摘要:本文就保证锅炉的经济安全运行,减少锅炉热力系统的结垢和腐蚀,依据水质的不同,选择合理的锅炉水处理方法,避免因水处理方式选择不当而造成的浪费,就有关问题作以探讨。
关键词:锅炉;水处理;结垢;腐蚀
1锅炉水处理要解决的问题
热力设备在使用中因水质不良造成受热面上的结垢和腐蚀,对于蒸汽锅炉,还要注意盐类的沉积。以上不利现象的形成是一个积累过程,有时问题不易发现,只有在炉管堵塞,锅炉受热面发生鼓包、变形、泄露时,导致锅炉经常修理,甚至于报废锅炉。有时虽然采取了水处理措施,但因方法选择不当,也给用炉单位造成了一定的浪费。
2腐蚀机理
热水锅炉的腐蚀机理,是因为锅炉用钢板是由铁素体和渗碳体组成,铁素体的电极电位低,渗碳体的电极电位高,同时,钢板中还含有各种杂质,当其表面与水接触时,即构成无数个微电池,产生电流引起化学腐蚀,再则就是因为没有可靠的除氧措施,水中的溶解氧在锅炉加温的同时相继析出,附着在管壁及锅筒壁上形成氧去极化腐蚀。其电极处化学反应式如下:
阳极反应:Fe→Fe2++2e
阴极反应:O2+2H2O+4e→4OH-
总的电池反应:2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2
如果两极间的扩散作用强烈,补水中又在不断有氧进入,还会发生以下二次反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓
3水处理方式有炉内与炉外两大类
3.1原水的预处理
它主要是除掉水中的悬浮杂质和胶体杂质。通常采用混凝、沉淀和过滤等方式。预处理水质的好坏对下一步炉外水处理有很大影响。这些杂质若进入交换器内,使树脂层的阻力增大,更容易吸附在树脂表面影响树脂的交换能力,缩短树脂使用寿命。特别是使用江水,悬浮物含量太高,必须经过预处理。
3.2炉外水处理
3.2.1钠离子交换软化处理
它是用Na+置换水中Ca2+、Mg2+,从而去除水中的硬度离子,失效后再用食盐水进行再生。
运行反应为:2NaR+Ca2+→CaR2+2Na+
2NaR+Mg2+→MgR2+2Na+
再生反应为:2NaCl+CaR2→CaCl2+2NaR
2NaCl+MgR2→MgCl2+2NaR
①单级钠离子交换系统,通常用两台交换器,一台运行,一台备用,此系统简单紧凑,投资少,基本上能保证连续不断的供水。
②单级钠离子串联运行。此系统虽然较复杂,但交换器内树脂的交换容量得到了完全利用,并能降低盐耗,它适合于硬度较高的原水。
③双级钠离子交换系统。它虽然第二级盐耗较高,但可利用再生二级交换器的废盐液去再生一级交换器,而且二级交换器运行周期较长,其总盐耗比单级钠离子交换还要低一些,钠离子交换法适用于碱度较低的原水。
3.2.2软化降碱联合处理
水中的碱度成分是HCO3-,它在高温下发生分解和水解反应,使水中游离OH-增加,蒸汽中CO2浓度增加。
①钠离子交换加酸系统(通常加H2SO4)。该系统设备简单,占地面积小,能降低锅炉排污率,提高蒸汽品质,但对碳钢防腐不利。其适用于原水碱度大,特别是对有负硬度的水。
②石灰-钠离子交换系统。。此系统先是石灰与游离CO2、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2反应,再用钠离子交换器进行软化处理,既降低了碱度又降低了硬度。它适用于碳酸盐硬度比较高,过剩碱度不是很高的原水。
③氢-钠离子交换系统。它是一部分原水经强酸H型离子交换树脂,另一部分原水经钠型离子交换树脂,两部分水经离子交换反应混合在一起,从而达到降碱和去除硬度的目的。
另外,还有NH4--Na+离子交换和Cl--Na+离子交换,这里不作讨论。
3.2.3水的预脱盐
当原水中的溶解固形物含量过高或相对含盐量过高时,可以用电渗析或反渗透法进行预脱盐,再进行软化及除碱处理。
3.2.4水的除氧
对于给水中的溶解氧含量超标时,还要进行热力除氧,铁屑除氧和亚硫酸钠除氧等。
3.3炉内水处理
这种方法适用于任何压力和出力的锅炉。压力较高的锅炉是进行炉外水处理的同时,辅以炉内处理;对于压力较低的锅炉可直接采用炉内水处理而不用炉外处理。常用药剂:
3.3.1纯碱(Na2CO3),它与钙离子反应生成碳酸钙沉淀,同时Na2CO3水解使水中OH-含量增大,氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀。在锅水碱度和PH值较高条件下,新生成的碳酸钙结晶核的表面易吸附OH-,阻碍了结晶的增长,使碳酸钙沉淀分散成无定形水渣。
3.3.2磷酸钠(Na3PO4、12H2O),它是使磷酸根保持一定浓度,与钙离子维持一定的平衡关系,防止CaSO4、CaSiO3等水垢的生成,对防止硅酸盐垢的形成效果更为明显,但对防止镁垢的形成效果很差。
3.3.3烧碱(NaOH),它能维持锅水的碱度和PH值,使磷酸盐与钙镁反应时,不生成磷酸钙、磷酸镁等易形成二次水垢的物质,且能与钙镁离子反应,阻碍碳酸盐等沉淀物在金属表面形成水垢。
3.3.4栲胶,它具有络合、凝聚、吸氧防腐作用,还具有绝缘层作用。只单一使用以上药剂防垢效果不很理想,常用复合防垢剂。
纯碱、磷酸盐复合防垢剂,它是以纯碱为主,磷酸为辅;磷酸、烧碱复合防垢剂,它以磷酸为主,烧碱为辅,它对易形成硫酸盐垢和硅酸盐垢的水质有良好的防垢效果。
三钠一胶复合剂,它是将纯碱、磷酸钠、火碱和栲胶按一定比例配制而成。碳酸盐硬度大的水质,宜适当增加火碱用量;对非碳酸盐硬度大的水质,要多加纯碱;而硫酸盐及二氧化硅含量高的水质,要增加磷酸钠用量;碱度大于硬度的水质,适当减少纯碱和火碱用量;含镁离子较高的水质,要减少磷酸钠用量;硬度大于4mgN/L的水质,适当增加栲胶用量,当给水有机物含量高时,减少栲胶用量。当给水硬度大于3-4mgN/L时,采用复合防垢剂更经济。
3实用举例
3.1某台WNN型蒸汽锅炉,冬季供暖,常年供洗澡水,安装运行后一直用钠离子交换器进行炉内水处理,根据水样化验结果进行排污,因炉水碱度常超标,不得不加大排污,排污率超过25%。后改为炉内水处理,根据水质情况准确、合理计算各药剂投入量,使炉水碱度保持在标准范围内,排污率控制在5%以内,经一年试运行,节约燃料率为15%。
3.2又有某企业自备电厂原设计水处理系统采用电渗析预处理后再加一级串联阴-阳离子交换除盐系统,经一段时间运行,企业感到制水成本太高,后经合理改进,选择串联氢-钠离子交换水处理方式,再生液的消耗大大降低,提高了经济效益。
4结论
锅炉水处理方法的选择应根据当地水质状况,依据水样分析结果,对照国家水质标准,经计算得出结论,合理选择。对于不需除碱的水质,首选钠离子交换处理,对需除碱的,如有负硬度的水选择钠离子加酸;如碳酸盐硬度较高,选用石灰一钠离子交换系统,对原水含盐量高,先预脱盐再软化降碱处理。对一些低压锅炉,选用炉内加药处理,合理调整药剂配比,做到经济有效。
参考文献
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