第五章 余熱鍋爐水處理【古柏高教】

1、第五章 余熱鍋爐水處理,1,教育材料,1、對(duì)余熱鍋爐用水進(jìn)行處理的意義,廢熱鍋爐的用水品質(zhì)情況是影響設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)之一。沒有經(jīng)過凈化處理的天然水含有許多雜質(zhì)，這種水如果進(jìn)入水汽循環(huán)系統(tǒng)，將會(huì)造成下列危害。 換熱設(shè)備的結(jié)垢。如果進(jìn)入廢熱鍋爐的水質(zhì)不良，則經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，在和水接觸的受熱面上，會(huì)生成一些固體附著物，這些固體附著物就是水垢。因?yàn)樗傅膶?dǎo)熱性能比金屬差幾百倍，而這些水垢又極易在熱負(fù)荷很高的爐管中生成，所以結(jié)垢可使結(jié)垢部位的金屬管壁溫度過高，引起金屬強(qiáng)度下降，這樣在管內(nèi)壓力的作用下，就會(huì)發(fā)生管道局部變形、產(chǎn)生鼓包，甚至引起爆管等嚴(yán)重事故,2,教育材料,熱力設(shè)備的腐蝕。與

2、水經(jīng)常接觸的金屬設(shè)備，如設(shè)備本身的使用期限，造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還由于金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水中，使給水中雜質(zhì)增多，從而又加劇在高熱負(fù)荷受熱面上的結(jié)垢過程，而結(jié)成的垢轉(zhuǎn)而又會(huì)促進(jìn)鍋爐爐管的腐蝕，此種惡性循環(huán)會(huì)迅速導(dǎo)致爆管事故，此外，如果金屬的腐蝕產(chǎn)物被蒸汽帶到氣輪機(jī)中沉積下來后，也會(huì)嚴(yán)重影響氣輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,3,教育材料,過熱器和氣輪機(jī)的積鹽。水質(zhì)不良會(huì)使廢熱鍋爐不能產(chǎn)生高純度的蒸汽，隨蒸汽帶出的雜質(zhì)就會(huì)沉積在蒸汽通過的各個(gè)部位（如過熱器和氣輪機(jī)），這種現(xiàn)象稱為積鹽。過熱器管內(nèi)積鹽會(huì)引起金屬管壁過熱甚至爆管，氣輪機(jī)內(nèi)積鹽會(huì)大大降低氣輪機(jī)的出力和效率，當(dāng)氣輪機(jī)內(nèi)積鹽嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使推力軸承負(fù)荷增大，隔

3、板彎曲，造成事故停機(jī)。所以，對(duì)廢熱鍋爐用水進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬艋幚碛兄匾囊饬x,4,教育材料,2、余熱鍋爐給水指標(biāo)制定的依據(jù),為了防止鍋內(nèi)結(jié)垢、腐蝕和產(chǎn)生的蒸汽品質(zhì)不良，必須對(duì)進(jìn)入廢熱鍋爐的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)督。廢熱鍋爐給水和爐水水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)爐型、蒸汽參數(shù)、蒸汽用途和最高熱負(fù)荷情況來確定，同時(shí)還要參照工業(yè)鍋爐、電站鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和廢熱鍋爐的具體條件來制定。對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)的廢熱鍋爐，其制定的水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要升級(jí),5,教育材料,3、我國低壓廢熱鍋爐給水和爐水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,根據(jù)國家GB15761996低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，蒸汽壓力小于254MPa的固定式蒸汽鍋爐和熱水鍋爐,6,教育材料,4、廢熱鍋爐用水的主要評(píng)

4、價(jià)指標(biāo),廢熱鍋爐用水與工業(yè)鍋爐用水指標(biāo)大致相同，主要以下幾個(gè) 硬度表示水中鈣鹽和鎂鹽的含量 堿度表示水中OH及其他弱酸鹽類的含量 PH值表示水中的酸堿性，PH=7水為中性，PH7水呈堿性，PH7水呈酸性 磷酸根（PO）表示水中含量，天然水中不含，當(dāng)向鍋爐水加藥（磷酸鹽）時(shí)，水中才出現(xiàn) 含氧量表示水中氧的含量 含油量表示水中含油量 水質(zhì)的其他指標(biāo)還有鐵、銅、鈉、二氧化硅、聯(lián)氨的含量等,7,教育材料,5、制定給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的原則,制定給水質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)既要防止給水系統(tǒng)及設(shè)備內(nèi)部腐蝕，以減少腐蝕產(chǎn)物隨著給水帶入爐內(nèi)，又要保證鍋爐和汽輪機(jī)不產(chǎn)生結(jié)垢，腐蝕，所以控制給水的質(zhì)量極為重要。目前廢熱鍋爐給水都進(jìn)行除

5、鹽處理，以保證給水質(zhì)量,8,教育材料,6、PH值,PH是一種表示水的酸堿性的指標(biāo)，它是指水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。當(dāng)PH值大于7時(shí)，水呈堿性，PH值越大，水的堿性越強(qiáng)；當(dāng)PH值等于7時(shí)，水呈中性；當(dāng)PH小于7時(shí)，水呈酸性，PH越小，水的酸性越強(qiáng),9,教育材料,7、鍋爐給水PH值控制范圍,為了防止酸性水腐蝕金屬受熱面，要求鍋爐給水呈堿性，即PH值大于7，一般給水的PH值控制在8.5至9.5之間，不同形式和參數(shù)的廢熱鍋爐，PH值要求不完全一樣。PH值太小，易對(duì)金屬管材產(chǎn)生腐蝕；PH值太大，容易將鋼材表面的保護(hù)膜溶解，也會(huì)引起腐蝕或產(chǎn)生苛性脆化,10,教育材料,8、水的堿度,堿度表示水中氫氧根離子、碳

6、酸根離子、碳酸氫根離子及其他一些弱酸鹽類的總和。因?yàn)檫@些鹽類在水溶液中都呈堿性，可以用酸中和，所以歸納為堿度。在天然水中，堿度主要由碳酸氫根離子的鹽類所組成，單位用毫摩爾每升或微摩爾每升表示。當(dāng)水中的總堿度大于總硬度時(shí)，稱為堿性水,11,教育材料,9、相對(duì)堿度,爐水的相對(duì)堿度是爐水中的游離氫氧化鈉濃度與溶解固形物濃度的比值，即 相對(duì)堿度=爐水游離氫氧化鈉濃度除以爐水溶解固形物濃度 對(duì)于脹接的鍋爐，當(dāng)水中游離氫氧化鈉含量過高，相對(duì)堿度大于0.2時(shí)，在鍋爐有縫隙并存在應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生苛性脆化，所以水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此做了規(guī)定,12,教育材料,10、硬度,表示水中含有結(jié)垢物質(zhì)-鈣、鎂等離子的總含量稱為硬度，

7、單位用毫摩爾每升或微摩爾每升表示。硬度又可按水中存在的陰離子的情況，劃分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩類。 碳酸鹽硬度是指水中鈣、鎂的重碳酸鹽、碳酸鹽之和。 非碳酸鹽硬度是指水的總硬度與碳酸鹽硬度之差,13,教育材料,11、硬水、軟化水和除鹽水是的定義,未經(jīng)處理，含有鈣、鎂離子等鹽類的水稱硬水；經(jīng)過陽離子交換器處理，除去鈣、鎂等離子的水稱為軟化水；經(jīng)過陽、陰離子交換處理，水中的陽、陰離子基本除去的水稱為除鹽水,14,教育材料,12、鍋爐給水要控制含油量,給水含油量高，會(huì)使?fàn)t水產(chǎn)生泡沫，影響蒸汽品質(zhì)；也會(huì)使?fàn)t內(nèi)形成熱導(dǎo)率很小的帯油質(zhì)的水垢。另外，在溫度較高的傳熱面上，由于油質(zhì)分解，可能產(chǎn)生積炭水垢

8、而影響鍋爐爐管傳熱，盡而造成鍋爐爆管事故。一般低壓鍋爐上含油量不測(cè)定,15,教育材料,13、余熱鍋爐給水需要進(jìn)行處理的原因,如果將沒有經(jīng)過處理的水直接加入鍋爐，不僅蒸汽質(zhì)量不能保證，而且還會(huì)引起鍋爐結(jié)垢和腐蝕，這不但影響鍋爐的安全運(yùn)行，而且還影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。所以，水加入廢熱鍋爐前需要進(jìn)行除鹽、除雜質(zhì)和除腐蝕性氣體等處理，保證鍋爐給水質(zhì)量符合要求,16,教育材料,14、余熱鍋爐水處理包括的內(nèi)容,余熱鍋爐水處理分爐外水處理和爐內(nèi)水處理。爐外水處理包括除去水中懸浮物、膠體狀態(tài)雜質(zhì)的澄清、過濾等預(yù)處理；除去水中溶解的鈣、鎂離子的軟化處理；除去水中全部溶解鹽類的除鹽處理。爐內(nèi)水處理是對(duì)汽包內(nèi)的爐水

9、進(jìn)行的加藥處理,17,教育材料,15、水質(zhì)預(yù)處理的目的,防止水中有機(jī)物、膠體污染離子交換樹脂和反滲透膜 確保滲透膜免受化學(xué)和機(jī)械損傷 根據(jù)水質(zhì)變化調(diào)整設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和加藥量 防止鈣、鎂鹽類沉積和難溶鹽類的生成 防止細(xì)菌生物生長、繁殖，污染樹脂和滲透膜,18,教育材料,16、水的過濾處理,經(jīng)過混凝澄清處理的水，進(jìn)入過濾器或?yàn)V池，經(jīng)過濾料的截污使水中的雜質(zhì)被進(jìn)一步清除、出水濁度進(jìn)一步降低的過程稱為水的過濾處理。一般水經(jīng)過普通過濾器處理后濁度能達(dá)到3mg/L以下，采用微濾或超濾技術(shù)的出水濁度小于1mg/L,19,教育材料,17、除鹽水系統(tǒng)概述,系統(tǒng)的產(chǎn)水規(guī)模為 70m3/h。雙流機(jī)械過濾器為預(yù)處理設(shè)

10、備，以保證后續(xù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；一級(jí)復(fù)床（陽床+除碳器+陰床）裝置為脫鹽設(shè)備，能夠除去水中大部分電解質(zhì)；用來保障出水滿足用戶鍋爐用水的水質(zhì)指標(biāo)。本系統(tǒng)設(shè)備采用PLC全自動(dòng)控制,20,教育材料,18、除鹽水站水處理系統(tǒng)產(chǎn)水技術(shù)指標(biāo),系統(tǒng)進(jìn)水量：100-150 m3/h 除鹽水：70 m3/h 電導(dǎo)率：5 S/cm (25) ; 硬度0； 二氧化硅：100g/L; 鐵50g/L； 銅10g/L; PH值：7,21,教育材料,19、除鹽水系統(tǒng)主工藝流程,原水（Q=100 m3/h P0.3Mpa）雙流機(jī)械過濾器 陽離子交換器 脫碳塔中間水箱中間水泵 陰離子交換器 除鹽水箱給水泵用水點(diǎn),22,教育材料,

11、本系統(tǒng)根據(jù)功能可分為四個(gè)分系統(tǒng)，即預(yù)處理系統(tǒng)、一級(jí)復(fù)床（陽床+除碳器+陰床）脫鹽系統(tǒng)和DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)包括：雙流機(jī)械過濾器用于去除水中的懸浮物、膠體等，為后續(xù)的脫鹽處理提供條件；一級(jí)復(fù)床（陽床+除碳器+陰床）脫鹽系統(tǒng)包括：陽床、除碳器、中間水箱、中間水泵、陰床、除鹽水箱及給水泵,23,教育材料,系統(tǒng)能脫除水中 98%以上的鹽份，作用是保障出水水質(zhì)指標(biāo)，產(chǎn)出合格的除鹽水；DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)包括中央控制器及每個(gè)設(shè)備的單獨(dú)控制器。 輔助系統(tǒng)：壓縮空氣反沖洗過濾器用：Q=3.5m3/h P=0.2Mpa（用戶自備） 再生系統(tǒng)主要由酸堿儲(chǔ)罐、酸堿計(jì)量箱和酸堿噴射器等組成。它的主要作用是對(duì)交

12、換器樹脂失效后進(jìn)行酸堿再生，以滿足外供除鹽水的品質(zhì),24,教育材料,20、雙流機(jī)械過濾器工作原理,雙流機(jī)械過濾器是利用石英砂濾料去除原水中的懸浮物，屬于普通快濾設(shè)備。含有懸浮物顆粒的水在管道混合器中與絮凝劑、助凝劑充分混合，使水中形成膠體顆粒的雙電層被壓縮。當(dāng)膠體顆粒流過多介質(zhì)過濾器的濾料層時(shí)，濾料縫隙對(duì)懸浮物起篩濾作用使懸浮物易于截留在濾料表面。當(dāng)在濾料表層截留了一定量的污物形成濾膜，隨時(shí)間推移過濾器的前后壓差將會(huì)很快升高，直至失效。此時(shí)需要利用逆向水流反洗濾料，使過濾器內(nèi)石英砂及無煙煤層懸浮松動(dòng)，從而使粘附于石英砂及無煙煤表面的截留物剝離并被水流帶走，恢復(fù)過濾功能。本工程中使用的細(xì)石英砂濾

13、料，這樣可以充分發(fā)揮整個(gè)濾層的效率、提高截污能力,25,教育材料,21、陽離子交換器工作原理,離子交換器采用逆流再生固定床。當(dāng)原水進(jìn)入裝有H型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂的陽離子交換器時(shí)，水中所含各種陽離子和離子交換樹脂上的H+發(fā)生反應(yīng)： Ca2+HR CaR2+2H2+ Mg2+HR MgR2+2H2+ Na + HR NaR+ H+ K+ HR KR+ H+ 上述反應(yīng)的結(jié)果是水中的各種陽離子被吸附在離子樹脂上，離子交換樹脂上的H+則到水中，水中的陽離子幾乎只含有H+，它和水中各種陰離子發(fā)生作用生成各種酸類,26,教育材料,22、陽離子交換器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),進(jìn)水裝置采用母支管形式，能使水均勻的分布在交換劑

14、層上。 中排裝置設(shè)置在交換樹脂層和壓脂層的分界面上，用于排泄再生酸廢液和小反洗，布水裝置采用魚刺形（見圖），能使再生液均勻的分布在交換劑層上。 出水裝置采用穹形多孔板+石英砂墊層形式（見圖），能使再生液均勻的分布在交換劑層上，不發(fā)生偏流和短流想象。 另外，在交換器上設(shè)置2個(gè)視鏡，樹脂大反洗時(shí)觀察樹脂膨脹情況。考慮到樹脂的水力裝卸，筒體上部設(shè)樹脂輸入口，在筒體下部設(shè)置樹脂卸出口,27,教育材料,23、除二氧化碳器工作原理,主要去除水中的二氧化碳，使水中的二氧化碳含量降到5mg/L以下。原水中含有碳酸氫根離子，經(jīng)過反滲透脫鹽后一部分游離態(tài)的二氧化碳，如果不去除會(huì)在水以碳酸的形式存在，使水呈酸性，同

15、時(shí)也會(huì)減少陰床運(yùn)行周期。 除二氧化碳器是采用鼓風(fēng)脫氣方式除去水中游離二氧化碳的設(shè)備，水由設(shè)備上部進(jìn)入，經(jīng)過進(jìn)水布水裝置噴淋后，流過由表面積大的填料層，水被分散成水霧，從底部排出進(jìn)入中間水箱，同時(shí)空氣由下部風(fēng)口進(jìn)入，逆向穿過填料層，水中的游離二氧化碳從水中釋放出來進(jìn)入空氣中。一般出水中的二氧化碳含量可降到5 mg/L，大大降低了陰離子交換器的負(fù)荷,28,教育材料,除二氧化碳器在工藝中主要去除水中的HCO3-減輕陰床的工作負(fù)荷，由于陽床出水呈酸性，而HCO3-在酸性條件下極易分解，形成游離態(tài)的CO2。經(jīng)過脫氣塔后水中的殘留CO2含量5 mg/L。 原水中的碳酸鹽經(jīng)H離子交換器后轉(zhuǎn)換成碳酸，水的PH

16、值越低，水中的碳酸越不穩(wěn)定，當(dāng)水的PH低于4.3時(shí)，水中的碳酸幾乎全部分解成CO2和水,29,教育材料,24、除二氧化碳器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),除二氧化碳器為鼓風(fēng)式圓柱形設(shè)備，內(nèi)襯橡膠，筒體內(nèi)部分為三部分：上節(jié)內(nèi)部裝布水裝置及排風(fēng)口，排風(fēng)口上設(shè)有收水裝置，布水裝置為母支管形式，材料為鋼襯膠。中節(jié)內(nèi)裝有填料，填料為50多面空心球，填料高度2500 mm。下節(jié)內(nèi)裝有進(jìn)風(fēng)裝置及出水裝置水封管。中節(jié)和下節(jié)之間裝有填料支撐用格板，人孔采用門型結(jié)構(gòu)，配套鼓風(fēng)機(jī),30,教育材料,25、陰離子交換器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),進(jìn)水裝置采用母支管形式，能使水均勻的分布在交換劑層上。 中排裝置設(shè)置在交換樹脂層和壓脂層的分界面上，用于排泄再

17、生堿廢液和小反洗，布水裝置采用魚刺形（見圖），能使再生液均勻的分布在交換劑層上。 出水裝置采用穹形多孔板+石英砂墊層形式（見圖），能使再生液均勻的分布在交換劑層上，不發(fā)生偏流和短流想象。 另外，在交換器上設(shè)置2個(gè)視鏡，樹脂大反洗時(shí)觀察樹脂膨脹情況。考慮到樹脂的水力裝卸，筒體上部設(shè)樹脂輸入口，在筒體下部設(shè)置樹脂卸出口,31,教育材料,26、鍋爐給水的氨處理,給水進(jìn)行氨處理是利用氨的堿性提高給水的PH值，減緩因除鹽工藝欠完善或凝汽器微量泄漏等原因帶入系統(tǒng)的二氧化碳引起的酸性腐蝕。由于氨是一種易揮發(fā)的物質(zhì)，所以進(jìn)入鍋爐后能隨蒸汽進(jìn)入水汽系統(tǒng)的各個(gè)部位，使給水、凝結(jié)水、疏水系統(tǒng)的設(shè)備均受到保護(hù)。另外，

18、因?yàn)榘币讚]發(fā)，處理過程中不會(huì)增加爐水全固行物，也,32,教育材料,不會(huì)影響蒸汽品質(zhì)，這是氨在系統(tǒng)中的行為特點(diǎn)。 正確的氨處理，不僅減輕了二氧化碳對(duì)熱力系統(tǒng)銅鐵本身的腐蝕，同時(shí)可使水汽含鐵量明顯下降。 加藥方式：原則上加藥地點(diǎn)可以懸掛在水汽系統(tǒng)的任何部位。一般采取向給水加氨液的加藥方式，即用氨泵將配置好的氨溶液直接加入給水泵的入口,33,教育材料,26、余熱鍋爐的給水除氧,為了防止給水系統(tǒng)金屬的腐蝕，通常需要將給水進(jìn)行除氧，除氧的方法有熱力除氧、化學(xué)除氧、真空除氧、解析除氧和樹脂除氧等,34,教育材料,27、熱力除氧器的工作原理,熱力式除氧器的工作原理是根據(jù)氣體的溶解度亨利定律，即任何氣體在水中的溶解度與此氣體在水界面的分壓成正比。如果在敞口設(shè)備中將水加熱，汽水界面上水蒸氣的分壓就會(huì)增加，其他氣體的分壓就會(huì)降低，各種氣體就會(huì)不斷的析出，此分離過程稱為解析過程。當(dāng)水加熱到飽和溫度時(shí)，汽水界面上水蒸氣的分壓就會(huì)接近液面上的全壓力，此時(shí)，液面上所有其他,35,教育材料,氣體的分壓將接近于零，水中溶解的氣體大部分將被分離出來。 熱力除氧法不僅能除去水中的溶解氧，而且可出去水中其他各種溶解氣體，因此熱除氧器也可稱為熱力除氧器,36,教育材料,28、汽包內(nèi)爐水加藥,防止?fàn)t內(nèi)結(jié)垢，如果僅用爐外水處理除去給水所含硬度，需要較多設(shè)備，加大投資；如果通過加大