一、鍋爐用水基本知識
一、鍋爐用水基本知識
??? 搞好鍋爐水質處理工作,直接關系到鍋爐經濟安全運行與鍋爐的使用壽命。鍋爐用水的質量好壞,是鍋爐經濟安全運行的重要因素。因此,學習掌握一些有關水的基本特性,?采用適當的水處理措施,對于鍋爐水處理設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當中的其中的一種。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。因其溶解能力很大,?當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、塵埃和細菌等雜質。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果往往混入不溶或可溶性雜質：如泥沙、動植物殘骸及可溶性鹽類。地表水的成分,?隨地區的不同,?其成分有較大的差別。就同一地區的地表水而言,?隨季節的不同,?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。地表水經處理后,?可作為鍋爐給水。
應當指出,?海水亦屬地表水,但由于它含鹽量高,?硬度大,?如不經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。由于經過地層的滲透過濾,?通常懸浮雜質較少,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。地下水溶解礦物質的程度決定于土質中礦物質的成分、接觸時間和水流經路程的長短。
一般地下水水質是比較穩定的,?受季節變化影響較小,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,水質情況很復雜,較大多數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、天然水中雜質及其對鍋爐的危害
天然水中含有各種雜質,按其顆粒大小不同,可以分為三類?:
1）懸浮物質
懸浮物質顆粒直徑在4-10mm以上的雜質,這些雜質構成了天然水的渾濁度和色度,懸浮物質在水中是不穩定的?,?其較輕物質浮于水面(如油脂等),較重物質靜置時會下降(如沙石、粘土和動植物尸體碎片和纖維等)。
懸浮物的存在，會影響離子交換設備及鍋爐的安全經濟運行,如果它們在離子交撓器內沉積,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量。如懸浮物直接進入鍋爐,?它會在鍋筒內沉積,使傳熱情況變壞,金屬因過熱損壞而發生事故。
2）膠體物質
膠體物質是指顆粒直徑在4mm-10mm或6mm-10mm之間的雜質。
天然水中的膠體,?一類是硅、鐵、鋁等礦物質膠體;另一類是由動植物腐敗后的腐殖質形成的有機膠體。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,?所以可以在水中穩定存在。若不除去水中的膠體物質,將會使鍋爐結成難以去除的堅硬水垢，并使鍋爐水產生大量泡沫,?引起汽水共騰,?污染蒸汽品質,?影響鍋爐的正常運行。
3）溶解物質
水中溶解的物質主要是氣體和礦物質的鹽類,它們都是以分子或離子狀態存在于水中,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氣體,有時還有些硫化氫氣體。氧是由大氣中溶解進去的,二氧化碳和硫化氫是有機物分解或氧化而產生的。
水中溶解的鹽類都是以離子狀態存在的。它們是由于地層中礦物質溶解而來的。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。這些雜質若不去除,?會造成鍋爐結垢、腐蝕，污染蒸汽品質,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,?或者產生汽水共騰,以至發生堵管、爆管等重大事故,?破壞鍋爐的安全經濟運行。
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二、鍋爐用水的分類
鍋爐用水,?根據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
直接進入鍋爐,被鍋爐蒸發或加熱使用的水稱為鍋爐給水。給水通常由補給水和生產回水兩部分混合而成。
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回收外,補充供給的那一部分水。因為鍋爐給水有嚴格規定的質量要求,所以補給水一般都要經過適當的處理。當鍋爐沒有生產回水時,?補給就等于給水。
4.?生產回水
當蒸汽或熱水的熱能利用之后,?其凝結水或低溫水應盡量回收,循環使用這部分水稱為生產回水。提高給水中回水所占的比例,不僅可以改善水質,而且可以減少生產補給水的工作量。如果蒸汽或熱水在生產流程中已被嚴重污染,那就不能進行回收。
5.?軟化水
原水經過軟化處理,?使總硬度達到一定的標準,?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(過量的鹽分、堿度等)和懸浮性水渣,?以保證鍋爐水質符合GB1576?水質標準的要求?,?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、不良水質對鍋爐的危害
1、水垢
鍋爐是一種熱交換設備，是產生蒸汽貨熱水的；實現換熱過程必須用水作為傳能的介質。水在鍋內受熱為水中的雜質提供了化學反應和不斷濃縮的條件，當雜質在鍋內水中達到飽和時，會有固體物質析出，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。因此鍋爐結垢會產生如下幾種危害。
1）浪費燃料：鍋爐結垢后，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，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，致使爐膛和煙氣的溫度升高。因此，受熱面兩側的溫差增大，金屬璧溫升高，強度降低，在鍋內壓力作用下，發生鼓包，甚至爆炸。
3）降低鍋爐出力：鍋爐結垢后，由于傳熱性能變差，要達到額定蒸發量，就需要消耗更多的燃料，但隨著結垢厚度的增加，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）消耗化學除垢藥劑：水垢要徹底清除才能保證鍋爐的安全和經濟運行。而除垢通常采用化學藥劑（酸、堿），不僅要消耗大量的化學藥品及污染環境，還會因酸洗不當，或酸洗頻繁而影響鍋爐的使用壽命。
2、腐蝕
水質不良對鍋爐的另一危害就是引起金屬腐蝕。后果如下：
1）金屬構件破壞：
鍋爐的省煤器、水冷壁、對流管束及鍋筒集箱等構件會因水質不良（水中含有氧氣、酸性和堿性物質）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，嚴重影響鍋爐的安全運行；縮短使用壽命，造成經濟損失。尤其是熱水鍋爐，循環水量大，腐蝕更為嚴重。
2）產生垢下腐蝕：
含有高價鐵的水垢，容易引起與水垢接觸的金屬腐蝕。而鐵的腐蝕產物又容易重新結成水垢。這是一種惡性循環，它會迅速導致鍋爐部件損壞。尤其是燃油鍋爐金屬腐蝕產物的危害更大。
3）汽水共騰：
發生在蒸汽鍋爐上，是鍋內的水被蒸汽大量帶走的現象。產生汽水共騰的原因除了運行操作不當外，主要因水質不良造成（當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生皂化時，在鍋水沸騰蒸發過程中，液面就會產生泡沫，形成汽水共騰）。
3、雜質堵塞
由于不同使用環境當中的水質不同，當鍋爐水循環系統當中出現了各種雜質時，會導致堵塞管子，使鍋爐的蒸汽品質降低；水位計看不清水位，出現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、鍋爐配套水處理設備
鍋爐配套系列水處理設備包括：熱力除氧器；全自動加藥設備；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、鍋爐水處理設備選購要點
鍋爐水處理工作是否能真正落實到實處，關鍵在于管理。如果有水處理設備而不使用或者使用了效果性能不理想的水處理設備，就等同于沒有進行水處理。故此，這就需要各使用單位領導樹立“安全第一，預防為主”的思想，真正認識到水處理工作的重要性，嚴把鍋爐配套水處理設備的質量關。要嚴格按GB1576-85《低壓鍋爐水質標準》以及《鍋爐水處理監督管理規則》辦事，對于1T/H型以上的鍋爐，應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任制。各水處理操作工應忠于職守，認真操作；化驗人員應定期抽檢水質情況，及時向水處理操作工通報，使其及時得以調整，確保水質的合格。對2T/H型以下鍋爐，凡配備水處理操作工有困難的，則應該對司爐工進行培訓，然后采取兼職的辦法。各使用單位的鍋爐房管理人員，要經常檢查水處理設備運行情況，發現損壞時應及時修理；只有這樣，才能有效避免因鍋爐水處理設備而產生的問題，確保鍋爐的安全經濟運行。
?????? 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。
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。化學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。化學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。