鍋爐水處理

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鍋爐水處理
boiler water treatment

   對進入鍋爐之前的水，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行處理，并對鍋內水質進行調整，使鍋爐給水和鍋水的品質符合標準的過程。鍋爐水處理的目的是為了防止鍋爐水汽系統結垢、積鹽和腐蝕。
   鍋爐給水品質不良會引起：①在鍋爐管子內壁上結水垢；②蒸汽品質惡化，在過熱器和汽輪機通流部分生成沉積物；③鍋爐和水汽通道內壁發生金屬腐蝕。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，嚴重時甚至會造成鍋爐爆管事故。由于水垢的導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％。鍋爐水處理的任務就是針對鍋爐的爐型、 參數和原水品質，按照鍋爐水質標準選擇合適的處理方法以保證鍋爐安全、經濟地運行。高參數大容量的電站鍋爐對給水品質的要求很高。以一臺蒸發量為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入鍋爐。當然，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量標準。
   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，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行處理，并在鍋水內添加某些藥品以減緩水垢的生成，延長鍋爐的連續運行期。隨著鍋爐參數不斷提高，進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，鍋爐水汽系統對鍋爐水質也提出了更高的要求。為此而采用了蒸發器，用蒸餾水來補充鍋爐給水。20世紀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的一項大進展。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。各種更為新型的現代除鹽設備也相繼出現，進一步促進了鍋爐水處理技術的發展。
   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、凝結水（即汽輪機凝結水或工藝流程回收的凝結水）處理、給水除氧、給水加氨和鍋內加藥處理4部分。
   補給水處理  因蒸汽用途（供熱或發電）和凝結水回收程度的不同，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量的3％,供熱鍋爐的補給水量可高達100％。補給水處理流程如下：[]
   ①  預處理：當原水為地表水時，預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），使上述雜質凝聚成大的顆粒，借自重而下沉，然后過濾成清水。當以地下水或城市用水作補給水時，原水的預處理可以省去，只進行過濾。常用的澄清設備有脈沖式、水力加速式和機械攪拌式澄清器；過濾設備有虹吸濾池、無閥濾池和單流式或雙流式機械過濾器等。為了進一步清除水中的有機物，還可增設活性炭過濾器。
   ②  軟化:采用天然或人造的離子交換劑,將鈣、鎂硬鹽轉變成不結硬垢的鹽，以防止鍋爐管子內壁結成鈣鎂硬水垢。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處理（如加石灰法等）中加以解決。對于部分工業鍋爐，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：隨著鍋爐參數的不斷提高和直流鍋爐的出現，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()發生變換后被除去。圖[常用的給水化學除鹽系統示意圖]為常用的給水化學除鹽系統示意圖。
   當水的堿度較高時，為了減輕陰離子交換器的負擔，提高系統運行的經濟性，在陽離子交換器之后一般都要求串聯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，再進入離子交換器進行深度除鹽。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。
   凝結水處理  凝結水在循環過程中，會受到汽輪機凝汽器冷卻水泄漏和系統腐蝕產物等引起的污染，有時也需要進行處理。其典型的處理流程為[]
   凝結水的處理量與鍋爐的參數、爐型（如有無鍋筒或分離器）和凝結水的污染情況有關。隨著鍋爐參數的提高，凝結水的處理量一般逐漸增加。對超臨界壓力鍋爐應全部處理；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行處理。常用的凝結水處理設備有纖維素覆蓋過濾器和電磁過濾器等。凝結水在其中除去腐蝕產物（氧化銅和氧化鐵等）后，再進入混合床或粉末樹脂覆蓋過濾器進行深度除鹽。
   給水除氧  鍋爐給水中的溶解氧會腐蝕熱力系統的金屬。腐蝕產物在鍋爐熱負荷較高處結成銅鐵垢，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，經過軟化或除鹽的補給水和凝結水，在進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，有時還輔以化學除氧。所謂熱力除氧,就是當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行?；瘜W除氧就是在給水中添加聯胺或亞硫酸鈉，將水中含氧量進一步減少。
   給水加氨和鍋內加藥處理  經補給水處理、凝結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行鍋內處理。處理時，在鍋筒內投加磷酸三鈉或其他化學劑，把水中能形成水垢的鹽類雜質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  鍋爐給水處理的總趨勢是：①隨著化學工業的迅速發展，越來越廣泛地采用化學除鹽，以提高鍋爐給水品質。②發展各種大容量、高流速和高效率的新型水處理設備，以降低水處理設備的投資和運行費用。③提高水處理設備的自動化程度。
　　　　　　　　　　　　　韓不平　張榮燕