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锅炉及锅炉房设备教学课件下载-样章.ppt 锅炉及锅炉房设备教学课件下载-样章.ppt 第七章 工业锅炉的水处理

自然界中的各种水源都含有一些杂质，不 能直接用于锅炉给水，必须经过处理符合 水质标准后才能供锅炉使用，否则会影响 锅炉的安全、经济运行。因此，锅炉房必 须设置合适的水处理设备。

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§7.1 水中的杂质和水质指标一、水中的杂质 天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按其颗粒大小可 分为三类：颗粒最大的称为悬浮物，其次是胶体，最小的 是离子和分子，即溶解物质。 1、悬浮物是指水流动时呈悬浮状态的物质，其颗粒直径 在10-4mm以上，它通过过滤就可以分离出来。主要是泥砂、 10-4mm以上，它通过过滤就可以分离出来。主要是泥砂、 动植物残渣、工业废物等。 2、胶体物质是许多分子和离子的集合体，其颗粒直径在 10-6~10-4mm之间。水中胶体物质有铁、铝、硅的化合物， 10- 10-4mm之间。水中胶体物质有铁、铝、硅的化合物， 以及动植物有机体的分解物质——有机物。 以及动植物有机体的分解物质——有机物。 3、溶解物质主要是钙、镁、钾、钠等盐类及氧和二氧化 碳等气体。这些盐类在水中大都以离子状态存在，其颗粒 直径小于10-6mm。水中溶解的气体则是以分子状态存在的。 直径小于10-6mm。水中溶解的气体则是以分子状态存在的。

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二、水质指标和水质标准 (一)水质指标 用来表示水中杂质含量的指标称为水质指标。水质指标用 以表明水的品质，主要指标如下： 1、悬浮物 表示水中不溶解的固态杂质含量，即将水样过 滤后分离出的固形物。其含量通常用mg/L表示。 滤后分离出的固形物。其含量通常用mg/L表示。 2、溶解固形物 将滤出悬浮物后的水样进行蒸发和干燥后 所得的残渣。其含量用mg/L表示。 所得的残渣。其含量用mg/L表示。 3、硬度(H) 指溶解于水中能够形成水垢的钙、镁盐类 、硬度(H 的总含量。其含量用mmol/L表示，硬度又可分为碳酸盐 的总含量。其含量用mmol/L表示，硬度又可分为碳酸盐 硬度和非碳酸盐硬度。

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1)碳酸盐硬度(HT):溶解于水中的重碳酸钙Ca(HCO3)2、重碳酸镁 )碳酸盐硬度(HT):溶解于水中的重碳酸钙Ca(HCO3) Mg(HCO3)2和钙、镁的碳酸盐形成的硬度称为碳酸盐硬度。这些盐类很不稳 Mg(HCO3)2和钙、镁的碳酸盐形成的硬度称为碳酸盐硬度。这些盐类很不稳 定，在水加热至沸腾后可分解生成沉淀物析出，即 Ca(HCO3)2 = CaCO3↓+ H2O + CO2↑ Mg(HCO3)2 =MgCO3↓+ H2O + CO2↑ MgCO3 + H2O = Mg(OH)↓+ H2O + CO2↑ 所以又称其为暂时硬度。 2)非碳酸盐硬度(HFT):指水中的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸钙

)非碳酸盐硬度(HFT):指水中的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸钙 CaSO4、硫酸镁MgSO4等非碳酸盐的含量。这些盐类在加热至沸腾时不能立 CaSO4、硫酸镁MgSO4等非碳酸盐的含量。这些盐类在加热至沸腾时不能立 即沉淀析出，只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过饱和极限时才会沉 淀析出，所以又称为永久硬度。 因此，总硬度=暂时硬度+永久硬度=碳酸盐硬度+ 因此，总硬度=暂时硬度+永久硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度 即 H = HT + HFT。 HFT。

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(4)碱度(A) 指水中碱性物质的总含量。例如，氢氧根OH-、碳酸 )碱度(A 指水中碱性物质的总含量。例如，氢氧根OH根CO32-、重碳酸根HCO3-及其他一些弱酸盐类都可以用酸中和，都 CO32-、重碳酸根HCO3是水中常见的碱性物质。碱度的单位用mmol/L表示。 是水中常见的碱性物质。碱度的单位用mmol/L表示。 水中所含的各种硬度和碱度，有着内在的联系和制约。, 注(1 注(1)水中不可能同时存在氢氧根碱度和重碳酸根碱度，因为二者 会发生化学反应，即 HCO3- OH- CO32HCO3- + OH- → CO32- + H2O 注(2)水中的暂时硬度是钙、镁与HCO3- CO32注(2)水中的暂时硬度是钙、镁与HCO3-及CO32-形成的盐类，也属 于水中的碱度。当水中含有钠盐碱度时，就不会存在非碳酸盐硬度 (永久硬度),即 CaSO4 + Na2CO3 === CaCO3↓+ Ba2SO4 由上列化学反应方程式可见，水中不可能同时存在钠盐碱度和永久硬 度，所以常将钠盐碱度称为负硬度。

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综合上述分析，水中硬度和碱度的内在关系可归结为以下三种情况： 1)若总硬度大于总碱度，水中必有永久硬度，而无钠盐碱度，则 HT=A HFT=H-A; HFT=H2)若总硬度等于总碱度，水中无永久硬度，也无钠盐碱度，则 H=HT=A; H=HT=A; 3)若总硬度小于总碱度，水中无永久硬度，而有钠盐碱度，则H =HT,A-H=负硬度。 =HT,A-H=负硬度。 (5)相对碱度 指锅水中氢氧根碱度折算成游离NaOH的量与锅水 指锅水中氢氧根碱度折算成游离NaOH的量与锅水 中溶解固形含量的比值。相对碱度是为防止锅炉苛性脆化而规定的一 项技术指标。 (6)pH值 (6)pH值 它是表示水的酸碱性指标，指水中氢离子浓度的负对数。 呈酸性的水会对金属产生酸性腐蚀，因此锅炉给水要求pH>7;当水 呈酸性的水会对金属产生酸性腐蚀，因此锅炉给水要求pH>7;当水 的pH>13时，容易将金属表面的Fe3O4保护膜溶解，加快腐蚀速度， pH>13时，容易将金属表面的Fe3O4保护膜溶解，加快腐蚀速度， 因此锅水的pH值要求控制在10~12。 因此锅水的pH值要求控制在10~12。

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(7)溶解氧(O2) 指溶解于水中的氧气含量，单位为mg/L。水 指溶解于水中的氧气含量

,单位为mg/L。水 中溶解氧会腐蚀锅炉设备及金属管路，所以水中的溶解氧必须除去。 (8)磷酸根(PO43-) 天然水中一般不含磷酸根，但有时为 了消除给水带入锅内的残余硬度或为了防止锅炉内壁苛性脆化，可向 锅内加入一定量的磷酸盐。因此，磷酸根也作为锅水的一项控制指标。 (9)亚硫酸根(SO32-) 给水中的溶解氧可用化学除氧方法除去，常 )亚硫酸根(SO32用的化学药剂为亚硫酸钠，给水中亚硫酸钠相对于氧的过剩量越多， 则反应速度越快越完全，此时，亚硫酸根也是一项控制指标。 (10)含油量 天然水中一般不含油，可是蒸汽的凝结水或给水在使 10)含油量 用过程中可能混入油类，因此也规定了锅炉给水含油量的指标，其单 位为mg/L。含油量只作为定期检测项目。 位为mg/L。含油量只作为定期检测项目。

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(二)水质指标常用的单位 1、每升水中含杂质的量。(mg/L) 、每升水中含杂质的量。(mg/L) 2、水质指标中硬度和碱度的单位采用毫摩尔/升 、水质指标中硬度和碱度的单位采用毫摩尔/ (mmol/L)。在数值上与过去的毫克当量/升相符。 mmol/L)。在数值上与过去的毫克当量/ 分子的当量=分子量/ 分子的当量=分子量/化合价 毫克当量数=物质的重量(mg) 毫克当量数=物质的重量(mg)/分子的毫克当量 3、德国度(°G): 一升水中含有硬度或碱度物质的总 、德国度(° 量相当于10mgCaO时称为1 量相当于10mgCaO时称为1°G。 4、百万分之一单位(ppM):用一百万份(1L)水溶液 、百万分之一单位(ppM):用一百万份(1L)水溶液 中杂质的量相当于1mg碳酸钙(CaCO3)的量来表示，称 中杂质的量相当于1mg碳酸钙(CaCO3)的量来表示，称 为百万分之一单位。(1ppM) 为百万分之一单位。(1ppM) 换算关系：1mmol/L=2.80G;1mmol/L=50.1ppM; 换算关系：1mmol/L=2.80G;1mmol/L=50.1ppM; 10G=17.9ppM。 10G=17.9ppM。

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(三)水质标准 为防止锅炉由于结垢、腐蚀及锅水起沫而影响锅 炉的安全、经济运行，锅炉给水及锅水均要达到 水质标准。 我国现行的《工业锅炉水质》标准(GB1576— 我国现行的《工业锅炉水质》标准(GB1576— 2001)适用于额定出口蒸汽压力小于等于2.5MPa, 2001)适用于额定出口蒸汽压力小于等于2.5MPa, 以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉， 也适用于以水为介质的固定式承压热水锅炉和常 压热水锅炉。

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二 、水中杂质及其危害 (一)水垢的危害 1、水垢的导热性能很差，导热系数仅为钢的导热系数的1/50~1/30, 、水垢的导热性能很差，导热系数仅为钢的导热系数的1/50~1/30, 锅内结垢使受热面传热能力显著下降，使锅炉的排烟

温度升高，耗煤 量增加，锅炉的出力和效率降低。根据试验，汽锅内壁附着1mm厚的 量增加，锅炉的出力和效率降低。根据试验，汽锅内壁附着1mm厚的 水垢，就要多耗煤2%~3%。 水垢，就要多耗煤2%~3%。 2、锅炉水管结垢后，管内流通截面积减小，水循环的流动阻力增加， 严重时会将水管完全堵塞，破坏正常的水循环，最终使管子烧坏。 3、水垢附着在受热面上，清理困难，需要耗费大量的人力和物力； 还会使受热面受到损伤，缩短锅炉的使用寿命。

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(二)锅水含盐量过多的危害 形成大量泡沫，严重时产生汽水共腾现象。影响蒸汽品质； (三)溶解性气体的危害 水中含有的溶解氧和二氧化碳会对锅炉的给水管路、受热 面产生化学腐蚀。 结论：要保证锅炉的安全、经济运行，必须对锅炉的给水 进行处理，其任务是： 软化：降低水中钙、镁离子的含量，防止锅内结垢。 除碱：减低碱物质含量，以减少锅炉排污量。 除氧：减少水中的溶解气体，减轻对受热面金属的腐蚀。

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三、钠离子交换设备及其运行 (一)固定床离子交换器 是指运行时交换器中的交换剂层是固定而不流动的，一般原水由上而下经过交换剂层，使水得到软 化，简称固定床。 固定床交换器常用的规格用筒体的直径表示。 有φ500mm--φ2000mm等多种。交换剂层高有1.5m、2m、2.5m。 φ500mm--φ2000mm等多种。交换剂层高有1.5m、2m、2.5m。 固定床离子交换按其再生运行方式不同，可分为顺流再生和逆流再生两种。 钠离子交换器 1—进水阀 2—排水阀 3—分配漏斗 4—法兰 5—环行管 6—喷嘴 7—排水阀 8—软水出水阀 9—冲洗 10— 水进水阀 10—三通 11—泄水帽 12—集水管 13—排气管 14—排水管 11— 12— 13— 14— 15—排气阀 16—泄水管 15— 16— 1、顺流再生钠离子交换器及其运行 顺流式再生是指交换运行时再生液的流动方向和原水流动方向相同，一般均由上向下。 1)结构 顺流再生固定床离子交换器结构如上图所示。 它由交换器壳体、进水装置、再生液分配装置、底部排水装置和顶部排气管等组成。

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2)顺流再生离子交换器运行操作(见下图)。 (1)软化 目的：使原水软化。 过程：上进下出。 操作：阀门1 操作：阀门1和2开起，其余阀门关闭。 要求：应定时对水质进行化验；当出水硬度超过规定的允许值时，应立即停止软化。 (2)反洗 目的：①松动软化时被压实了的交换剂层，为还原创造条件。 ②带走交换剂表层的污物和破碎的交换剂颗粒。 过程：下进上出。顺流再生离 子交换器操作示意图 操作：阀门3 操作：阀门3和5开起，其余阀门关闭。 要求：反洗强度以不冲走完好的交

换剂颗粒为宜，一般为15m/h,反洗时间一般为10~15min。 要求：反洗强度以不冲走完好的交换剂颗粒为宜，一般为15m/h,反洗时间一般为10~15min。 (3)再生 目的：使失效的交换剂恢复交换能力。 过程：再生液上进下出。 操作：阀门4 操作：阀门4和6开起，其余阀门关闭。 要求：再生流速一般为4 8m/h。 要求：再生流速一般为4~8m/h。 (4)正洗 目的：清除交换剂中残余的再生剂和再生产物。 过程：废盐液放尽后，开始正洗，上进下出。 操作：阀门1 操作：阀门1和6开起，其余阀门关闭。逆流再生离子交换器 1—废再生掖出口 2—进水阀 3—冲洗水阀 4—再生掖进口 5—排水 6—软化出水7—排水8—小反洗进水 9—进气管 软化出水7 排水8 10—排气管 11—压实层 10— 11— 12—中间排水装置 12— 12—中间排水装 12— 要求：正洗水耗通常为3 6m3/m3树脂，正洗速度为6 8m/h,正洗时间为30~40min,正洗后期阶段的含盐分的正洗水可送入反洗水箱贮存起来，供下次 要求：正洗水耗通常为3~6m3/m3树脂，正洗速度为6~8m/h,正洗时间为30~40min,正洗后期阶段的含盐分的正洗水可送入反洗水箱贮存起来，供下次 反洗使用，以节省用水量和耗盐量。正洗结束后，又可开始软化。

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顺流再生离 子交换器操作示意图

逆流再生离子交换器 1—废再生掖出口 2—进水阀 3—冲洗水阀 4—再生掖进口 5— 排 水 6— 软 化 出 水7—排水8—小反洗 进水 9—进气管 10—排气管 11—压实层 12—中间排水装置 12—中间排水装

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3)顺流再生固定床的优缺点 优点：结构简单，运行维修方便，水质适应性强。缺点：再生盐液耗量大。 2、逆流再生钠离子交换器及其运行 逆流再生是指再生时再生液的流向和原水软化运行时的流向相反。通常盐液 从交换器下部进入，上部排出。 新鲜的再生液总是先与交换器底部尚未完全失效的交换剂接触，使其得到很 高的再生程度，随着再生液继续向上流动，交换剂的再生程度逐渐降低，当 再生液与上部完全失效的交换剂接触时，再生液仍具有一定的“新鲜性” 再生液与上部完全失效的交换剂接触时，再生液仍具有一定的“新鲜性”, 再生液被充分利用。 在软化运行时，水中钙、镁离子含量随着水流向下越来越少，而下部交换剂 的再生程度很高，因此，交换反应仍能持续进行下去，使交换器的出水水质 较好。 综上所述，逆流再生离子交换的优点是具有出水质量高、盐耗低等优点。所 以被广泛采用。 在逆流再生时，由于再生液是从交换剂下部进入的，当再生液流速较高时， 会使交换剂层产生扰动现象。这样，交换剂层上下层次被打乱，称为乱层。 如

果发生乱层现象，就失去了逆流再生的特点。