱交換表面的沉積，或懸浮物質沉積在金屬表面上，變硬、變粘。鍋爐中的高溫會分解一些礦物質，引起其它物質溶解度降低。

水中的雜質和沉積物會導致結垢和沉積物，如：二氧化硅、懸浮物，或溶解的鐵、油和其它工藝污染物。

溶解的鈣和鎂的重碳酸根受熱會分解釋放出二氧化碳，並形成不溶性的碳酸鹽。

二氧化硅通常在水中不會大量出現，但在某種條件下會形成硬垢。尤其是在原水處理不徹底的情況下，膠體硅進入化學水系統，且不能被離子交換工藝去除，必然進入鍋爐系統，必然增大硅垢形成的趨勢，從而降低蒸汽的品質。

硅酸化合物在水中的溶解度很小，其中溶解性的硅酸稱為活性硅(或溶硅)，而大部分卻在水中進行聚合而成為雙分子或三分子聚合物，最後成為完全不溶解的多分子聚合物，即稱為膠體硅。它們在水中處於動平衡狀態，並隨pH值而變化，當pH值高時，較多轉變為可溶性硅。因此控制爐水的pH>9.5相當關鍵。硅酸化合物存在於水和蒸汽中的危害很大，一旦進入鍋爐后，膠體硅隨著壓力及pH值升高而轉化為溶硅，從而使爐水中的含硅量不斷增加，有時即使加大排污量也難以改變爐水含硅量，同時，硅酸在高溫的蒸汽中有較大的溶解度，並隨壓力、溫度的升高而溶解度不斷增大，因此，進入鍋爐的硅酸在爐內的沉積雖然不多，卻大部分被蒸汽帶走，硅酸隨著蒸汽的做功過程，溫度、壓力的降低，而溶解度降低，因此就沉在汽輪機的葉片或噴嘴中形成質硬的硅酸鹽垢，嚴重時，可使氣壓機效率大幅度下降，阻塞通道，限制出力，影響氣壓機的生產安全，為此，必須控制給水的含硅量，並使用化學品防止爐水的夾帶。

回用凝結水的腐蝕產生的鐵和銅也能引起系統潛在的腐蝕和沉積物。

鍋爐給水中含有銅和鐵時，會在金屬受熱面上形成銅垢或鐵垢，由於金屬表面與銅垢、鐵垢沉積物之間的電位差異，從而引起了金屬的局部腐蝕，這種腐蝕一般是坑蝕，容易造成金屬空孔或爆裂，導致設備、管線和閥門的泄漏，所以危害性很大，因此，嚴格控制給水中銅和鐵的含量，是防止鍋爐腐蝕的必要措施。給水中的銅與鐵，一般來源於凝結水、補給水以及生產回水系統，因此必須通過添加緩蝕劑或機械過濾器等防止以上水系統的腐蝕。

油和其它工藝污染物會形成沉積物，並會促進其它雜質的沉積，導致夾帶現象。

結垢和沉積物會在鍋爐表面，特別是爐管上形成一層絕緣層，這會阻止爐管與爐水循環水的熱交換。這種過熱最終導致爐管故障。這層絕緣層也會導致更高的能量消耗。鍋爐沉積物也會部分或全部阻塞爐管，隨之導致爐管過熱或爆管故障。沉積物最終導致不定期的停車、增加清洗費用。

腐蝕最終導致設備、管線和閥門和金屬損傷，造成這些部位的泄漏，鍋爐金屬由於與水汽直接接觸，再經過低溫加熱器、除氧器、高溫加熱器、鍋爐、凝汽器等，這個過程為鐵的腐蝕提供了足夠的停留時間，例如，鐵或磁性四氧化三鐵轉換為氧化鐵，導致腐蝕。

因此，需要採用有效的爐內處理技術，並結合凝結水處理技術對結垢和腐蝕進行綜合控制，才能真正處理好鍋爐系統的此類問題。

目前的中壓鍋爐水系統採用磷酸三鈉處理，受自身性質的影響，有明顯的處理缺點：

1、PO43-對水垢的抑制沒有低劑量(閾值)效應，故對水垢沒有抑制效果，只能生成Ca10(OH)2(PO4)6水渣，且是按化學計量形成的，排污量大，否則爐內難免有磷酸鹽的過飽和沉積，增加夾帶的趨勢；

2、PO43-本身是成垢基團，在高溫高壓下無法對鍋爐提供有效的鈍化防護，因化合的磷酸鐵鹽是其與腐蝕性離子Fe3+形成的；

3、PO43-對鍋水的pH緩衝能力有限，且在鍋爐負荷發生變化時易出現磷酸鹽的“暫時消失”，導致磷酸鈉加入過量；

4、生成的鹽類，易因夾帶進入蒸汽系統中，導致蒸汽系統汽輪機的結垢和管線的腐蝕。表現為蒸汽系統中Na+、SiO2等含量偏高。

5、對給水帶入的Fe和SiO2沒有分散效果，易導致局部沉積，產生電化學腐蝕。

6、磷酸鹽垢曾在一些鍋爐系統的汽輪機葉片和透平上反映的比較突出，表明蒸汽中有磷酸鹽垢夾帶進入汽輪機系統。日積月累，對汽輪機長期安全、穩定運行造成嚴重後果。

與鍋爐操作相關的另一個重要問題是鍋水夾帶，即鍋水雜質成份進入蒸汽，影響蒸汽的品質。夾帶的起因可能是物理的或化學的。

物理原因包括：鍋爐操作(突然負荷改變、水量增加等)、泄漏/破裂和不充分或較差的蒸汽分離設備。化學原因包括更高的鍋水固體或硅含量或給水中的油、有機物質或冷卻水中的污染物。夾帶的有害影響包括：

1、雜質導致汽水分離設備腐蝕。

2、過熱器出現沉積及可能的故障。

3、渦輪葉片出現沉積，及隨之而來的效率和能力下降。

4、蒸汽中的水可能導致溫度急增、蒸汽系統設備的腐蝕或侵蝕。

5、與蒸汽接觸產生的人為污染。

如果夾帶本質上是化學因素引起，有時可使用防沫劑加以控制。然而，沒有方法能替代正確的鍋爐操作、控制和每一個鍋爐停車期間的汽包內部檢查。

增加凝結水返回量意味著增加熱效率，增加鍋爐的濃縮倍數，使用更少的化學品，同時也意味著更好的處理效果，更長的設備壽命。

凝結水是由蒸汽做功之後凝結而成的，水質應該是非常純的，但若凝結水管線未受到保護，會產生一系列問題。蒸汽在低pH運行導致的腐蝕、給水加氨導致的氨蝕或鍋水的夾帶引入的鈉、硅等易在蒸汽管線和汽輪機上沉積，產生電位腐蝕生成金屬腐蝕產物。污染后的鍋爐給水，銅、鐵的顆粒會返回到鍋爐，產生電位腐蝕。使凝結水受到污染，包括：

(1) 蒸汽系統的凝汽器滲漏。通常在凝汽器的管子與管板結合的地方，出現了不嚴密處，使得冷卻水滲漏到凝結水中；或是由於系統的腐蝕而出現裂紋、穿孔、損壞等造成凝汽器的泄漏，使凝結水受到污染。

(2) 金屬腐蝕產物的污染。凝結水系統的設備和管路由於某種原因被腐蝕，金屬腐蝕產物進入凝結水中，其中主要是鐵和銅的腐蝕產物的污染。

(3) 熱用戶返回水的雜質污染。熱用戶返回的凝結水中，往往含有許多雜質，隨著不同的應用場合與生產工藝，雜質的成分與污染的途徑也不同，有時也有未經處理的原水、油類等漏入蒸汽的凝結水中。

基本信息

書名：工業鍋爐水處理技術

圖書編號：1225829

出版社：氣象出版社

定價:29.5

ISBN：750292918

作者：郝景泰

出版日期:2003-08-01

版次：1

開本：小32開

簡介

本書全面而系統地介紹了工業鍋爐水處理的基本知識，包括鍋爐基本知識，水的鍋爐內、鍋爐外化學藥劑處理，水的預處理、離子交換處理及自動再生離子交換器的運行操作技術，鍋爐結垢、腐蝕的原因和防止措施，鍋爐的化學清洗，水質標準及水質分析方法等，附錄中提供了一些常用的數據資料以備查用。

本書經國家質量技術監督局鍋爐壓力容器安全監察局審定，可作為從事低壓鍋爐水處理運行和檢驗人員的培訓教材，也可作為與此書所介紹的技術有關的設計和管理人員的參考書。

目錄

第一章 化學基礎知識

第一節 化學的基本概念

一、物質的組成

二、元素和元素符號

三、原子的構成

四、分子、他子式與化合價

五、常見的化學反應及運用化學方程式的有關計算

第二節 摩爾及物質的量

一、摩爾

二、摩爾質量

三、物質的量

四、溶液的濃度及其表示方法

第三節 酸、鹼、鹽、氧化特及其絡合物

一、酸及其一般性質

二、鹼及其一般性質

三、鹽及其一般性質

四、氧化物及其一般性質

第四節 化學反應速度與化學平衡

一、化學反應速度

二、化學平衡

第五節 電離平衡

一、電解質及其電離

二、弱電解質及其電離

三、水的電離及其pH值

四、緩衝溶液

五、離子反應式

六、鹽類的水解

第二章 鍋爐用水概述

第一節 天然水的特點及我國天然水的分佈

一、天然水的特點

二、我國天然水分佈的特點

第二節 天然水中的雜質

一、懸浮物

二、膠體

三、溶解物質

第三節 碳酸化合物的存在形態與pH值的關係

一、碳酸化合物的存在形態

二、碳酸化合特的形態與pH值的關係

三、pH、[HCO3]和[CO*2]的關係

四、pH值和各種碳酸化合特相對含量之間的關係

第四節 鍋爐用水的水源及其名稱

一、鍋爐用水的水源

二、鍋爐用水的名稱

第五節 水質不良對鍋爐的危害

……

第三章 鍋爐基本知識

第四章 鍋爐的腐蝕與保護

第五章 水垢的形成與防止

第六章 鍋內加藥處理方法及其排污

第七章 水的預處理

第八章 鍋外離子交換水處理

第九章 鍋爐化學清洗

第十章 水質分析方法

第十一章 溶液的配製與標定方法

附錄