鍋爐水處理技術培訓資料20xx年度-wenkub

　

【正文】 際飯店、華山公寓等，被視為高貴的建筑設備。燃料多元化和設備小型化、冷熱電聯供與多聯產、網絡化與智能化控制和信息化管理以及環境友好，成為新一代能源系統的主要特征。 1877 年，在美國紐約建成了第一個區域供熱鍋爐房。 1673 年英國工程師發明了熱水在管內流動用以加熱房間。零排污技 術是 21 世紀鍋爐水處理技術的發展方向，其研究開發的風險和難度很大，必須加大投入力度，組織科技力量對傳統的、常規的有關技術進行全面的認識和評價，從觀念上、理論上和技術上進行創新，才能完成歷史賦予我們的任務。 熱水鍋爐防腐阻垢技術是國家“八五”重點科技攻關課題和國家“九五”科技成果重點推廣項目，其原定目標是解決我國普遍存在的熱水鍋爐運行腐蝕和停用腐蝕兩大難題，形成具有自主知識產權的技術。鍋爐又是環境污染大戶，連續排污、定期排污、沖洗廢水排放、離子交換劑再生廢水排放以及燃料燃燒廢氣和粉塵的排放等都在污染著人類賴以生存的環境。 對鍋爐水處理來說，在過去很長一段時間，環境問題被安全問題所掩蓋。在全新的綠色化學的沖擊下，水處理技術正醞釀這種大突破。文獻報道的采用這些配方后金屬的腐蝕速度對冷卻水 是允許的，而對鍋爐來說，屬于強烈腐蝕級或事故腐蝕級。在冷卻水系統特別是敞開式冷卻水系統，水中的溶解氧處于飽和狀態，而鍋水中的溶解氧含量很低甚至為零，因而不利于這類緩蝕劑的作用發揮。 表 3 鍋爐水處理藥劑及其作用 種類 藥劑 作用 pH 及堿度調節劑 氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鹽、聚磷酸鹽、磷酸、硫酸 調整給水、鍋水堿度、防止鍋爐腐蝕與結垢 軟化劑 氫氧化鈉、磷酸鹽、聚磷酸鹽 使水中的硬度成分沉淀 淤渣分散 劑 木素磺酸鈉、單寧、淀粉、聚丙烯酸、苯乙烯磺酸與馬來酸共聚物 使淤泥懸浮分散于水中、易于通過排污排出系統 除氧劑 亞硫酸鹽、聯氨、二乙羥胺、碳酸肼、氫醌、異抗壞血酸、胺基胍、甲基乙基酮肟 除去水中溶解氧、防止鍋爐氧腐蝕 凝結水緩蝕劑 嗎啉、環己胺、烷基胺 防止凝結水系統腐蝕 目前，在我國市場上流行著把用循環冷卻水系統的防垢劑和緩蝕劑直接出售給鍋爐用戶的做法。實際上，早在離子交換法問世以前，鍋內水處理技術已得到廣泛應用。北京化工大學通過試驗研究，查明了亞硫酸鹽的氧化機理，研制了穩定亞硫酸鈉，從而為亞硫酸鹽貯存失效問題提供了解決辦法。一旦機械除氧器失靈或操作失誤，亞硫酸鈉還可作為防止氧腐蝕的第二道屏障。不過，一般認為單獨加入除氧劑不如除氧器－除氧劑法經濟。熱 力除氧和真空除氧的除氧效果好，使用性能穩定，一直是蒸汽鍋爐普遍采用的防腐方法。膜法預處理的優點是，由于除去了大量離子，因而可使離子交換符合減少，延長再生周期；由于除去了污染物，因而可減輕樹脂污染，延長離子交換樹脂的使用壽命。膜技術的大致應用范圍是，微濾用于過濾細菌，超濾用于截留蛋白質，反滲透用于除去水溶液中的離子及相對分子質量為幾百的小分子溶質。離子交換法的主要缺點是必須排放再生廢液。由于陰極過程被抑制，鋼的腐蝕速度減小。 一種習慣性的認識是，原水經過軟化之后，水的 PH 值提高了，因而水的腐蝕性也降低了。為了獲得去離子水或者脫鹽水，可采用陽－陰、陽－陰混離子交換系統。 離子交換樹脂在水處理上的應用約占其產量的 90％。早在一百多年前，沸石類無機離子交換劑就已經發現并得到應用。其中，蒸汽鍋爐 萬臺，占 ％；熱水鍋爐 萬臺，占 ％。這些技術使鍋爐的經濟安全性大大提高。對低壓鍋爐，普遍采取軟化水－阻垢劑以防止結垢，采用機械除氧器－化學除氧劑（亞硫酸鈉）除氧以 防止腐蝕，采用防腐阻垢法和排污以保持水質工況。由于鍋爐是一種熱交換設備，水垢的生成會極大地影響鍋爐的導熱能力（水垢 的導熱系數是鋼鐵的導熱系數的數十分之一到數百分之一），因此，鍋爐結垢將導致爐管過熱損壞、燃料浪費、出力降低、消耗化學除垢藥劑、縮短鍋爐使用壽命等。但是如果鍋爐水質控制不好，尤其是 pH 值過低或過高，常會破壞保護膜。 3） ．防止垢下腐蝕 鍋爐受熱面結垢后，滲入垢下的鍋水會在高溫下極度濃縮，并發生化學反應，從而產生各種垢下腐蝕，但由于水垢的覆蓋往往難以察覺。 工業鍋爐常見的腐蝕主要有氧腐蝕和垢下腐蝕，其防止的措施主要有： 1） ．搞好給水處理 給水中的溶解氧、鐵離子和過低的 pH 值都會促進鍋爐金屬發生腐蝕。鍋爐發生腐蝕后，不僅使金屬的有效厚度減薄，而且會使金屬內部的金相組織遭到破壞，機械性能變差，造成鍋爐的承壓能力降低，使用壽命縮短，以至提前報廢。在系統停運期間由于防護不當，更是如此，不斷造成設備及系統的破壞，其破壞程度越來越大，在金屬表面形成許多小鼓包，鼓包表面的顏色（由黃褐色到硅紅色不等，次層是黑色）。對金屬的強度破壞非常嚴重。如清洗前已堵塞的管子，清洗后仍無法疏通暢流的，應由有修理資格的單位修理更換。 (2)鈍化膜 鍋爐清洗表面應形成良好的鈍化保護膜，金屬表面不出現二次浮銹，無點蝕。工業鍋爐的酸洗質量要求如下： (1)除垢率 清洗以碳酸鹽垢為主的水垢，除垢面積應達到原水垢覆蓋面積的 80％以上。為了確保鍋爐酸洗的安全和質量，國家質量技術監督局專門制定頒發了《鍋爐化學清洗規則》，并規定：從事鍋爐化學清洗的單位必須取得省級及省級以上鍋爐壓力容器安全監察機構的資格認可，才能承擔相應級別的鍋爐化學清洗。一般用于除垢時的用量(每噸水的用量 )為：工業磷酸三鈉 5～ 10kg，碳酸鈉 3～ 6kg，或氫氧化鈉 2～ 4kg。單純的堿煮除垢效果較差，常常需與機械除垢配合進行。此法比較簡單，成本低，但勞動強度大，除垢效果差，易損壞金屬表面，只適用于結垢面積小， 且構造簡單，便于機械工具接觸到水垢的小型鍋爐。 水垢的清除 鍋爐應以積極的防垢、防腐為本。 4） 引起垢下腐蝕，縮短鍋爐壽命 鍋爐結垢后還會引起垢下腐蝕等危害。 水垢的危害 水垢的導熱性很差，其導熱系數要比鍋爐鋼板的導熱系數小幾十倍至數百倍， 2 所以鍋爐結垢后就會嚴重阻礙傳熱并引起下列危害： 1） 浪費燃料，降低出力 鍋爐結垢后將嚴重影響受熱面傳熱，降低熱效率，降低蒸汽出力，增加燃料消耗。如果反應在受熱面上發生，就直接形成了水垢；如果反應在鍋水中發生，則形成水渣。水垢形成的主要過程為： 1） 受熱分解 在高溫高壓下，原來溶于水的某些鈣、鎂鹽類 (如碳酸氫鹽 )受熱分解，變成難溶物質而析出沉淀。受熱面上黏附著的固體沉積物 就稱為水垢。在一定條件下，固體沉淀物也會在鍋水中析出，呈松散的懸浮狀，稱為水渣。 2） 溶解度降低 在高溫高壓下，有些鹽類 (如硫酸鈣、硅酸鹽等 )物 質的溶解度隨溫度升高而大大降低，達到一定程度后，便會析出沉淀。而水渣中有些是具有黏性的，當未被及時排污除去時，就會轉化成水垢。根據測定，水垢厚度與浪費燃料的關系見 下 表 1。有些結構緊湊或結構復雜的鍋爐，一旦受熱面結垢，就極難清除，嚴重時只好采用挖補、割換管子等修理措施，不但費用大，而且還會使受熱面受到嚴重損傷。但當鍋爐結垢或腐蝕沉積物達到一定程度時，也應及時清洗除去，以免對鍋爐安全運行帶來隱患。近年來，由于清洗專用的高壓水槍的應用，使水力沖洗的機械除垢發展較快，這種高壓水力除垢的效果較使用原始的機械工具有很大的提高，且較為安全、方便。堿煮除垢對于以硫酸鹽、硅酸鹽為主的水垢有一定的效果，但對于碳酸鹽水垢，則遠不如酸洗除垢效果好。這些堿洗藥劑應先在溶液箱中配制成一定濃度，然后再用泵送人鍋內，并循環至均勻。無相應資格的任何單位和個人 (包括用爐單位 )，都不得擅自酸洗鍋爐。 清洗硅酸鹽或硫酸鹽水垢，除垢面積應達到原水垢覆蓋面積的 60％以上。 (3)腐蝕速度 用腐蝕指示片測量的金屬腐蝕速度的平均值應小于 6g／(m2 、鍋爐的腐蝕 原理與特征 鐵受水中溶解氧的腐蝕是一種電化學腐蝕，鐵和氧形成腐蝕電池。 鐵受到溶解氧腐蝕后產生 Fe2+，它在水中進 行下列反應： Fe2++2 OH－ → Fe (OH )2 Fe (OH ) 2+2H2O+O2 → 4Fe (OH )3 Fe (OH ) 2+2Fe (OH)3 → Fe3O4+4H2O 在上述反應中， Fe (OH ) 2 是不穩定的，使反應繼續往下進行，最終產物主要是 Fe (OH ) 3 和 Fe3O4 腐蝕的部件 ： 氧腐蝕是鍋爐采暖系統常見的一種腐蝕。當將這些腐蝕產物清除后，便會出現腐蝕造成的陷坑。有的腐蝕會在人們毫無察覺的情況下對設備造成損壞，嚴重時還會發生爆管事故，有的甚至會引發鍋爐爆炸等災難性事故。因此給水應盡量除氧；給水 pH 值應大于 7；對于回收蒸汽冷凝水作給水的，應注意控制鐵離子含量，有時用汽系統剛啟動一段時間，凝結水中往往就含有黃色鐵銹 5 水，這時應適當排放至含鐵量合格后才能作為鍋爐給水。因此，鍋爐結垢后應及時清洗除去。 5） ．做好停爐保養 不少鍋爐的腐蝕常常是因為停爐保養不當所造成的，而停爐時產生的腐蝕產物又常會在鍋爐運行時進一步加速腐蝕。水質不良對鍋爐的另一種危害是腐蝕鍋爐金屬，使金屬件破壞，增加水中的結垢成分，產生垢下腐蝕等。對中高壓鍋爐，普遍采取去離子水－阻垢劑以防止結垢，采用機械除氧器－化學除氧劑（亞硫酸鈉或聯氨）除氧以防止腐蝕，采用防腐阻垢劑法和排污以保持水質工況。 我國自改革開放以來，隨著國民經濟的發展作為工業心臟的鍋爐的數量以相當快的速度增加。按用途統計，生活用鍋爐 萬臺，占 52％；生產用鍋爐 萬臺，占 52％；發電用鍋爐 5286 臺，占 ％。后來出現了性能更好的陽離子交換劑磺化煤。當原水經過離子交換樹脂床時，水中的雜質離子與樹脂上的無害離子交換，從而把雜質離子從原水中去掉，使水質符合鍋爐的要求。 目前，離子交換法在我國鍋爐房的普及率已達 90％以上。實際上，鍋爐鋼在原 水和軟化水中的腐蝕速度很大，按照鍋爐腐蝕標準，都屬于事故性腐蝕級。當原水被軟化之后，隨著硬度成分被除去，水中原有的天然緩釋劑已不存在，因而水的腐蝕性增加了。再生廢鹽水可導致淡水 咸化，其排放在一些國家已受到限制。 在鍋爐水處理方面應用較多的是電滲析和反滲透。 膜法的主要缺點是需要較嚴格的預處理和必須排放濃縮水。為了保證除氧效果，還應在機械除氧之后再加入適量除氧劑。 亞硫酸鈉使最常用的除氧劑。對沒有安裝除氧器的鍋爐，可直接采用亞硫酸鈉，其用量根據給水溶解氧含量計算，然后再稍增加，以保證系統中亞硫酸根含量。 水合聯氨是比亞硫酸鈉更好的除氧劑，國內外廣泛用于高壓鍋爐給水除氧，作為機械除氧的輔助措施。在離子交換法問世之后，鍋內加藥法 與其配合使用，獲得了更快發展。這種做法無疑有生意上的意義，但是對鍋爐的防腐阻垢難以達到要求的可能原因如下。 （ 3）目前，即使堿性冷卻水處對水的堿性仍然有比較嚴格的要求，而鍋爐水的堿性遠遠超過這種限制 ，適合于冷卻水細工的酸性處理對鍋爐則是十分危險的。 水處理劑的發展方向是綠色化。面臨挑戰，研究鍋爐水處理技術的現狀和發展動向是十分必要的。在環境和安全難以兼得時，國內外普遍采取的做法是舍環境而取安全。從可持續發展戰略出發，以近年提出的綠色化學新概念為基礎，傳統大額安全和節能戰略已不能滿足持發展要求，消滅污染源頭的綠色鍋爐水處理技術或零排污鍋爐水處理技術應當成為 21 世紀鍋爐水處理發展的中心戰略。然而，在完成了規定科研任務的基礎上，其研究開發逐步深化，發展成了普通、中級和高級應用技術，實現了零排污。 （ 本章 內容 摘錄于 《熱水鍋爐防腐阻垢技術》 ，魏剛、熊蓉春。 1777 年法國人把熱水采暖用于房間。 20 世紀初，一些工業發達國家，開始利用發電廠內汽輪機的排汽，供給生產和生活用熱，其后逐漸形成現代化的熱電廠。因此，供熱熱源與供熱方式的多元化，正在促進現代供熱技術飛速發展 . 我國在遠古時期，就有鉆木取火的傳說。 新中國成立后，隨著國民經濟建設的發展和人民生活水平的不斷提高，我國的供熱事業得到了迅速發展，在東北、西北、華北三北地區，公共建筑、工業建筑及城鎮居住建筑都實現了集中供暖，不少城鎮實現了集中供熱。改革開放以來，我國經濟建設進入快速發展時期，多種供暖系統型式的應用和新型散熱設備的 研制都有了較大的發展。截止到 2020 年，城鎮供熱面 積達 億㎡，城鎮供熱面積中住宅面積約占 60%以上。因此，供熱工程的發展，在消耗能源的同時也間接的對環境造成污染。十五規劃以來，按照全面落實科學發展觀，構建節約型、環境友好型社會的要求，以提高能源利用為核心、以節能為重點，大力實施了城鎮供熱體制改革。如區域鍋爐房和熱電廠等。 當集中供熱系統的設計熱負荷、熱媒種類及其參數確定之后，就需要正確地選定熱源型式、熱源的熱力系統及其設備。熱電廠裝機容量受熱負荷大 小、性質等制約，機組規模要比目前火電廠的主力機組小很多。 熱電聯產的蒸汽沒有 冷源損失 ，所以能將熱效率提高到 85％，比大型凝汽式機組 (熱效率達 40％ )還要高得多。 (1)背壓式汽輪機的發電功率是由通過汽輪機的蒸汽量決定的，而通過背壓式汽輪機的蒸汽量決定于熱用戶熱負荷的大小，所以背壓式汽輪機的發電功率受用戶熱負荷的制 約，不能分別地獨立進行調節。由于它的抽汽