锅炉用水的分类:
原水(生水):就是锅炉的水源水。
给水:直接进入锅炉,被锅炉蒸发或加热的水。
软化水:原水经过软化处理符合锅炉水质标准的水。
锅水:锅炉运行中在锅筒内的水。
冷却水:锅炉运行中用于冷却锅炉某一附属设备的水。
排污水:为了改善蒸汽品质和防止锅炉结垢,从排污阀门排除的锅水。
水中的杂质按物态分类:
固态杂质:包括悬浮固体、胶溶固体、溶解于水的盐类和有机质微粒。
液态杂质:主要指油脂、工业废液和酸液。
气态杂质:主要是氧气和二氧化碳等。
水中杂质对锅炉的危害:
水中杂质如果不经过处理直接用作锅炉给水,对锅炉危害极大,归纳起来可产生以下三种危害:一是在锅炉内结垢,生成水渣;二是造成锅炉金属腐蚀;三是恶化蒸汽品质。
水垢的形成:
水垢形成的原因:
①钙镁重碳酸盐类热分解。
②锅水的不断蒸发浓缩。
③钙镁盐类溶解度降低(例如硫酸钙和硅酸钙)。
部分常见物质的溶解性表:
水垢的种类:
⑴碳酸盐水垢。多为白色,也有微黄白色。
⑵硫酸盐水垢。主要成分是硫酸钙(CaSO2),含量达50%以上,又称作石膏质水垢。多为黄白色,也有微黄白色,特别坚硬、致密,手感滑腻。
⑶硅酸盐水垢。成分比较复杂,水垢中的二氧化硅(SiO2)多为淡褐色,也有灰白色的,水垢表面带刺。
⑷混合水垢。
⑸含油水垢。成分很复杂,但油脂含量多在50%。多呈黑色,有坚硬的,也有松软的水垢表面不平滑。
⑹泥垢。成分比较复杂。一般富有流动性,较易通过排污方法除去,易黏结在锅炉蒸发面上,形成难以冲掉的再生水垢。
水垢对锅炉的危害:
浪费燃料,污染蒸汽品质:锅炉受热面上如果结有1毫米厚的水垢,则浪费燃料约3~5%。
损坏受热面:结有水垢的锅炉传热性能变差,受热面两侧的温差增大,炉管的温度升高。当受热面金属的温度超过正常工作条件的温度时,称为过热。锅炉正常运行时,金属受热后很快将热量传递给炉水,两者温度相差约为30~100℃。例如,工作压力为1.0MPa的锅炉,饱和水温度约为180℃左右,在没有结垢时,钢材温度在210~230℃;若结生1毫米水垢,钢材温度将升高130~390℃;当水垢再厚些,情况将更为严重。当超过450℃,金属将发生蠕动变形。
降低锅炉出力,增加检修工作量:由于锅炉结垢后,火侧热量传递给水侧就困难,锅炉蒸发量将随之下降。
水垢厚度与浪费燃料的对应表:
钢铁与各类水垢的导热系数对比:
锅炉水质处理的分类:
炉外水处理:主要指给水在进入锅炉之前,为了除去其中的硬度,而进行的软化处理。目前,常用阳离子交换软化法。
炉内水处理:是通过向炉水中投加化学药剂,与水中的钙盐、镁盐发生化学、物理作用,生成非粘结性的松散泥渣,然后经排污除去,以达到防止或减轻锅炉结垢的目的。
锅炉用水主要评价指标:
㈠悬浮物:表示不溶于水的较大颗粒一些物质含量的指标,其单位为mg/L。
㈡含盐量和溶解固形物:含盐量是表示水中各种溶解盐类的总和,单位为mg/L。常用溶解固形物(或蒸发残渣)近似表示。常用氯离子含量来表示,单位mg/L。
㈢硬度:是指水中钙、镁离子的总浓度,单位为mmoI/L。(≤0.03mmoI/L)
㈣碱度:指水中含有能接受氢离子的物质的量。例如氢氧根、碳酸根、重碳酸根、磷酸根、硅酸根、亚硫酸根和氨等。单位以mmoI/L表示。
㈤PH值:是指水溶液中氢离子浓度的负对数(1~14)。
㈥相对碱度:主要是为了防止锅炉在有缝隙部位存在应力时,会产生苛性脆化。
㈦溶解氧:造成给水管道和锅炉本体的腐蚀。单位mg/L。
蒸汽锅炉采用锅内加药水处理时的水质标准:
蒸汽锅炉采用锅外化学处理时的水质标准:
锅炉内水处理特点:
锅内水处理不需要复杂的设备,故投资小,成本低,操作方便。
对水质适应范围较大,如果处理得当,防垢率可以达到80%以上。
锅内水处理还不能完全防止锅炉结生水垢,特别是生成的泥垢,在排污不及时很容易结生二次水垢。
锅内水处理常用药剂(一)
氢氧化钠:俗称火碱、和苛性钠。主要作用是:
⑴能有效地消除给谁中的碳酸盐硬度和镁盐硬度。
碳酸氢钙+氢氧化钠=碳酸钙↓+碳酸钠+水
碳酸氢镁+氢氧化钠=氢氧化镁↓+碳酸钠+水
硫酸镁+氢氧化钠=氢氧化镁↓+硫酸钠
氯化镁+氢氧化钠=氢氧化镁↓+氯化钠
⑵保持锅炉水中的碱度,防止锅炉腐蚀。
当锅炉水中的氢氧根保持一定的浓度时(PH=9.5~11.5),锅炉金属表面生成的保护膜就比较稳定,从而可以阻止氧对锅炉金属的腐蚀。
锅炉内水处理常用药剂(二)
碳酸钠俗称纯碱和苏打。工业用的无水碳酸钠是白色的粉末,易溶于水,水溶液呈强碱性。主要作用是:
(1)能有效地消除给水中钙的硬度,其化学反应如下:
硫酸钙+碳酸钠=碳酸钙↓+硫酸钠
氯化钙+碳酸钠=碳酸钙↓+氯化钠
(2)在锅炉内碳酸钠可以部分地水解为氢氧化钠,因此具有氢氧化钠的作用。
碳酸钠+水=氢氧化钠+二氧化碳↑
(3)能有效消除给水中的镁硬度,生成的碳酸镁(微溶)可以水解成为氢氧化镁沉淀。
锅炉内水处理常用药剂(三)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O),俗称磷酸钠,在干燥的空气中易风化,水溶液呈碱性,主要作用是:
(1)能沉淀给水中的钙和镁盐。
硫酸钙+磷酸钠=磷酸钙↓+硫酸钠
氯化钙+磷酸钠=磷酸钙↓+氯化钠
硫酸镁+磷酸钠=磷酸镁↓+硫酸钠
氯化镁+磷酸钠=磷酸镁↓+氯化钠
(2)增加泥垢的流动性,磷酸三钠和给水中的钙和镁盐类生成沉淀是具有高度分解的胶体。生成了流动性较强的泥垢。
(3)能使硫酸盐和碳酸盐等老水垢疏松脱落,特别是清除没有经过水处理而结生的老水垢尤为显著。是因为磷酸钙比其硫酸钙和碳酸钙更容易生成。
(4)防止锅炉金属腐蚀,因为磷酸三钠能在金属表面形成磷酸铁的保护膜,而起到防止锅炉金属腐蚀的作用。
锅炉外水处理:
主要指给水在进入锅炉之前,为了除去其中的硬度,而进行的软化处理。目前,主要采用阳离子交换软化法。离子交换软化法,是用某种离子交换剂中不形成水垢的离子,将水中容易生成水垢的钙、镁离子置换出来,从而使水得到软化。应用 离子交换软化法,可使锅炉给水的硬度达到合格标准。常用阳离子交换剂是钠离子交换剂强酸型001×7(0强酸性、0苯乙烯系、1顺序号、7交联度),凝胶型。
离子交换树脂的物理性能(一)
①形状:多为球形,填充状态好;水通过树脂层压力损失小;流量均匀;耐磨性能好;装填量大等优点。
②粒度:目前国内外树脂的粒度一般为0.3~1.2mm。
③密度:湿真密度是指树脂的质量与其占有的体积(不包括树脂间的空隙)之比。密度一般在1.04~1.30之间。
湿视密度是指树脂在工作状态下的堆积密度,即单位体积含有的树脂质量。
湿视密度=湿树脂质量(g)/湿树脂体积(mL)
④水分:凝胶型树脂,其含水率可反映树脂的空隙率,即含水率愈大,树脂的孔隙率就愈大。
⑤颜色:有白、黄、黑和褐等,是半透明或不透明的。值得注意的是,树脂使用后颜色的变化,可能影响树脂的性能。
⑥耐磨性:是指耐磨程度,主要表现在树脂的年耗上(一般在5%左右),是一项重要的经济指标。
⑦耐热性:一般阳离子交换树脂较阴离子交换树脂耐热性能好。阳离子交换树脂在120℃以下,氢型在100℃以下,阴离子交换树脂在60℃以下使用都是安全的。阳离子和阴离子交换树脂在冬季树脂都要做好防冻工作。
⑧溶胀性:干树脂浸泡于水中,体积胀大,成为湿树脂;强酸性阳离子树脂由钠型转变成氢型时,体积增大5%以上;强碱阴离子树脂由氯型转变成氢氧型时,体积增大10%。(在装填新树脂时要注意留有膨胀量)。
⑨溶解性:合成的离子交换树脂,大都是具有庞大骨架的高分子聚合物,是理想的不溶物。但是,对新投用的树脂,开始使用时有微量的溶解现象,又称“胶溶”现象。在生产过程中是化学反应不完全造成的,新投入运行的树脂,有时会发现出水带有颜色,就是发生胶溶现象的缘故。
阳离子交换剂工作原理(交换过程):
水中含有 交换剂 交换剂 水中含有
Ca(HCO3)2+ 2NaR → CaR2 + 2NaHCO3
Mg(HCO3)2+ 2NaR → MgR2 + 2NaHCO3
CaSO4 + 2NaR → CaR2 + Na2SO4
MgSO4 + 2NaR → MgR2 + Na2SO4
CaCI2 + 2NaR → CaR2 + 2NaCI
MgCI2 + 2NaR → MgR2 + 2NaCI
阳离子交换剂工作原理(再生过程):
失效的交换剂 大粒盐 再生后的交换剂 其它盐类
CaR2 + 2NaCI → 2NaR + CaCI2
MgR2 + 2NaCI → 2NaR + MgCI2
阳离子树脂工作过程:
自动软化水处理设备内部结构:
离子交换树脂污染后的处理:
树脂的灭菌:较为实用的是用1%的甲醛溶液浸泡数小时,然后用水冲洗至无甲醛臭味为止。
树脂有机物污染的消除:可以采用无油压缩空气冲刷树脂,使树脂互相摩擦,然后用水反洗。还可以用10%的热盐水在设备中长时间的循环,或用10%的氯化钠和6%的氢氧化钠混合溶液进行处理。如果被铁及其氧化物污染,应当首先去除铁的污染,然后再去除有机物的污染。
树脂被铁污染的去除:
鉴别的方法:被铁污染的树脂从外观上看,颜色明显变深,甚至呈黑色。
复苏的方法:被铁离子污染的树脂,可以采用10%左右的盐酸浸泡5~12小时,或配合其它络合剂协同处理。在处理过程中可辅以吹气、超声波及磁场等,效果会更好。
预防措施:一是对水源水含铁较高的水要进行预处理,降低其含量(常用锰砂过滤)。二是对水处理设备要进行防腐,钻井队锅炉房内水罐每年要清理一次,并要进行防腐处理。
一线井队自动软化水设备的操作要求:
㈠检查各连接处是否牢固,水处理泵进出水阀门是否开启,水过滤器要清洗干净,盐箱内是否有大粒盐。
㈡启动水处理泵向树脂罐内进水,调节进出水压力,出水压力不得低于0.2MPa,进水压力一般不高于0.3MPa。
㈢运行中检查各连接处是否漏水,如漏水应重新紧固,否则出水硬度超标。
㈣顺时针拨动主机头顶部表盘的黑点印至再生(BRINE)刻度,排污管有排污即表示启动再生。
㈤定期向盐箱内,加入干净的大粒盐。保持盐箱高度的3/4。定期清洗盐箱内淤泥,防止堵塞吸盐管路,影响树脂的再生。
锅炉化学清洗:
锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施,必须坚持以防垢为主,不能以化学清洗代替正常的锅炉水处理工作。虽然目前的化学清洗日趋完善,缓蚀剂的缓蚀效率能达到99%以上,但还不足以完全防止对锅炉的腐蚀。因而,对于锅炉不能频繁地化学清洗,低压锅炉清洗规则中规定,每台锅炉酸洗时间间隔不宜少于二年。
锅炉化学清洗的条件:
1.新建锅炉运行前必须进行化学清洗(碱洗、酸洗)。
2.运行锅炉符合下列条件之一时,方可进行酸洗。
①锅炉受热面被水垢覆盖80%以上,并且平均水垢厚度达到或超过下列数值:
对于无过热器的锅炉:1mm。
对于有过热器的锅炉:0.5mm。
对于热水锅炉:1mm。
②锅炉受热面有明显的油污和铁锈。
酸洗除垢机理:
1.溶解作用,盐酸容易与碳酸盐水垢发生化学反应,生成易溶解的氯化物,是这类水垢溶解。
2.剥离作用,盐酸能溶解金属表面的氧化物,从而破坏金属与水垢之间的结合。
3.气掀作用,盐酸与碳酸盐水垢作用所产生的大量的二氧化碳,在逸出过程中,对于溶解或溶解速度较慢的垢层,具有一定的掀动力,使之从管壁上脱落下来。
4.疏松作用,对于含有硅酸盐的混合水垢,虽然它们不能与盐酸反应而溶解,但当掺杂在水垢中的碳酸盐和铁的氧化物溶解在盐酸溶液中后,残留的水垢就会变得疏松,在流动酸洗情况下,它们很容易被冲洗下来。
不同水垢厚度应选择酸液的浓度:
酸液温度对钢铁腐蚀速度的影响:
锅炉化学清洗的方式:
有静态浸泡和流动清洗或者两种相结合的方式。静态浸泡一般适用于立式水、火管锅炉及卧式内燃等低压水容积较大的锅炉,强制循环的热水锅炉必须采用流动清洗或两者结合的方式。
流动清洗有以下优点:易使各部分清洗溶液的温度、浓度和金属的温度都很均匀,不致因温差和浓度差,造成锅炉局部腐蚀严重;溶液的流动可以起到搅动作用,有利于清洗。
在清洗过程中要经常取样化验,两次化验浓度差低于0.2%时,酸洗即可结束。值得注意的是不得利用锅炉本体直接加热,避免锅炉局部过热形成腐蚀。在炉外加热温度控制在50~60℃,实际当中不高于55℃。
清洗时间,应根据化学监督的数据来控制。一般为2~6小时。当水垢过厚时,可以适当延长,但最好不应超过12小时。采用动态清洗时,流速一般控制在0.05~0.5m/s范围内,最高不能大于1m/s。
锅炉化学清洗后的的处理:
酸洗结束后的一个重要步骤是再一次冲洗,为了防止空气进入锅炉内而引起锅炉金属的严重腐蚀,不应用放空的办法将废液排出,而是用除盐水(或软化水)排挤酸液并进行冲洗。排除的水PH值为5~6,尽可能缩短冲洗时间,以防止酸洗后的金属表面生锈。
漂洗,一般用稀柠檬酸液进行一次冲洗,利用柠檬酸和铁离子络合的能力,以除去残留在系统内的铁离子,使金属表面很清洁,从而为钝化处理创造有利条件。(常用0.2~0.4%的柠檬酸溶液并含有0.05%的缓蚀剂)
碱液钝化,钝化是在金属表面产生黑色保护膜。该方法一般只用于中、低压汽包锅炉上。(在清洗箱内配制1~2%的磷酸三钠或者用磷酸三钠和氢氧化钠的混合溶液,加热到70~90℃,在系统中循环10~12小时后,再用除盐水或软化水进行冲洗。
酸洗后的锅炉要及时进行保养,以防止锅炉金属生锈腐蚀。
锅炉酸洗时的注意事项:
㈠落实安全措施,为了保证操作人员和设备的安全,必须在化学清洗方案实施前逐一落实好各项安全措施,并指定专人负责此项工作。对各种可能的突发事故,要预先做好防范和补救措施。
㈡穿戴好酸洗工作专用的劳保用品,在现场不得使用明火,防止产生氢气爆炸。酸洗现场通风要好,使用防爆照明工具.
㈢废液的排放,要按有关环保和安全的要求预先布置好。(排放前要用碱液进行中和)
锅炉给水除氧:
在锅炉给水中含有氧和二氧化碳气体时,会引起金属腐蚀,使壁厚减薄,消弱机械强度。
氧和二氧化碳的腐蚀特征是,在金属表面形成直径不等的鼓包。鼓包的表面颜色由黄褐色到砖红色,内层是黑色粉末状腐蚀产物。将其清除后,变出现凹坑。
锅炉除氧的方法:
热力除氧:气体在水中的溶解度与水的温度有关。在一定的压力下,随着水温升高,气体的溶解度相应降低。
真空除氧:真空除氧的原理和热力除氧的原理相似,也是利用水在沸腾状态时气体的溶解度接近于零的特点,除去水中所溶解的氧和二氧化碳等气体。
钢屑除氧:当含有溶解氧的水流经装有钢屑的过滤器时,氧与铁发生反应,生成氧化物,从而达到除氧的目的。
化学药剂除氧:就是向含有溶解氧的水中投加某一种还原剂,使之与氧作用,以达到除氧的目的。常用药剂有亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)、联氨(N2H4·H2O)等。
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