鍋爐原理課件10章

1、第十章 供熱鍋爐水處理,§1.1 水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),§1.2 鈉離子交換軟化,§1.3 離子交換除堿,§1.4 給水除氧及鍋爐的排污,返 回,,,,,,§10.1 水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,一、水中的雜質(zhì)及其危害性 1．水中的雜質(zhì) 雜質(zhì)按其顆粒大小的不同可分成三類：顆粒最大的稱為懸浮物，其次是膠體，最小是離子和分子，即溶解物質(zhì)。 1）懸

2、浮物 懸浮物是指水流動時呈懸浮狀態(tài)存在，但不溶于水的顆粒物質(zhì)，其顆粒直徑在10-4 mm以上，通過濾紙可以被分離出來。主要是砂子，粘土以及動植物的腐敗物質(zhì)。 2）膠體 膠體是顆粒直徑在10-6~10-4mm之間的微粒，是許多分子和離子的集合體，通過濾紙不能分離出來。它們在水中不能相互粘合，而是穩(wěn)定在微小的膠體顆粒狀態(tài)下，不能依靠重力自行下沉。天然水中的有機膠體多半是由動植物腐爛和分解后生成的腐植質(zhì)

3、，同時還帶有一部分礦物膠質(zhì)體，主要是鐵、鋁和硅等的化合物。,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,3）溶解物質(zhì) 天然水中的溶解物質(zhì)主要是鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類和一些溶解氣體。（1）鹽類 這些鹽類大都是以離子狀態(tài)存在，其顆粒小于10-6mm。 Ca2+：石灰石(CaCO3)和石膏(CaSO4?2H2O)的水溶解后； Mg2+：白云石(MgCO3·CaCO3)受含CO

4、2的水溶解而成。（2）分子 天然水中的溶解氣體主要有氧O2和二氧化碳(CO2) O2：水中溶解了大氣中的氧。 CO2：主要是水中或泥土中有機物的分解和氧化的產(chǎn)物。,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,2．水中雜質(zhì)的危害性 天然水中的懸浮物和膠體雜質(zhì)是在水廠里通過混凝和過濾處理后大部分被清除。水中的一部分溶解鹽類(主要是鈣、鎂鹽類) 會析出或濃縮沉淀出來。 水渣—

5、—是鍋爐給水中的一部分溶解鹽類(主要是鈣、鎂鹽類)析出或濃縮沉淀出來并以懸游的形式存在的雜質(zhì)。 水垢——是鍋爐給水中的一部分溶解鹽類(主要是鈣、鎂鹽類)析出或濃縮沉淀出來，附著受熱面的內(nèi)壁的雜質(zhì)。 1）水渣使管內(nèi)流通截面減小，容易造成堵塞，水循環(huán)受到破壞2）水垢導(dǎo)熱性能很差(比鋼小30~50倍)，使受熱面的傳熱情況惡化，從而使鍋爐的排煙溫度升高，降低了鍋爐的出力和效率。,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,（1）在

6、汽鍋內(nèi)壁附著1mm厚的水垢，就要多消耗煤2~3%左右（2）受熱面的壁溫大為增高，引起金屬的過熱而使其機械強度降低，導(dǎo)致管壁起皰或出現(xiàn)裂縫。（3）鍋爐水管內(nèi)壁結(jié)垢后，使管內(nèi)流通截面減小，水循環(huán)的流動阻力增大，甚至堵塞，導(dǎo)致爆管。 3）當(dāng)懸浮物、油脂及鹽分等濃度達(dá)到某一限度時，鍋水的蒸發(fā)面上便會產(chǎn)生大量泡沫和形成汽水共騰現(xiàn)象，造成蒸汽大量帶水（或假水位），嚴(yán)重影響蒸汽品質(zhì)，同時還會造成過熱器及蒸汽管道中的積鹽及結(jié)垢現(xiàn)象。

7、而使管壁溫度增高，以致燒損。 4）O2和CO2會對鍋爐的受熱面產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。鍋爐的給水和鍋水又都是電解質(zhì)(酸、堿、鹽的水溶液)，金屬在電解質(zhì)中會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用。這兩種腐蝕均為局部腐蝕，即在金屬表面產(chǎn)生潰傷性或點狀腐蝕，俗稱“起麻點”。腐蝕到一定階段，常形成穿孔，造成鍋爐事故。,§9.1 水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,3．鍋爐水處理的方式和任務(wù) 1）水處理的任務(wù) （1）軟化—

8、—降低水中鈣、鎂鹽類的含量，防止鍋內(nèi)結(jié)垢； （2）除氧——減少水中的溶解氣體，以減輕對受熱面的腐蝕。 2）水處理方式 鍋外水處理——給水經(jīng)預(yù)先處理后進入鍋爐； 鍋內(nèi)水處理——水處理在鍋內(nèi)部進行。二、水質(zhì)指標(biāo) 1．懸浮固形物——水通過濾紙后被分離出來的固形物，經(jīng)干燥至恒重，是以1L水中所含固形物的mg數(shù)來表示，單位：(mg/L)。,§1

9、0.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,2．溶解固形物——已分離出懸浮固形物后的水，經(jīng)蒸發(fā)、干燥后所得的殘渣，單位為mg/L。 通常用溶解固形物作為含鹽量的近似值。 3．硬度(H)——指溶解于水中能形成水垢的物質(zhì)(鈣、鎂)的含量，單位mmol/L 總硬度(H)——水中鈣(Ca2+)，鎂(Mg2+)離子的總含量，即： 1）暫時硬度(HT) 碳酸鹽硬度：是指溶解于水中的重

10、碳酸鈣Ca(HCO3)2、重碳酸鎂Mg(HCO3)2和鈣、鎂的碳酸鹽。一般天然水中重碳酸鈣、鎂在水加熱至沸騰后能轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋砦镂龀觥Ｓ捎谒猩腥芙馍倭康腃aCO3，故暫時硬度近似于碳酸鹽硬度。,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,2）永久硬度(HFT) 非碳酸鹽硬度：CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4等。這些鹽類在加熱至沸騰時不會立即沉淀，只有在水不斷蒸發(fā)后使水中所含的濃度超過飽和極限時才會沉淀析

11、出。 4．堿度(A) ——指水中含有能接受氫離子的物質(zhì)的量，單位為mmol/L常見的堿性物質(zhì)： 、 、 、 以及其他一些弱酸鹽類(諸 如硅酸鹽、亞硫酸鹽，腐植酸鹽)和氨等。在天然水中，堿度主要由鹽類組成。,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,水中所含的各種硬度和堿度之間有內(nèi)在的聯(lián)系和制約。1）水中不可能同時存在 堿度和

12、 堿度，二者會起反應(yīng)，即2）水中暫時硬度是鈣、鎂與 及 根的鹽類，屬于水中的堿度。3）當(dāng)水中含有鈉鹽堿度時，應(yīng)不會存在非碳酸鹽硬度(永硬)， 所以鈉鹽堿度被稱之為“負(fù)硬”。4）硬度與堿度相互關(guān)系,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,5．相對堿度——鍋水中游離的NaOH和溶解固形物含量之比值。 游離NaOH是指水中氫氧根堿度折算

13、成NaOH的含量。它是為防止鍋爐苛性脆化而規(guī)定的一項技術(shù)指標(biāo)。我國規(guī)定的相對堿度值必須小于0.2。6．pH值——表示水的酸堿性指標(biāo) 當(dāng)pH=7時，水呈中性，pH7時，水則呈堿性。 天然水的pH值一般在6~8.5范圍內(nèi)。呈酸性的水會對金屬有腐蝕性，因此鍋爐給水都要求pH>7，而鍋水的pH值通?？刂圃?0~12。7．溶解氧(O2)——氣體能溶解于水中，諸如氧、氮和二氧化碳等氣體。 水溫愈高，則氣

14、體溶解度愈小。其中溶解氧會腐蝕金屬，所以對壓力較高、容量較大的鍋爐，給水必須除去溶解氧。含氧量的單位是mg/L。,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,8．磷酸根( )——為消除鍋爐給水的殘留硬度或避免腐蝕向鍋內(nèi)加入一定量的磷酸鹽，磷酸根也作為鍋水的一項控制指標(biāo)。9．亞硫酸根( )——化學(xué)方法除氧 常用的化學(xué)藥劑為

15、 ，因此鍋水中 的含量也是控制指標(biāo)。三、水質(zhì)指標(biāo)的單位 1．mmol/L——每升水中所含有硬度或堿度物質(zhì)的摩爾數(shù)，它是以一價離子作為基本單元， ， ， 2．德國度——1L水中含有硬度或堿度的物質(zhì)其總量相當(dāng)于10mgCaO , 的摩爾質(zhì)量為28，因此,§10.1水中雜質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo),第九章,,3．ppm——百萬分之一，以重量

16、或體積計算，鍋爐分析水中雜質(zhì)都折算為CaCO3，同時水的密度視為1。因此,§10.2鈉離子交換軟化,第九章,,陽離子交換法—陽離子交換劑—由陽離子和復(fù)合陰離子組成常用的離子交換劑：磺化煤和合成樹脂 常用的陽離子交換水處理有：鈉離子、氫離子、氨離子等。一、鈉離子交換軟化的原理1．軟化反應(yīng)1）對碳酸鹽硬度作用：2）對非碳酸鹽硬度作用：,§10.2鈉離子交換軟化,第九章,,3）特點 ①

17、0; 經(jīng)鈉離子交換后，水中的鈣、鎂鹽類轉(zhuǎn)化為鈉鹽，除去水中硬度； ② 原水中的碳酸鹽堿度均轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽堿度(NaHCO3)，因此，其只能軟化水，但不能除堿，即水中堿度不變； ③ 由于Na+的當(dāng)量值比Ca+、Mg+的當(dāng)量值大，水中含鹽量有所增加； ④   交換后，軟化水殘留硬度一般控制在0.03~0.1mmol/L。 2．再生原理,§10.2鈉離子交換軟化,第九章,,式中：ny

18、——還原1mmol的Ca2+、Mg2+所需的nymmol的NaCl 理論上，當(dāng)ny=1時，還原1mmol所需的NaCl為43.5g； 實際上，ny=2.5~3.5時，才能完全再生，一般采用指標(biāo) 140~200g/mol。 二、固定床鈉離子交換設(shè)備及其運行1．順流式再生 1）基本構(gòu)造 2）運行——運行中，有反洗、還原、正洗和交換的四個步驟2．逆流式再生 為了克服順流再生時底層部分交換劑再生較差的缺

19、陷，采用逆流再生法。,§10.2鈉離子交換軟化,第九章,,1）特點（1）逆流再生離子交換出水質(zhì)量高，鹽耗低；（2）當(dāng)再生液流速較高時，就會和反洗時一樣的使交換劑層產(chǎn)生擾動現(xiàn)象。這樣，交換劑層上下層次被打亂，通常稱為亂層。為了防止亂層現(xiàn)象，逆流再生交換器在結(jié)構(gòu)和運行上都有一些措施。2）運行步驟 (1)小反洗 (2)排水 (3) 頂壓

20、 (4)進再生液 (5)逆流沖洗 3) 大反洗 一般逆流再生離子交換器在運行20個或更多周期后，進行一次大反洗，,§10.2鈉離子交換軟化,第九章,大反洗是從底部進水，廢水由交換器頂部排水口放掉。 大反洗松動了整個交換劑層，大反洗后第一次再生時，再生劑耗量應(yīng)加大0.5~1倍以上。 三、鈉離子交換系統(tǒng) 單級鈉離子交換系統(tǒng)：當(dāng)原水硬度8mmol/

21、L時采用,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,水中溶解的氧、二氧化碳?xì)怏w對金屬壁面會產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)腐蝕。 氣體溶解定律（亨利定律）：任何氣體在水中的溶解度是與此氣體在水界面上的分壓力成正比。水溫升高，水蒸氣的分壓力增大，其他氣體的分壓力降低，致使其他氣體的溶解度減小。一、給水除氧1．熱力除氧 大氣式除氧器內(nèi)保持的壓力很低，一般為0.02MPa（表壓力）在此壓力下，汽水的飽和溫度為102~10

22、4℃。壓力略高于大氣壓的目的是便于使除氧后的氣體排出器外，也不會使外界空氣倒吸入除氧器內(nèi)。 軟水霧化，經(jīng)蒸汽加熱—— 一次加熱和除氣 填料層下面蒸汽向上流動，與水膜接觸——二次除氣,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,2．真空除氧 原理與設(shè)備和熱力除氧相似，是利用低溫水在真空狀態(tài)下達(dá)到沸騰，從而達(dá)到除氧的目的。在不同真空壓力下，水中溶解氧與水溫有關(guān)。 1）真空度保持在

23、80kPa時，相應(yīng)的的水溫為60℃，水中溶解氧可達(dá)0.05mg/L，達(dá)到供熱鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)。 2）整個除氧系統(tǒng)要求良好的密封性能，運行時防止水位波動。 3）防止給水泵氣蝕現(xiàn)象，要求除氧水箱與給水泵軸線間的垂直高度不小于7m。3．解吸除氧 是將不含氧的氣體與要除氧的軟水強烈混合，由于不含氧的氣體中的氧分壓為零，軟水中的氧就大量的擴散到無氧氣體中去，從而使軟水的含氧量降低，達(dá)到除氧的目的。,§9

24、.4 給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,4．化學(xué)除氧 1）鋼屑除氧——經(jīng)鐵屑過濾器 2）藥劑除氧——向水中加藥 3）樹脂除氧——使用觸媒型除氧樹脂，將貴重金屬粒子牢固吸附在器表面，進行活化處理，再在水中通入氫氣與氧化合成水，達(dá)到除氧的目的。,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,二、鍋爐的排污 1．鍋內(nèi)水處理 常用方法有：鈉鹽、栲膠、

25、柞木、煙秸和石墨法 1) 鈉鹽法——俗稱加堿法 常用的用磷酸三鈉、純堿（碳酸鈉）、火堿（氫氧化鈉），純堿最普遍。 3Ca(HCO3)2+3Na3PO4=Ca3(PO4)2 +3Na2CO3+3CO2 +3H2O 3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2 +3Na2SO4 3CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2 +6NaCl 2）形成磷酸鈣鹽能增加泥渣的流動性，容易

26、隨污水排出不至附著在金屬表面上變成二次污垢 3）在汽鍋表面上，磷酸鹽會形成保護膜，能防止腐蝕,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,2．鍋爐排污1）連續(xù)排污——排除鍋水中的鹽分雜質(zhì) 由于鍋筒蒸發(fā)面附近的鹽分較高，連續(xù)排污管就設(shè)置在低水位下面，習(xí)慣上也稱為表面排污。2）定期排污——排除鍋水中的水渣(松散的沉淀物)，同時也排出鹽分 設(shè)置在下集箱或鍋筒的底部，小型鍋爐只裝設(shè)定期排污3．鍋爐排

27、污量的計算——與鍋水的堿度和含鹽量有關(guān),§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,式中：D——鍋爐的蒸發(fā)量，t/h； Dps——鍋爐的排污量，t/h； Ag——鍋水允許的堿度，mmol/L； Aq——蒸汽的堿度，mmol/L； Ags——給水的堿度，mmol/L。1）因為，排污率：排污量對蒸發(fā)量的百分率，按堿度計算為按含鹽量計算為：排污率取P1、

28、P2計算值的較大者，一般供熱鍋爐排污率控制在10%以下，電站鍋爐P=5%,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,2）有凝結(jié)水返回的鍋爐，給水水質(zhì)以含鹽量表示：式中： , ——補給水, 凝結(jié)水的含鹽量， mg/L； ——補給水及凝結(jié)水所占總給水量的份額， 即

29、 。如凝結(jié)水含鹽量很少，忽略不計，則給水含鹽量 ，帶入排污公式得：,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除

30、氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10.4給水除氧及鍋爐的排污,第九章,§10