天然气蒸汽锅炉的水质处理

- 2019-04-02-

(一)悬浮物

(二)含盐量:水中阴粒子(OH-CO2-3等)和阳粒子(如Ca、Mg等金属粒子)的总合。

(三)溶解固形物:经过滤后仍留在水中的各种无机盐、有机物等。

(四)电导率:水的导电能力,反映水的纯净度,水的纯净度越高,电导率越小,水的纯净度越低,电导率越高。

(五)硬度

1、碳酸盐硬度(暂时硬度):水中碳酸氢钙与碳酸氢镁的含量,碳酸盐类经过加热后可沉淀形成沉渣,又叫暂时硬度。

2、非碳酸盐硬度(永久硬度):水中硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁及硅酸盐等的含量。非碳酸盐硬度加热后不沉淀,必须通过化学水处理才能除去,是形成水垢的主要成份。

(六)碱度:能接受氢离子的物质的含量,锅水中的碱度主要是以OH-CO2-3的形式存在。

(七)PH值:反映水的酸、碱度的指标,PH=7为中性,  P≤7为酸性,数值越小酸度越高,PH≥7为碱性 ,数值越大碱度越大。

(八)氯离子:水中氯离子越低越好,含量高时会腐蚀锅炉,易引起汽水共腾。

(九)溶解氧:大气中的氧气溶解在水中,可引起金属的氧腐蚀。水中溶解氧含量与温度有关,温度越高溶解氧含量越小。

(十)相对碱度:水中氢氧化钠和溶解固形物的比值,

         

          游离NaOH

相对碱度=  

          溶解固形物

控制相对碱度指标主要是为防止锅炉的苛性脆化。

三、工业天然气蒸汽锅炉水质标准

国家标准《工业锅炉水质》(GB1576-    )适用于额定出口压力小于等于2.5MPa的以水为介质的工业锅炉。锅炉水质应符合下表的规定:

 

项目

给水

锅水

额定蒸汽压力MPa

≤1.0

≥1.0

≤1.6

≥1.6

≤2.5

≤1.0

≥1.0

≤1.6

≥1.6

≤2.5

悬浮物

≤5

≤5

≤5

总硬度mmol/L

≤0.03

≤0.03

≤0.03

总碱度mmol/L

6-26

6-24

6-16

≤14

≤12

PH

≥7

≥7

≥7

10-12

10-12

10-12

溶解氧(mg/L)

≤0.1

≤0.1

≤0.05

溶解固形物(mg/L)

无过

热器

<4000

<3500

<3000

有过

热器

<3000

<2500

SO32-(mg/L)

10-30

10-30

PO43-(mg/L)

10-30

10-30

相对碱度

<0.2

<0.2

含油量(mg/L)

≤2

≤2

≤2

含铁量(mg/L)

≤0.3

≤0.3

≤0.3

工业蒸汽锅炉和汽水两用火应采用锅外化学水处理,承压热水锅炉应采用锅外化学水处理。

热水锅炉水质指标

项目

锅内加药

锅外化学处理

给 水

锅 水

给 水

锅 水

悬浮物/(mg/L)

≤20

__

≤5

__

总硬度/(mmol/L)

≤6

__

≤0.6

__

PH值(25℃)①

≥7

10~12

≥7

10~12

溶解氧/(mg/L)②

__

__

≤0.1

__

含油量/(mg/L)

≤2

__

≤2

__

 

四、离子交换水处理方法

(一)钠离子交换法:

1、钠离子交换法的原理:

Ca2++2NaR      2Na++CaR2

Mg2++2NaR      2Na++MgR2

式中:Ca—钙离子

      Mg—镁离子

      NaR—钠离子交换树脂,Na:树脂中含的Na离子,R;树脂母体,不参加反应。

Ca、Mg等阳离子大量存在于水中,使水呈现硬度,水被加热过程中,Ca、Mg离子易吸附在金属表面形成水垢。

Na 离子在水中不呈现硬度,但原水中Na 离子很少。钠离子交换树脂中含有大量Na 离子,用树脂中的Na 离子与原水中的Ca、Mg离子一对一进行交换,树脂中含的Na离子释放到原水中,原水中的Ca、Mg离子被树脂吸收,这个过程就是钠离子交换水处理,经过处理的水由硬水变成了软水,供锅炉使用,便不再结水垢。

2、钠离子交换树脂的还原(再生)

钠离子交换是一种可逆的化学反应。在水处理过程中,由于Na 离子与Ca、Mg离子不断进行交换,当钠离子交换树脂中含有的Na 离子与原水中的Ca、Mg离子交换完后,树脂中便不再含有Na 离子,而是吸附满了Ca、Mg离子,便失去了继续进行水处理的能力。

为了恢复钠离子交换树脂的水处理的能力,采用一定浓度的NaCl(食盐)水对钠离子交换树脂进行浸泡,食盐是由Cl和Na离子结合而成的,食盐水中含有大量Na离子,当盐水与钠离子交换树脂接触后,树脂中饱含的Ca、Mg离子便会被释放到盐水中,而把盐水中的Na离子吸附到树脂中,当树脂饱含了Na离子后,便又恢复了进行水处理的能力。这个过程叫钠离子交换树脂的还原(再生)。

Ca. MgR +Na      NaR+Ca+ Mg

(二)钠离子交换加酸处理法

经过钠离子交换法处理后的软水,硬度大体上已被除去,而碱度基本不变,当软化水中的碱度大于2mmol/L时,由于锅水中的碱度就会超标,就要排污,但这时锅水中的溶解固形物并未超标,浪费了大量的热和水,在高碱软水中加入一定量的酸(常用硫酸),酸碱中和降低碱度,避免过多排污,节约了能源。

(三)部分钠离子交换法:

经钠离子交换法处理后的软水硬度已被大部分除掉,而碱度变化不大,软水呈碱性,当碱度超过标准后,在溶解固形物不超标的情况下也要排污造成浪费,这时可将一部分未经处理的原水(清澈的)直接加入到锅炉中,利用原水中的硬度中和掉过高的碱度,这样可减少排污量,提高锅炉热效率。这种水处理减少了补水和排污,操作简单,值得推广。

(四)钠离子交换水处理系统

1、单级系统   用一只钠离子交换器运行。

2、二级系统   用二只钠离子交换器串联运行。

3、三级系统   用三只钠离子交换器串联

安装时,每种系统都必须加按一只备用交换器,并与其它交换器串联连接。保证每种系统有一只交换器还原备用。

五、固定床离子交换器的运行

(一)固定床顺流再生离子交换器的运行

再生(还原)时的水流方向与工作时的水流方向一致,称为顺流再生。运行共分为反洗、还原、正洗、交换四个阶段。

1、反洗阶段

工作时,原水从钠离子交换器顶部进入,软化水从底部流出。反洗时反洗水从交换器的底部进入,从交换器的顶部流出,与工作时的水流方向相反,称“反洗”。

反洗的作用:

1)松动树脂层,工作时树脂层被水压的较密实,不利于再生。

2)冲洗掉树脂层顶部的泥渣等悬浮物和破碎的树脂。

2、再生(还原)阶段

再生的目的:使失效的离子交换树脂回复交换能力。

再生的方法有两种:

1)、静态法(浸泡法)

2、动态法:再生液不断进入交换器,交换后废再生液不断排出。

静态法(浸泡法)效果不太好,不提倡采用。动态法再生效果好,提倡采用。

动态法再生时,应严格控制排水阀开度,再生液流速应控制在3-5米/时。并确保树脂全部浸泡在再生液中。再生时间应不少于40分钟。再生液浓度一般控制在6%-10%。

3、正洗阶段

正洗的作用:再生结束后应进行正洗,清洗干净交换剂中残留的再生液和再生产物。正洗水的流向与再生液的流向一致。

正洗时间:正洗初期实际仍在再生,应控制流速在3-5米/时,清洗15-20分钟,然后控制流速在10-20米/时,清洗30分钟即可。         

 

正洗后期应不断检测出水硬度,当交换器出水硬度小于0.04mmol/L时,即可投入交换运行。

交换器正洗后不立即投入运行,可暂不正洗,待投运前再正洗。

 

4、交换阶段(工作阶段):

正洗后,交换剂已恢复了交换能力,即可投入运行。交换时进水的流速应控制在20-30米,交换过程应连续进行,最好不要间断。

交换阶段应每小时化验一次,后期每半小时化验一次,最后每十几分钟化验一次,当出水硬度超过标准时即失效,立即停止运行。

六、锅炉给水除氧

GB1576《工业锅炉水质》规定,当蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于6t/h时应除氧。热水锅炉额定功率大于等于4.2MW时,锅炉给水应除氧。

给水中含有的溶解氧可以对锅炉造成氧腐蚀,容易发生氧腐蚀的 主要在省煤器,省煤器与锅炉之间的给水管道、锅炉进水口位置及锅炉水位线附近 位置,因这些部位水中的溶解氧含量是最高的。          

 

除氧的方法有两种:热力除氧和化学除氧。蒸汽锅炉多采用热力除氧。热水锅炉宜采用化学除氧,有蒸汽源的也可以采用热力除氧。

(一)化学除氧。

1、化学药剂除氧:

常用化学药剂:亚硫酸钠、二甲基酮肟、二乙基羟胺、异抗坏血酸等。这些药剂加入给水中,和水中的溶解氧反应,生成不腐蚀的产物。

2、钢屑除氧:

在除氧器中加入一定数量的钢屑(碳素钢屑,不能用合金钢屑),形成钢屑层,当水经过钢屑层时,氧与钢屑氧化,从而除去水中的氧。

(二)热力除氧

在热力除氧器中把给水加热到沸点以上,一般加热到105℃,水中的溶解氧便会被析出,使水中的氧溶解度为零。

热力除氧的主要设置是热力除氧器,其结构和系统见教材P362、P365页。

1、热力除氧的优点:

1)除氧效果好,经热力除氧后,水中溶解含量基本为零。

2)不增加给水中的含盐量,水中杂质含量不变。

3)性能稳定,操作简单,运行成本相对较低。

2、热力除氧的缺点:

1)消耗一定量的蒸汽。

2)省煤器给水温度高,排烟热损失增加。

3)投资相对较高。

4)只适用于蒸汽锅炉。

 

七、水垢的危害及清除

(一)水垢的形成

水中的Ca、Mg等盐类如CaCO3MgCO3等在水中不溶解,遇热易附着于金属表面形成水垢。

当水中的沉渣过多,又未及时排出锅外,如Mg(OH)2Mg(PO4)2等,很容易由沉渣转化学水垢。

(二)水垢的分类

1、碳酸盐水垢主要成分为:CaCO3MgCO3 Mg(OH)2

2、硫酸盐水垢主要成分为:CaSO4MgSO4

3、硅酸盐水垢

4、混合水垢

(三)水垢的危害

水垢的导热性能非常差,即水垢导热系数很低,破坏了金属材料的正常传热,使金属材料过热而受到破坏,是其主要危害。

钢材的导热系数是46.4069.6。

碳酸钙水垢的导热系数是0.586.96。

硫酸钙水垢的导热系数是0.582.90。

1、浪费燃料,降低锅炉热效率。易发生因金属材料过热而发生鼓包、穿孔、破裂变形,发生锅炉安全事故。

2、导致垢下金属腐蚀,影响锅炉寿命和安全。

(四)水垢的清除:

1、人工除垢:用锤子、刮子、铲子人工清除,劳动强度大,效率低,除垢效果不好。

2、机械除垢:用电动铣刀式钢丝刷除垢,除垢不彻底。

3、化学除垢:除垢彻底,效果好,是常用的方法。

化学除垢一般用酸洗法除垢:针对碳酸盐水垢,将盐酸配制成3%--5%的酸液,用酸泵注入锅炉内炉水中,并使之循环流动,浸泡,一般经2448小时后,水垢就会清除干净。这种方法也叫酸洗除垢。

注意事项:

1、酸洗除垢一般掌握水垢厚度≥1mm时采用。

2、除垢作业前应制定酸洗方案,配备齐全设备用具、防酸伤害的劳保用品,如橡胶手套、口罩、防护眼镜、工作服、鞋等。

3、根据锅炉最大容水量计算出盐酸用量。一般按锅炉最大容水量的1.2---1.5倍的量配制。

4、在酸液罐内加入清水,再按计算好的盐酸用量把盐酸缓慢加入水中。切记不能先加酸后加水,以防剧烈反应飞溅伤人。

5、将配制好的酸液由上人孔用酸泵注入炉内,待锅炉满后打开锅炉底部排水阀,排水阀与酸罐连接,将酸液排回酸罐,上进下出,不断循环。

6、不断检测酸液浓度,至酸液浓度不再下降时,则酸洗结束。

7、为防止酸液对锅炉的腐蚀,一定在配制酸液时加入“缓蚀剂”。

8 、酸洗结束,排干净废液,用碱液中和纯化。纯化结束,放干净碱液,用清水将锅炉冲洗干净后,注水投入运行。

     9、锅炉的酸洗除垢应由有锅炉清洗除垢资质的专业单位施工。锅炉使用单位对酸洗工艺、酸洗过程、酸洗质量进行监督。