鍋爐水處理技術(shù)的應(yīng)用與問(wèn)題分析

霍宏偉

(太原熱力公司，山西太原 030001)

1 概述

鍋爐是熱力設(shè)備的一種，它對(duì)能源的消耗占有很大的比重，而鍋爐用水作為傳熱介質(zhì)，其所用水源水質(zhì)的好壞對(duì)鍋爐能否經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。目前在鍋爐的運(yùn)行中，由于鍋爐用水水質(zhì)不良，受熱面結(jié)垢的現(xiàn)象比較普遍，從而降低鍋爐熱效率，造成鍋爐、管道的腐蝕，據(jù)有關(guān)專(zhuān)家研究結(jié)果顯示:當(dāng)鍋爐結(jié)生1 mm水垢時(shí)，增加燃料消耗10%，水垢達(dá)到3 mm時(shí)，燃料消耗增加大約25%，鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成熔孔或爆管，直接影響鍋爐的運(yùn)行。鍋爐水處理是保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是貫徹執(zhí)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使鍋爐無(wú)垢無(wú)腐，延長(zhǎng)其使用壽命的有力手段，因此加強(qiáng)水處理工作具有十分重要的意義。

2 水質(zhì)對(duì)鍋爐的影響

2.1 水垢和泥渣

溶于水中的鹽類(lèi)，積累到一定程度，會(huì)從水中析出，沉積在容器壁上，形成水垢，爐水不斷蒸發(fā)濃縮，某些難溶性鹽的離子濃度乘積大于在該溫度下的溶度積，就會(huì)以沉淀的形式析出，沉積在鍋筒及管壁等傳熱面上形成一層泥石狀的硬殼，叫水垢;形成疏松的懸浮物，沉積在鍋底或下聯(lián)箱底部，形成泥渣，可以通過(guò)排污的方法排出。在淡水中，溶解的重碳酸鹽 Ca(HCO3)2，Mg (HCO3)2最不穩(wěn)定，很容易分解形成沉淀物CaCO3;Mg(OH)2，MgCO3形成泥渣，CaCO3在水的堿性較弱、水不沸騰時(shí)形成水垢，在沸騰狀態(tài)或堿性較強(qiáng)時(shí)則形成泥渣，能形成堅(jiān)實(shí)的水垢。在處理鍋爐水垢時(shí)CaSO4和CaSiO3是主要的防垢對(duì)象。另外，CaCO3形成水垢時(shí)有菱形和方解石兩種晶體結(jié)構(gòu)，方解石晶體結(jié)構(gòu)容易形成泥渣，文石型晶體結(jié)構(gòu)形成水垢。形成什么晶體結(jié)構(gòu)，取決于溫度、壓力等條件。水垢為不良導(dǎo)體，會(huì)使得鍋爐傳熱受阻，由于水垢不均勻附在鍋壁及水管壁上，將會(huì)造成鍋爐局部過(guò)熱，從而導(dǎo)致管子鼓泡，燒彎或燒裂，爐膽及燃燒室燒塌等現(xiàn)象。

2.2 水對(duì)鍋爐爐壁的腐蝕

爐水對(duì)鍋爐的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，主要形式有兩種，即吸氧腐蝕和析氫腐蝕，吸氧腐蝕與水中溶解氧的濃度有關(guān)，而析氫腐蝕與水的酸堿度(pH值)有關(guān)。1)吸氧腐蝕。水中溶解氧是造成水系統(tǒng)金屬腐蝕的主要因素，這種腐蝕不是在金屬表面均勻進(jìn)行，而是局部性的腐蝕，這種局部性的腐蝕也是造成金屬最危險(xiǎn)的破壞形式之一。試驗(yàn)研究證明，腐蝕率與水中含氧量之間幾乎是呈線性關(guān)系，當(dāng)溫度小于70℃時(shí)，溫度越高腐蝕率越大;當(dāng)溫度大于70℃時(shí)，水中的溶解氧量減少，腐蝕率會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。2)酸腐蝕。CO2溶于水中會(huì)增加H+，即:CO2+H2O?H2CO3?H++HCO－，H+為陰極極化劑，發(fā)生析氫腐蝕:2H++2e=H2↑。析氫腐蝕與水的pH值有關(guān):鐵的腐蝕速度在pH＜4時(shí)迅速增加，在pH=10～12時(shí)腐蝕很小，所以只要把爐水pH值控制在10～12之間，就可以防止析氫腐蝕。CO2腐蝕會(huì)使得金屬均勻變薄，因此析氫腐蝕沒(méi)有吸氧腐蝕危害性大。但是如果大量的腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生，就能促進(jìn)水垢的形成，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)沉積物下的氧腐蝕。

3 常用的鍋爐水處理方法

1)物理法。如永磁和電磁軟水器、高頻水改器等都屬于物理法。它們的優(yōu)點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、容易檢修等。應(yīng)用在熱水采暖系統(tǒng)上有很好的防垢、除垢效果，但因鍋爐結(jié)構(gòu)的不同和給水流速、水質(zhì)等因素的影響，使得鍋爐防垢不能得到徹底保證。

2)化學(xué)法?；瘜W(xué)軟化法是指在軟化水過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)。有爐內(nèi)加藥法和爐外軟化法兩種。a.爐內(nèi)加藥法。爐內(nèi)加藥法即向爐內(nèi)加化學(xué)藥劑，改變沉渣的結(jié)構(gòu)，防止或減少硬垢的生成，目前應(yīng)用廣泛的方法是加入定量的磷酸三鈉、純堿和含有單寧的有機(jī)物質(zhì)。爐內(nèi)加藥可以防垢、老垢脫落、防腐蝕等，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的管網(wǎng)和散熱器有堵塞結(jié)垢的現(xiàn)象，此外，爐內(nèi)加藥水處理雖然減輕了水垢的形成，但是還不能防止結(jié)垢，必須定期清理鍋爐，因此會(huì)影響鍋爐的連續(xù)運(yùn)行。b.爐外軟化法。目前應(yīng)用最多的是離子交換法，這種方法使用鈉離子作為交換劑，當(dāng)被處理的水流過(guò)裝有交換劑的過(guò)濾器時(shí)，Ca2+和Mg2+離子被置換，并存留在交換劑中，使水得到軟化，處理后的水可獲得可靠的軟化效果，在熱水采暖鍋爐中得到廣泛的采用。因此著重介紹離子交換法鍋爐水處理技術(shù)。離子交換法原理。水中含有的Ca2+，Mg2+鹽類(lèi)，為防止鍋爐受熱金屬面產(chǎn)生水垢，須將水中的Ca2+，Mg2+用其他不形成水垢的陽(yáng)離子(Na+，H+)來(lái)置換，使水得到軟化。即當(dāng)原水經(jīng)過(guò)Na+離子交換劑(強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R吸附Na+制備)層時(shí)，水中的Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子與交換劑中的Na+進(jìn)行交換而被樹(shù)脂吸附，使水得到軟化。經(jīng)過(guò)Na+交換后的軟化水含鹽量有所提高。鍋爐運(yùn)行過(guò)程中水堿度過(guò)高會(huì)影響蒸汽品質(zhì)，鍋水中較高濃度的游離NaOH會(huì)使金屬發(fā)生堿腐蝕。所以，對(duì)鍋外化學(xué)水處理的鍋爐要控制鍋水的pH值和堿度。為了使鍋水雜質(zhì)濃度減少到指標(biāo)范圍以內(nèi)，防止由于鍋水的濃縮引起的上述問(wèn)題防止排污設(shè)備堵死，都需要進(jìn)行排污操作。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，交換劑中的Na+大部分被置換出來(lái)，出水中就含有Ca2+，Mg2+(即出現(xiàn)了硬度)，當(dāng)硬度值達(dá)到一定范圍時(shí)，出水就不符合鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明交換劑已經(jīng)失效，此時(shí)就要對(duì)交換劑進(jìn)行再生，恢復(fù)其軟化能力，再生劑是食鹽(NaCl)。再生過(guò)程中，含有大量Na+的氯化鈉濃溶液通過(guò)失效的樹(shù)脂層，將樹(shù)脂所吸附的Ca2+，Mg2+強(qiáng)行置換出來(lái)，而Na+被樹(shù)脂吸附，使離子交換樹(shù)脂恢復(fù)交換能力，其反應(yīng)式如下:2Na++ CaR2→Ca2++2NaR;2Na++MgR2→Mg2++2NaR。離子交換法在爐水處理中存在的問(wèn)題。離子交換法效果很好，但它不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)保護(hù)的要求。其中一個(gè)重要原因是:它產(chǎn)生的再生廢液必須排放。再生廢液的問(wèn)題比較嚴(yán)重，它會(huì)使淡水咸化，因此這個(gè)方法已經(jīng)受到部分發(fā)達(dá)國(guó)家的政策限制。為了保護(hù)人類(lèi)賴以生存的環(huán)境，研究開(kāi)發(fā)無(wú)污染的綠色鍋爐水處理技術(shù)勢(shì)在必行。

4 展望

水處理的發(fā)展隨水處理科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也得以不斷提高，由過(guò)去的石灰沉淀軟化法，發(fā)展到離子交換處理法、電滲析以及反滲透等膜技術(shù)。綜合采用各種水處理技術(shù)，可大大降低鍋爐結(jié)垢速度，從而提高熱能利用率，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)可以減少鍋爐水處理污染物排放，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的綠色環(huán)保運(yùn)行。

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