锅炉水处理技术的应用与问题分析

Posted 2023-01-12 水垢

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针对目前锅炉用水水质不良，受热面结垢的现象进行了分析，分别阐述了水垢和泥渣的形成机理及水对锅炉炉壁的腐蚀效应，着重介绍了采用物理原理和化学原理的各种锅炉水处理方法，指出综合采用各种水处理技术可大大降低锅炉结垢速度，从而实现锅炉的绿色环保运行。
文章编号：1009-6825(2013)07-0143-02
1.概述
锅炉是热力设备的一种，它对能源的消耗占有很大的比重，而锅炉用水作为传热介质，其所用水源水质的好坏对锅炉能否经济安全运行起着至关重要的作用。目前在锅炉的运行中，由于锅炉用水水质不良，受热面结垢的现象比较普遍，从而降低锅炉热效率，造成锅炉、管道的腐蚀，据有关专家研究结果显示：当锅炉结生1mm水垢时，增加燃料消耗10%，水垢达到3mm时，燃料消耗增加大约25%，锅炉结垢严重时可能会造成熔孔或爆管，直接影响锅炉的运行。锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的一个重要环节，是贯彻执行水质标准，使锅炉无垢无腐，延长其使用寿命的有力手段，因此加强水处理工作具有十分重要的意义。
2.水质对锅炉的影响
2.1水垢和泥渣
溶于水中的盐类，积累到一定程度，会从水中析出，沉积在容器壁上，形成水垢，炉水不断蒸发浓缩，某些难溶性盐的离子浓度乘积大于在该温度下的溶度积，就会以沉淀的形式析出，沉积在锅筒及管壁等传热面上形成一层泥石状的硬壳，叫水垢；形成疏松的悬浮物，沉积在锅底或下联箱底部，形成泥渣，可以通过排污的方法排出。在淡水中，溶解的重碳酸盐Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2最不稳定，很容易分解形成沉淀物CaCO3；Mg(OH)2，MgCO3形成泥渣，CaCO3在水的碱性较弱、水不沸腾时形成水垢，在沸腾状态或碱性较强时则形成泥渣，能形成坚实的水垢。在处理锅炉水垢时CaSO4和CaSiO3是主要的防垢对象。另外，CaCO3形成水垢时有菱形和方解石两种晶体结构，方解石晶体结构容易形成泥渣，文石型晶体结构形成水垢。形成什么晶体结构，取决于温度、压力等条件。水垢为不良导体，会使得锅炉传热受阻，由于水垢不均匀附在锅壁及水管壁上，将会造成锅炉局部过热，从而导致管子鼓泡，烧弯或烧裂，炉胆及燃烧室烧塌等现象。
2.2水对锅炉炉壁的腐蚀

3.常用的锅炉水处理方法
1)物理法。如永磁和电磁软水器、高频水改器等都属于物理法。它们的优点是体积小、结构简单、运行费用低、容易检修等。应用在热水采暖系统上有很好的防垢、除垢效果，但因锅炉结构的不同和给水流速、水质等因素的影响，使得锅炉防垢不能得到彻底保证。
2)化学法。化学软化法是指在软化水过程中发生化学反应生成新的物质。有炉内加药法和炉外软化法两种。a.炉内加药法。炉内加药法即向炉内加化学药剂，改变沉渣的结构，防止或减少硬垢的生成，目前应用广泛的方法是加入定量的磷酸三钠、纯碱和含有单宁的有机物质。炉内加药可以防垢、老垢脱落、防腐蚀等，经过多年运行后发现，系统的管网和散热器有堵塞结垢的现象，此外，炉内加药水处理虽然减轻了水垢的形成，但是还不能防止结垢，必须定期清理锅炉，因此会影响锅炉的连续运行。b.炉外软化法。目前应用最多的是离子交换法，这种方法使用钠离子作为交换剂，当被处理的水流过装有交换剂的过滤器时，Ca2+和Mg2+离子被置换，并存留在交换剂中，使水得到软化，处理后的水可获得可靠的软化效果，在热水采暖锅炉中得到广泛的采用。因此着重介绍离子交换法锅炉水处理技术。离子交换法原理。水中含有的Ca2+，Mg2+盐类，为防止锅炉受热金属面产生水垢，须将水中的Ca2+，Mg2+用其他不形成水垢的阳离子(Na+，H+)来置换，使水得到软化。即当原水经过Na+离子交换剂(强酸性阳离子交换树脂R吸附Na+制备)层时，水中的Ca2+，Mg2+等阳离子与交换剂中的Na+进行交换而被树脂吸附，使水得到软化。经过Na+交换后的软化水含盐量有所提高。锅炉运行过程中水碱度过高会影响蒸汽品质，锅水中较高浓度的游离NaOH会使金属发生碱腐蚀。所以，对锅外化学水处理的锅炉要控制锅水的pH值和碱度。为了使锅水杂质浓度减少到指标范围以内，防止由于锅水的浓缩引起的上述问题防止排污设备堵死，都需要进行排污操作。随着反应的不断进行，交换剂中的Na+大部分被置换出来，出水中就含有Ca2+，Mg2+(即出现了硬度)，当硬度值达到一定范围时，出水就不符合锅炉给水标准，说明交换剂已经失效，此时就要对交换剂进行再生，恢复其软化能力，再生剂是食盐(NaCl)。再生过程中，含有大量Na+的氯化钠浓溶液通过失效的树脂层，将树脂所吸附的Ca2+，Mg2+强行置换出来，而Na+被树脂吸附，使离子交换树脂恢复交换能力，其反应式如下：2Na++CaR2→Ca2++2NaR；2Na++MgR2→Mg2++2NaR。离子交换法在炉水处理中存在的问题。离子交换法效果很好，但它不符合循环经济和生态保护的要求。其中一个重要原因是：它产生的再生废液必须排放。再生废液的问题比较严重，它会使淡水咸化，因此这个方法已经受到部分发达国家的政策限制。为了保护人类赖以生存的环境，研究开发无污染的绿色锅炉水处理技术势在必行。
4.展望
水处理的发展随水处理科学技术的进步也得以不断提高，由过去的石灰沉淀软化法，发展到离子交换处理法、电渗析以及反渗透等膜技术。综合采用各种水处理技术，可大大降低锅炉结垢速度，从而提高热能利用率，通过采用适当的技术可以减少锅炉水处理污染物排放，从而实现锅炉的绿色环保运行。