锅炉水处理技术培训资料(2012年度)

2019-03-11 19:03:00 zixun
锅 炉 水 处 理 技 术 培 训 资 料 (2012 年度) 北京化新通达清洗技术有限责任公司 二零一二年四月 目 第一章 结垢及腐蚀的形成与危害 第二章 锅炉水处理概述 第三章 供暖工艺及类型 第四章 BF-30A热水锅炉防腐阻垢技术 第五章 零排污蒸汽发生技术 第六章 经济分析及相关成本计算 第七章 附录 录 1 6 10 16 21 26 30 第一章 结垢及腐蚀的形成与危害 1.1、锅炉结垢的原因 含有硬度的水若不经过处理就进入锅炉,运行一段时间后,锅炉水侧受热面 上就会牢固地附着一些固体沉积物,这种现象称为结垢。受热面上黏附着的固体 沉积物就称为水垢。在一定条件下,固体沉淀物也会在锅水中析出,呈松散的悬 浮状,称为水渣。水渣可随排污除去,但如果排污不及时,部分水渣也会在受热 面上或水流流动滞缓的部位沉积下来而转化成水垢(通常称之为“二次水垢”)。 锅炉结垢的原因,首先是给水中含有钙镁硬度或铁离子,硅含量过高;同时又由 于锅炉的高温高压特殊条件。水垢形成的主要过程为: 1)受热分解 在高温高压下,原来溶于水的某些钙、镁盐类(如碳酸氢盐)受热分解,变成 难溶物质而析出沉淀。 2)溶解度降低 在高温高压下, 有些盐类(如硫酸钙、硅酸盐等)物质的溶解度随温度升高而 大大降低,达到一定程度后,便会析出沉淀。 3)锅水蒸发、浓缩 在高温高压下, 锅水中盐类物质的浓度将随蒸发浓缩而不断增大,当达到过 饱和时,就会在受热面上析出沉淀。 4)相互反应及转化 给水中原来溶解度较大的盐类,在运行中与其他盐类相互反应,生成了难溶 的沉淀物质。如果反应在受热面上发生,就直接形成了水垢;如果反应在锅水中 发生,则形成水渣。而水渣中有些是具有黏性的,当未被及时排污除去时,就会 转化成水垢。另外,有些腐蚀产物附着在受热面上,也往往易转化成金属氧化物 水垢。 上述这些析出的沉淀物质黏结在锅炉受热面上就形成了水垢, 温度越高的部 位,越易形成坚硬的水垢。 1.2 水垢的危害 水垢的导热性很差, 其导热系数要比锅炉钢板的导热系数小几十倍至数百倍, 1 所以锅炉结垢后就会严重阻碍传热并引起下列危害: 1)浪费燃料,降低出力 锅炉结垢后将严重影响受热面传热,降低热效率,降低蒸汽出力,增加燃 料消耗。根据测定,水垢厚度与浪费燃料的关系见下表 1。 水垢厚度(mm) 0.5 1 3 5 8 浪费燃料(%) 2 3~5 6~10 15 35 表1 水垢厚度与浪费燃料的关系 不同水垢的导热效率见表 2 介质类别 导热系数 W/(mK) 软钢 46.4-69.7 碳酸盐水垢 0.58-6.97 硫酸盐水垢 0.58-2.92 硅酸盐水垢 0.06-0.23 氧化铁垢 0.12-0.23 含油水垢 0.12-0.17 水 5.81-6.97 表2 不同水垢的导热效率 2)易引起事故,影响安全运行 受热面结生水垢后, 金属的热量由于受水垢的阻碍而难于传热给锅水, 致使金属壁温急剧升高, 当温度超过了金属所能承受的允许温度时,金属强度显 著降低,从而导致金属过热变形,严重时将造成鼓包、裂缝,甚至爆管等事故。 3)堵塞管道,破坏水循环 如果水管内结垢,就会减小流通截面积,增 大水的流动阻力,破坏正常的水循环,严重时还会完全堵塞管道,或造成爆管事 故。 4) 引起垢下腐蚀, 缩短锅炉寿命 锅炉结垢后还会引起垢下腐蚀等危害。 有些结构紧凑或结构复杂的锅炉,一旦受热面结垢,就极难清除,严重时只好采 用挖补、割换管子等修理措施,不但费用大,而且还会使受热面受到严重损伤。 所有上述这些危害都将大大缩短锅炉的使用寿命。 另外, 锅炉结垢后, 将增加清洗和维修的时间、 费用及工作量等, 影响生产, 减小锅炉的有效利用率,降低经济性。 1.3 水垢的清除 锅炉应以积极的防垢、 防腐为本。但当锅炉结垢或腐蚀沉积物达到一定程度 时,也应及时清洗除去,以免对锅炉安全运行带来隐患。 清洗除垢的方法主要分为机械除垢和化学清洗两大类, 其中化学清洗又可分 为碱煮除垢和酸洗除垢。现将锅炉除垢的方法和要求简要介绍如下: 1)机械除垢 主要采用电动洗管器、扁铲、钢丝刷及手锤等工具进行机械除垢。此法比较 简单,成本低,但劳动强度大,除垢效果差,易损坏金属表面,只适用于结垢面 积小,且构造简单,便于机械工具接触到水垢的小型锅炉。近年来,由于清洗专 用的高压水枪的应用, 使水力冲洗的机械除垢发展较快,这种高压水力除垢的效 果较使用原始的机械工具有很大的提高,且较为安全、方便。但 目前高压水力 除垢仍仅限于结构较简单的工业锅炉。 2)碱洗(煮)除垢 2 锅炉碱煮的作用主要是使水垢转型,同时促使其松动脱落。单纯的碱煮除垢 效果较差,常常需与机械除垢配合进行。碱煮除垢对于以硫酸盐、硅酸盐为主的 水垢有一定的效果,但对于碳酸盐水垢,则远不如酸洗除垢效果好。碱洗煮炉也 常用于新安装锅炉的除锈和除油污,有时也用于酸洗前的除油清洗或垢型转化。 碱洗药剂用量应根据锅炉结垢及脏污的程度来确定。 一般用于除垢时的用量 (每吨水的用量)为: 工业磷酸三钠 5~10kg, 碳酸钠 3~6kg, 或氢氧化钠 2~4kg。 这些碱洗药剂应先在溶液箱中配制成一定浓度,然后再用泵送人锅内,并循环至 均匀。 碱煮除垢的方法与新锅炉煮炉基本相同,只是煮炉结束后,应打开锅炉的各 检查孔,及时加以机械(或高压水力)辅助清垢,以免松软的水垢重新变硬。 3)酸洗除垢 目前在各种除垢方法中, 以酸洗除垢效果较好,但酸洗工艺若不合适或控制 不当也会影响除垢效果或腐蚀金属,有时甚至会严重影响锅炉的安全运行。为了 确保锅炉酸洗的安全和质量, 国家质量技术监督局专门制定颁发了《锅炉化学清 洗规则》 ,并规定:从事锅炉化学清洗的单位必须取得省级及省级以上锅炉压力 容器安全监察机构的资格认可, 才能承担相应级别的锅炉化学清洗。无相应资格 的任何单位和个人(包括用炉单位),都不得擅自酸洗锅炉。 锅炉在酸洗前应预先取有代表性的垢样进行化验,制定清洗方案;进酸开始 时须在锅炉内和酸箱内挂入腐蚀指标片(直到退酸时取出); 酸洗工艺流程及酸洗 液的温度、浓度、流速、酸洗时间等应按清洗方案实施和控制;清洗过程中应不 断取样化验并如实作好记录。清洗结束后,用炉单位、清洗单位和锅炉安全监察 部门应对清洗质量进行验收。工业锅炉的酸洗质量要求如下: (1)除垢率 清洗以碳酸盐垢为主的水垢,除垢面积应达到原水垢覆盖面积的 80%以上。 清洗硅酸盐或硫酸盐水垢,除垢面积应达到原水垢覆盖面积的 60%以上。 如除垢率低于上述规定, 或虽达到规定要求但锅炉主要受热面上仍覆盖有难以清 理的水垢时, 应在维持锅水碱度达到水质标准上限值的条件下,将锅炉运行一个 月左右再停炉, 用人工或高压水枪清理脱落的垢渣和残垢。由于经酸洗后残留的 硬垢往往已有所松动, 当锅炉投入运行后会逐渐地脱落,若不作再次清理极易发 生事故,所以当残留垢较多时必须加以处理。 (2)钝化膜 锅炉清洗表面应形成良好的钝化保护膜, 金属表面不出现二次浮 锈,无点蚀。 (3)腐蚀速度 用腐蚀指示片测量的金属腐蚀速度的平均值应小于 6g/ (m2·h),且腐蚀总量不大于 72g/m2。 (4)炉管畅通 清洗后锅内所有的水冷壁管和对流管等炉管都应畅流无阻。 如 清洗前已堵塞的管子, 清洗后仍无法疏通畅流的,应由有修理资格的单位修理更 换。 1.4、锅炉的腐蚀原理与特征 铁受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀,铁和氧形成腐蚀电池。铁的电极 电位总是比氧的电极电位低,所以在铁氧腐蚀电池中,铁是阳极,遭到腐蚀,反 应式如下:Fe→ Fe2++2e,氧为阴极,进行还原,反应式如下:O2+2H2O+4e → 4OH-在这里溶解氧起阴极去极化作用,是引起铁腐蚀的因素,这种腐蚀称为氧 腐蚀。 氧腐蚀的特征:氧腐蚀的形态一般表现为:溃疡和小孔型的局部腐蚀,其腐 3 蚀的产物表现为黄褐、黑色、砖红色不等。对金属的强度破坏非常严重。 铁受到溶解氧腐蚀后产生 Fe2+,它在水中进行下列反应: Fe2++2 OH- → Fe (OH )2 Fe (OH ) 2+2H2O+O2 → 4Fe (OH )3 Fe (OH ) 2+2Fe (OH)3 → Fe3O4+4H2O 在上述反应中, Fe (OH ) 2 是不稳定的,使反应继续往下进行,最终产物 主要是 Fe (OH ) 3 和 Fe3O4 腐蚀的部件 :氧腐蚀是锅炉采暖系统常见的一种腐蚀。在运行和停运期间 均可发生。其主要部位,首先是给水系统和省煤器,而且其腐蚀产物进入受热面 中和循环水系统中,也会引起其他一些破坏。在系统停运期间由于防护不当,更 是如此,不断造成设备及系统的破坏,其破坏程度越来越大,在金属表面形成许 多小鼓包,鼓包表面的颜色(由黄褐色到硅红色不等,次层是黑色) 。当将这些 腐蚀产物清除后,便会出现腐蚀造成的陷坑。 给水中的溶解氧通常是造成热力设备腐蚀的主要原因, 其来源主要由锅炉给 给水或热力管网返回的的热水、 凝结水在循环运行中漏入空气、汽轮机或凝汽器 或凝结水泵的密封不严密等, 它可以导致在运行期间和停用期间的氧腐蚀,为防 止和减轻锅炉运行期间的氧腐蚀,必须对锅炉给水进行除氧。 1.5、锅炉的腐蚀危害及预防措施 锅炉水质不良或停炉保养不当常会引起金属的腐蚀。锅炉发生腐蚀后,不仅 使金属的有效厚度减薄, 而且会使金属内部的金相组织遭到破坏, 机械性能变差, 造成锅炉的承压能力降低,使用寿命缩短,以至提前报废。有的腐蚀会在人们毫 无察觉的情况下对设备造成损坏,严重时还会发生爆管事故,有的甚至会引发锅 炉爆炸等灾难性事故。目前,我们普遍采用软化法进行给水处理,以防止结垢, 殊不知经过软化的给水腐蚀性还要强于自来水(软化水腐蚀性:1.8g/m2.h,自 来水腐蚀性:1.5 g/m2.h) 。因此,防止腐蚀也是保证锅炉安全运行的重要措施。 工业锅炉常见的腐蚀主要有氧腐蚀和垢下腐蚀,其防止的措施主要有: 1) .搞好给水处理 给水中的溶解氧、铁离子和过低的 pH 值都会促进锅炉金属发生腐蚀。因此 给水应尽量除氧;给水 pH 值应大于 7;对于回收蒸汽冷凝水作给水的,应注意 控制铁离子含量, 有时用汽系统刚启动一段时间,凝结水中往往就含有黄色铁锈 4 水,这时应适当排放至含铁量合格后才能作为锅炉给水。 2) .保持锅水水质达到合格 一般来说,锅水中含盐量和氯根含量过高,pH 值和碱度过低或过高都会增 加腐蚀。因此,在锅炉运行中应做到合理排污,维持锅水一定的 pH 值、碱度及 PO43-含量,使锅水水质保持合格,不但可防止结垢,也有利于防腐。 3) .防止垢下腐蚀 锅炉受热面结垢后, 渗入垢下的锅水会在高温下极度浓缩, 并发生化学反应, 从而产生各种垢下腐蚀,但由于水垢的覆盖往往难以察觉。因此,锅炉结垢后应 及时清洗除去。 4) .使金属表面形成保护膜 对于新安装的锅炉,良好的煮炉效果应能使金属表面形成完整的钝化保护 膜。而在运行条件下,当锅水保持合适的 pH 值(一般为 10~12)和一定量的磷酸 根及碳酸根时,也有助于金属表面形成致密的保护膜,减缓腐蚀。但是如果锅炉 水质控制不好,尤其是 pH 值过低或过高,常会破坏保护膜。 5) .做好停炉保养 不少锅炉的腐蚀常常是因为停炉保养不当所造成的, 而停炉时产生的腐蚀产 物又常会在锅炉运行时进一步加速腐蚀。因此,停炉时必须按规定要求做好保养 工作。 5 第二章 锅炉水处理概述 2.1、锅炉水处理的国内外现状 水质中会有较多的有害杂质,这种水质如果不 经任何处理就进入锅炉,那 么水中的杂质会在锅炉中形成水垢或水渣。由于锅炉是一种热交换设备,水垢的 生成会极大地影响锅炉的导热能力 (水垢的导热系数是钢铁的导热系数的数十分 之一到数百分之一) ,因此,锅炉结垢将导致炉管过热损坏、燃料浪费、出力降 低、消耗化学除垢药剂、缩短锅炉使用寿命等。水质不良对锅炉的另一种危害是 腐蚀锅炉金属,使金属件破坏,增加水中的结垢成分,产生垢下腐蚀等。不良的 水质对锅炉的危害如此大,因此,对锅炉给水的处理十分重要。 十年来, 在发达国家,以安全和节能为发展战略的锅炉水处理技术获得长足 的进步,许多重大研究成果已转化成一系列技术标准和法规。对低压锅炉,普遍 采取软化水-阻垢剂以防止结垢,采用机械除氧器-化学除氧剂(亚硫酸钠)除 氧以防止腐蚀,采用防腐阻垢法和排污以保持水质工况。对中高压锅炉,普遍采 取去离子水-阻垢剂以防止结垢,采用机械除氧器-化学除氧剂(亚硫酸钠或联 氨)除氧以防止腐蚀,采用防腐阻垢剂法和排污以保持水质工况。对更高压力特 别是亚临界压力锅炉,普遍采用全挥发处理技术。作为必须的安全措施,采用连 续排污和定期排污以保持锅炉水质和工况。 这些技术使锅炉的经济安全性大大提 高。 我国自改革开放以来, 随着国民经济的发展作为工业心脏的锅炉的数量以相 当快的速度增加。目前,中国是世界上拥有锅炉台数最多的国家之一。1998 年 度, 全国在用锅炉总台数为 50.65 万台。 其中, 蒸汽锅炉 34.07 万台, 67.27%; 占 热水锅炉 16.58 万台, 32.73%。 占 按用途统计, 生活用锅炉 26.34 万台, 52%; 占 生产用锅炉 23.78 万台,占 52%;发电用锅炉 5286 台,占 1.05%。因此,中国 锅炉水处理的任务十分艰巨。 2.2、锅炉水处理技术概述 2.2.1 离子交换法阻垢技术 离子交换剂是一类具有离子交换作用的功能材料。早在一百多年前,沸石类 无机离子交换剂就已经发现并得到应用。 后来出现了性能更好的阳离子交换剂磺 化煤。1935 年合成的有机离子交换树脂问世,1945 年,苯乙烯系列离子交换树 脂研究成功。现代大量使用的离子交换树脂有阳离子型强酸性树脂和弱酸性树 脂、 阴离子型强碱性树脂和弱碱性树脂、 氧化还原树脂、 两性树脂和鳌合树脂等。 离子交换树脂在水处理上的应用约占其产量的 90%。当原水经过离子交换 树脂床时, 水中的杂质离子与树脂上的无害离子交换,从而把杂质离子从原水中 去掉,使水质符合锅炉的要求。工业锅炉最长用的是钠型离子交换系统,通过钠 离子交换树脂床的原水,其中的钙、镁离子即被除去,其残余硬度可降至 0.05mmol/L 以下,甚至可以使硬度完全消除。为了同时达到降低碱度的目的, 可采用部分钠离子交换、如酸-钠离子交换、氢-钠、铵-钠、氯-钠等离子交 换系统。 为了获得去离子水或者脱盐水, 可采用阳-阴、 阳-阴混离子交换系统。 目前,离子交换法在我国锅炉房的普及率已达 90%以上。在离子交换树脂 的质量合离子交换系统的功能方面,我国与国外先进水平尚存在一定差距。美国 Autotrol、Fleck 等自动软水器,Kinetico 公司的水力自动软化器已纷纷进入 我国市场,我国尚无可与之竞争的国产品牌。 一种习惯性的认识是,原水经过软化之后,水的 PH 值提高了,因而水的腐 蚀性也降低了。实际上,锅炉钢在原水和软化水中的腐蚀速度很大,按照锅炉腐 蚀标准,都属于事故性腐蚀级。而且软化水比原水的腐蚀性更大。原水中含有天 然缓释剂重碳酸钙, 它是一种阴极性缓释剂,当在钢表面同阴极反应产物氢氧根 离子相遇时,即生成碳酸钙沉淀而覆盖于阴极表面。由于阴极过程被抑制,钢的 腐蚀速度减小。当原水被软化之后,随着硬度成分被除去,水中原有的天然缓释 剂已不存在,因而水的腐蚀性增加了。同时,腐蚀产物覆盖于金属表面而成垢的 情况变得严重了。因此,对使用软化水的锅炉,更有必要采取防腐措施。离子交 换法的主要缺点是必须排放再生废液。再生废盐水可导致淡水咸化,其排放在一 些国家已受到限制。 2.2.2 膜分离法阻垢技术 膜分离是借助一个膜相对被分离物系中各组分的选择透过能力不同而实现 对物系中各组分分离的过程。膜分离技术发展的时间大致是,20 世纪 30 年代, 微滤;40 年代,透析;50 年代,电渗析;60 年代,反渗透;70 年代,超滤和液 膜;80 年代,气体分离;90 年代,渗透蒸发。膜技术的大致应用范围是,微滤 用于过滤细菌, 超滤用于截留蛋白质,反渗透用于除去水溶液中的离子及相对分 子质量为几百的小分子溶质。 在锅炉水处理方面应用较多的是电渗析和反渗透。在发达国家,锅炉用水的 预处理采用电渗析法已很常见。 虽然反渗透远不及电渗析应用那么广泛,但反渗 透法作为离子交换的预处理更为有利。膜法预处理的优点是,由于除去了大量离 子,因而可使离子交换符合减少,延长再生周期;由于除去了污染物,因而可减 轻树脂污染,延长离子交换树脂的使用寿命。 膜法的主要缺点是需要较严格的预处理和必须排放浓缩水。 2.2.3 除氧器-除氧剂法防腐技术 为了防止锅炉系统的氧腐蚀, 国内外研究开发的重点是从给水中除去腐蚀剂 溶解氧。已开发了许多设备除氧方法,例如热力除氧、真空除氧、解吸除氧、氧 化还原树脂除氧、钢屑除氧等。热力除氧和真空除氧的除氧效果好,使用性能稳 定,一直是蒸汽锅炉普遍采用的防腐方法。为了保证除氧效果,还应在机械除氧 之后再加入适量除氧剂。 此外,也可以向软化水中直接加入除氧剂,使其和水中的溶解氧反应,除去 腐蚀剂溶解氧。已开发了许多除氧剂,较重要的有亚硫酸盐、联氨、二乙羟胺、 碳酰肼、氢醌、异抗坏血酸、胺基胍、甲基乙基酮圬等。不过,一般认为单独加 入除氧剂不如除氧器-除氧剂法经济。 亚硫酸钠使最常用的除氧剂。除了有可能使其分解的超高压锅炉外,对普通 高压锅炉、中压锅炉和大容量低压锅炉,最好的防腐方法使:首先用机械除氧器 除去大部分溶解氧,然后加入亚硫酸钠,使系统中亚硫酸根含量保持在 2~ 7mg/L。亚硫酸钠的作用是防止水中残存氧对系统金属的腐蚀。一旦机械除氧器 失灵或操作失误, 亚硫酸钠还可作为防止氧腐蚀的第二道屏障。对没有安装除氧 器的锅炉,可直接采用亚硫酸钠,其用量根据给水溶解氧含量计算,然后再稍增 加,以保证系统中亚硫酸根含量。 长期以来, 人们试图找到比亚硫酸盐各国更好的还原剂以克服亚硫酸盐再贮 存时容易氧化失效等缺点, 但至今尚未发现像亚硫酸盐这样效果好而又廉价无毒 的物质。在走过了漫长之路以后,特别是从不污染环境考虑,人们的兴趣重新回 7 到了亚硫酸盐上来。北京化工大学通过试验研究,查明了亚硫酸盐的氧化机理, 研制了稳定亚硫酸钠,从而为亚硫酸盐贮存失效问题提供了解决办法。 水合联氨是比亚硫酸钠更好的除氧剂,国内外广泛用于高压锅炉给水除氧, 作为机械除氧的辅助措施。由于联氨价格昂贵,又有较强毒性,因而中、低压锅 炉很少采用。 2.2.4 锅内加药法防腐阻垢技术 锅内加药法防腐阻垢技术, 是一种向锅内投加某些具有特殊功能的化学药剂 来达到防腐阻垢目的的方法。实际上,早在离子交换法问世以前,锅内水处理技 术已得到广泛应用。在离子交换法问世之后,锅内加药法与其配合使用,获得了 更快发展。在发达国家,广泛采用离子交换-锅内加药,也可以单独采用锅内加 药法, 像我国这样单独采用离子交换法的锅炉非常少见,这可能是我国锅炉寿命 较短的主要原因。下表列出锅炉水处理剂的一般种类及其作用,可根据锅炉结构 和水质特点灵活运用。 表 3 锅炉水处理药剂及其作用 种类 pH 及碱度调节剂 药剂 氢氧化钠、碳酸钠、磷酸盐、聚磷酸盐、磷酸、硫酸 作用 调整给水、锅水碱度、防止 锅炉腐蚀与结垢 软化剂 淤渣分散剂 氢氧化钠、磷酸盐、聚磷酸盐 木素磺酸钠、单宁、淀粉、聚丙烯酸、苯乙烯磺酸与马来酸 共聚物 使水中的硬度成分沉淀 使淤泥悬浮分散于水中、易 于通过排污排出系统 除去水中溶解氧、防止锅炉 氧腐蚀 防止凝结水系统腐蚀 除氧剂 亚硫酸盐、联氨、二乙羟胺、碳酸肼、氢醌、异抗坏血酸、 胺基胍、甲基乙基酮肟 凝结水缓蚀剂 吗啉、环己胺、烷基胺 目前, 在我国市场上流行着把用循环冷却水系统的防垢剂和缓蚀剂直接出售 给锅炉用户的做法。 这种做法无疑有生意上的意义,但是对锅炉的防腐阻垢难以 达到要求的可能原因如下。 (1)锅炉系统的水温明显高于循环冷却水系统,其腐蚀结垢机理有很大差 别。 (2)氧的存在是敞开式冷却水系统缓蚀剂 1 发挥作用的必要条件。在冷却 水系统特别是敞开式冷却水系统,水中的溶解氧处于饱和状态,而锅水中的溶解 氧含量很低甚至为零,因而不利于这类缓蚀剂的作用发挥。 (3)目前,即使碱性冷却水处对水的碱性仍然有比较严格的要求,而锅炉 水的碱性远远超过这种限制 ,适合于冷却水细工的酸性处理对锅炉则是十分危 险的。 (4) 目前, 缓蚀性能最好的冷却水处理配方仍然是铬系配方和低铬系配方。 因环保限制而开发应用的非铬系配方,其缓蚀效果均不如前者。文献报道的采用 这些配方后金属的腐蚀速度对冷却水是允许的,而对锅炉来说,属于强烈腐蚀级 或事故腐蚀级。 水处理剂的发展方向是绿色化。 2.2.5 停用锅炉的防腐保养 锅炉停用期间的腐蚀甚至比运行时的腐蚀更严重, 大规模的腐蚀损坏和局部 腐蚀穿孔往往是由停用腐蚀引起的。 8 2.3、锅炉水处理技术的发展方向 改革开放以来, 随着国民经济的发展,我国锅炉水处理技术获得了很大得发 展, 在许多方面已与国外先进的技术接轨, 形成了一些具有自主知识产权的技术。 在全新的绿色化学的冲击下,水处理技术正酝酿这种大突破。面临挑战,研究锅 炉水处理技术的现状和发展动向是十分必要的。 绿色水处理技术是以近年提出的“绿色化学”为基础的新概念,从始端,终 端和中间过程杜绝污染产生的新思路, 能够最大限度地节水和彻底解决水污染的 重大技术,使 21 世纪水处理技术发展的中心战略。绿色水处理技术的理想是零 排污水处理技术。 对锅炉水处理来说,在过去很长一段时间,环境问题被安全问题所掩盖。在 环境和安全难以兼得时, 国内外普遍采取的做法是舍环境而取安全。由于受锅炉 水处理技术上不够先进的限制, 过去把环境保护和锅炉安全两者对立起来的灌顶 恶化做法是可以理解的, 但从可持续发展战略考虑则是不可取的。轱辘是耗水大 户,发达国家的锅炉耗水两一般占第三位,仅次于冷却水和产品处理清洗用水。 锅炉又是环境污染大户,连续排污、定期排污、冲洗废水排放、离子交换剂再生 废水排放以及燃料燃烧废气和粉尘的排放等都在污染着人类赖以生存的环境。 从 可持续发展战略出发, 以近年提出的绿色化学新概念为基础,传统大额安全和节 能战略已不能满足持发展要求, 消灭污染源头的绿色锅炉水处理技术或零排污锅 炉水处理技术应当成为 21 世纪锅炉水处理发展的中心战略。 零排污技术是当前国外研究开发的重点和热点,难度和风险很大,改变传统 思路非常重要。在这方面,不妨提供 BF-30a 技术的研究深化过程,希望起到抛 砖引玉作用。 热水锅炉防腐阻垢技术是国家“八五”重点科技攻关课题和国家“九五”科 技成果重点推广项目, 其原定目标是解决我国普遍存在的热水锅炉运行腐蚀和停 用腐蚀两大难题,形成具有自主知识产权的技术。然而,在完成了规定科研任务 的基础上,其研究开发逐步深化,发展成了普通、中级和高级应用技术,实现了 零排污。试验结果表明,只要解决了关键技术问题,在零排污工况下,锅炉运行 更安全、更经济。 锅炉水处理技术是一门综合技术, 与离子交换技术、 膜分离技术、 除氧技术、 锅内加药技术、停用保养技术等的进步密切相关。零排污技术是 21 世纪锅炉水 处理技术的发展方向,其研究开发的风险和难度很大,必须加大投入力度,组织 科技力量对传统的、常规的有关技术进行全面的认识和评价,从观念上、理论上 和技术上进行创新,才能完成历史赋予我们的任务。 (本章内容摘录于《热水锅炉防腐阻垢技术》 ,魏刚、熊蓉春。化工出版社) 9 第三章 供暖工艺及类型 3.1.供热工程发展历程 火的使用、蒸汽机的发明、电能的应用以及原子能的利用、可再生能源的开 发利用, 使人类利用能源的历史不断发生着重大变革,也使供热工程技术发生了 质的飞跃。 人类最早以火的形式利用能源到后来利用原始炉灶获得热能供暖、炊 事和照明,属于局部取暖和用能方式。1673 年英国工程师发明了热水在管内流 动用以加热房间。1777 年法国人把热水采暖用于房间。蒸汽机的发明,促进了 锅炉制造业的发展。19 世纪初期,在欧洲出现了以蒸汽或热水作为热媒的集中 供暖系统。1877 年,在美国纽约建成了第一个区域供热锅炉房。20 世纪初,一 些工业发达国家,开始利用发电厂内汽轮机的排汽,供给生产和生活用热,其后 逐渐形成现代化的热电厂。 原子核的裂变和聚变可以释放出巨大的能量,原子能 应用于热电联产始于 1965 年。 本世纪,随着全球可持续战略的实施和新能源革命,世界能源结构正在向优 质化发展,清洁能源、可再生能源(太阳能、地热能、风能、水能等) ,将越来 越多地替代碳能源。燃料多元化和设备小型化、冷热电联供与多联产、网络化与 智能化控制和信息化管理以及环境友好, 成为新一代能源系统的主要特征。 因此, 供热热源与供热方式的多元化,正在促进现代供热技术飞速发展. 3.2.我国供热事业的发展 我国在远古时期,就有钻木取火的传说。故宫的火地供热,是迄今为止保存 完好的我国古代宫殿常用取暖方式。火炉、火墙和火炕等局部供暖方式不仅至今 在我国北方农村还被广泛地使用,目前的研究还表明,火炕是一种节能、舒适、 环保、有发展应用前景的农村供暖方式。 在解放前, 我国仅在一些大城市的个别建筑和特殊区域内设置集中式供暖系 统,如当时北京的六国饭店、清华大学图书馆和体育馆、东单的德国医院等,又 如上海的国际饭店、华山公寓等,被视为高贵的建筑设备。 新中国成立后, 随着国民经济建设的发展和人民生活水平的不断提高,我国 的供热事业得到了迅速发展,在东北、西北、华北三北地区,公共建筑、工业建 筑及城镇居住建筑都实现了集中供暖,不少城镇实现了集中供热。 供暖工程的设计、施工和运行管理,在 50 年代期间,主要以学习原苏联的 技术为主。20 世纪 60~70 年代,我国经济建设走“独立自主,自力更生”的发 展道路,从而促进了供热技术的发展,形成了时代的特点。从仿制国外产品转向 自主开发,60 年代开始,我国能够自行设计开发大中小型的成套供热设备及各 种锅炉,设计和制造各种铸铁、钢制和铝合金散热器,热水供暖技术得到快速的 发展,公共建筑的蒸汽采暖方式逐步被替代,城镇集中供热事业迅速发展起来。 改革开放以来, 我国经济建设进入快速发展时期,多种供暖系统型式的应用和新 型散热设备的研制都有了较大的发展。如工业企业中高温水供暖系统,钢制辐射 供暖的应用、新型钢串片、钢板模压等散热器的研制和应用,高级旅馆中供暖与 空调相结合的风机盘管系统等。1987 年颁布了适合我国国情的国家标准《采暖 通风与空气调节设计规范》 (GBJ19-1987 ) ,1989 年建设部颁布了《城市供热管 网工程施工及验收规范》 CJJ28-28-1989 ) ( ,1990 年颁布了《城市热力网设计 规范》 CJJ34-1990 ) ( 。此后,不断完善制定相应配套设计法规文件,对供热事 业的发展起到了保证作用。截止到 2000 年,城镇供热面积达 11.077 亿㎡,城镇 供热面积中住宅面积约占 60%以上。 我国是能源消耗大国,在能源消耗结构中,煤炭约占总能耗的 75%。供热、 通风是能源消耗大户。供热事业的可持续性发展意味着资源持续利用、 也意味 着不可再生能源消耗的增长。因此,供热工程的发展,在消耗能源的同时也间接 的对环境造成污染。 生态环境得到保护和社会均衡发展是当前的全球环境问题之 一。 新中国成立以来, 供热事业的发展对发展我国经济、提高人民生活水平和改 善环境发挥了重要作用。优化配置城镇供热资源,坚持集中供热为主,多种方式 互为补充,大力开发和利用太阳能、地热等可再生能源和清洁能源。十五规划以 来,按照全面落实科学发展观,构建节约型、环境友好型社会的要求,以提高能 源利用为核心、以节能为重点,大力实施了城镇供热体制改革。推动了建筑节能 和供暖系统的节能,新建住宅基本实现节能 50%的目标。 3.3 集中供热的热源及类型 集中供热系统由热源、热网、热用户三大部分组成。热源:热源是泛指能从 中吸取热量的任何物质、装置或天然能源。如区域锅炉房和热电厂等。热网:由 热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统。热用户:集中供热系统利用热能 的用户。 集中供热系的热源是供热系统中的重要组成部分, 它是由管道和设备组成的 一个热力系统, 其主要任务是生产和供给热媒。 当集中供热系统的设计热负荷、 热媒种类及其参数确定之后, 就需要正确地选定热源型式、热源的热力系统及其 设备。因此目前,集中供热系统主要按照热源种类分类:分为区域锅炉房集中供 热系统、热电厂集中供热系统、工业余热集中供热系统、地热集中供热系统等。 3.3.1 热电厂 火力发电厂在生产电能的过程中, 利用汽轮机排汽或从汽轮机中间抽出一部 分蒸汽提供给供热系统以满足生产和生活的需要,我们把这种联合生产、供给热 能和电能的火力发电厂称为热电厂。 热电厂由于客观事实不可能与大型发电厂在 同等起路线上“竞价上网”的。热电厂装机容量受热负荷大 小、性质等制约, 机组规模要比目前火电厂的主力机组小很多。热电厂由于既发电又供热,锅炉容 量大于同规模火电厂。 热电厂必须比一般火电厂多增设锅炉容量以备用,水处理 量也大。 热电厂必须靠近热负荷中心, 往往又是人口密集区的城镇中心, 其用水、 征地、拆迁、环保要求等均大大高于同容量火电厂,同时还建热力管网。热电联 产的蒸汽没有冷源损失,所以能将热效率提高到 85%,比大型凝汽式机组(热效 率达 40%)还要高得多。 供热汽轮机是热电厂实现热电联产过程中的关键装置, 大体可分为背压式和 11 抽汽式两大类。 背压式汽轮机是排气压力高于大气压力的供热汽轮机。抽汽式汽 轮机是从汽轮机中间抽汽供热的汽轮机。 (1)背压式汽轮机的发电功率是由通过汽轮机的蒸汽量决定的,而通过背压 式汽轮机的蒸汽量决定于热用户热负荷的大小, 所以背压式汽轮机的发电功率受 用户热负荷的制约, 不能分别地独立进行调节。因而限制了背压式汽轮机供热系 统只适用于用户热负荷比较稳定的供热系统。 (2)抽汽式供热汽轮机上有多个抽汽口,其中多数不可调节,它的抽汽量是 随汽轮机的负荷变化的。 双抽式供热汽轮机有两个可调节抽汽口。由于它的抽汽 量可以调节使其不随汽轮机负荷改变而变化, 所以既可以保证供汽量随着用户的 要求而变化,又可以保证在一定范围内不影响发电量。 (3)背压式汽轮机的发电功率是由通过汽轮机的蒸汽量决定的,而通过背压 式汽轮机的蒸汽量决定于热用户热负荷的大小, 所以背压式汽轮机的发电功率受 用户热负荷的制约, 不能分别地独立进行调节。因而限制了背压式汽轮机供热系 统只适用于用户热负荷比较稳定的供热系统。 总之, 以热电厂为热源采用热电联产的方式可以有效提高热能利用率,节约 燃料,减少有害物排放量,供热范围比较大。但是,建设热电厂的投资比较高, 建设周期也较长。 图 1 双抽汽式汽轮机供热轮机供热系统示意图 1.锅炉 2.汽轮机 3.发电机 4.高压加热器 5.低压加热器 6.凝汽器 7.基本加热器 8.尖峰加热器 9.给水泵 10.凝结水泵 11.热网循环泵 12.补水泵 13.冷却循环水管道 14.旁路管道 3.3.2 区域锅炉房 3.3.2.1.区域锅炉房集中供热系统 在锅炉房中设置蒸汽锅炉或热水锅炉作为热源, 向一个较大区域提供加热的 系统,称为区域锅炉房集中供热系统。相对于热电厂等其它热源的供热系统,区 域锅炉房集中供热系统具有以下特点: 12 (1)区域锅炉房供热设备比较简单,建厂条件要求不高,投资较低,易于实现。 (2)以区域锅炉房为热源的集中供热系统,供热范围可大可小,比较灵活。 (3)区域锅炉房集中供热系统热媒的种类及其参数,主要是根据热用户用热设 备的需求而选定的,比较简便。 (4)供热管网施工安装工程量较小,工期短,见效快。 (5)系统建设周期短,易于与城市建设同步进行。 (6)区域锅炉房热效率低于热电厂的热能利用效率,但远远高于局部锅炉房的 热效率。 基于上述特点, 区域锅炉房集中供热系统目前在我国发展集中供热事业过程中占 有相当重要的地位。 根据国内外经验, 调峰区域锅炉房与热电厂相结合的集中供热系统,可以使 热电厂的运行达到最佳经济效益。 3.3.2.2.常用形式 (1)蒸汽锅炉房: 为集中供热系统生产和供给热媒的蒸汽锅炉及其附属设备称为蒸汽锅炉房。 以蒸汽锅炉房为热源的集中供热系统称为蒸汽锅炉房集中供热系统。 蒸汽锅炉房 普遍用于工矿企业中供应生产工艺热负荷,同时也可供应供暖、通风以及热水供 应热负荷。 (2)热水锅炉房 为热水集中供热系统生产和供给热媒的热水锅炉及其附属设备称为热水锅 炉房。 以热水锅炉房为热源的集中供热系统称为热水锅炉房集中供热系统。热水 锅炉房大多用于城市区域或街区的供暖, 或用于工矿企业中供暖通风热负荷较大 的场合。 近几年来发展较快。 3.3.3 集中供热系统的其他热源 3.3.3.1 ?工业余热 工业余热通常指的是工业生产过程中产品和排放物料所含的热以及设备散 发出来的热。 可回收和利用的工业余热根据其载体不同通常分为三大类:①气态余热。如 化工设备中排出的可燃气体、 工业炉中排出的高温烟气、工业设备中蒸发出来的 蒸汽以及动力设备中排出的乏汽等所含热量;②液态余热。如从工业炉或其它设 备排出的冷却水等所含热量;③固态余热。如高温焦炭、各种金属的铸锭或熔渣 所带有的物理热等。 工业余热的特点: (1)工艺余热的数量和参数直接受生产工艺影响,波动较大,与外界的热 负荷无直接关系。 (2)大多数工业余热的载能体都属于高温和非洁净的载能体,利用这能量 时,往往需要加添热能转换装置,或直接利用时,应考虑对载能体适当洁净的问 题。 (3)工业余热在较大工矿企业中较大量地存在、多种多样,因此,要针对 载能体的特点,设置合适的余热利用装置。 ? ?利用工业余热的方法: (1)利用蒸汽锻锤废汽的供热系统 (2)焦炉冷却水的供热系统 13 (3)闪蒸循环系统 (4)中间介质法 工业余热利用是节约能源的一个重要途径。据不完全统计,我国目前许多大 中型工矿企业中还存在着大量的工业余热未被利用,被利用的部分,大多都用在 企业内部的供热系统中。 关于集中供热系统中利用工业余热作热源的技术经济评 价问题,还有待于进一步研究和实践。 3.3.3.2 ?地热水供热 地热是地热资源的简称, 通常指能够经济地为人类所利用的地球内部的热资 源。地热资源是一种典型的清洁能源,同时它也被称为 “绿色能源”和“可再 生能源” 。在地球的最外层——地壳(平均厚度 33km)中蕴藏着巨大的热水库。 据科学家推算,地壳内地热水约有 1 亿 km3 ,相当地球上全部海水总量的 10%。 我国的地热资源非常丰富, 在我国大陆地区地热资源分布丰富的地区有西藏、云 南、广东、河北、天津、北京等地。 将地热能直接用于集中供热系统是仅次于地热发电的地热利用方式。 地热能的分类: 地热能按其在地下的贮存形式分为: 蒸汽、 热水、 干热岩体、 地压、岩浆。目前开采和利用最多的地热能是地热水。 ??地热水供热的优点: 利用地热水供热与其他热源供热相比具有节省矿物燃料 和不造成城市大气污染的特殊优点。 地热水的分类: (1)根据地热水温度的不同, 地热水可分为: 低温水 (t<40℃)中温水 ; (t=40~ 60℃) ;高温水(t=60~100℃) ;过热水(t>100℃) 。 (2)根据化学成分不同,地热水可分为:碱性水和酸性水。 (3)根据矿物质含量,地热水可分为:超淡水(含盐量低于 0.1g/L) ;盐水 (含盐量大于 35g/L) 。 作为供热的热源,地热水具有以下的一些特点: (1)在不同条件下,地热水的参数(温度、压力)及成分会有很大的差别。 地热水的成分往往是有腐蚀性的, 因而必须注意预防在传热表面和管路上发生腐 蚀和沉积。 (2)地热水的参数与热负荷无关。对于一个具体的水井,地热水的温度几乎 是全年不变的, 地热水的参数不能适应热负荷变化的特性,使得利用地热能的供 热系统变得复杂。 (3)一次性利用。地热水热能被利用后通常就要被废弃。为了最大限度的利 用其能位, 就要采用分级利用地热水热能的热能利用方式,使得系统复杂和费用 增大。 开采深层地热水对地面沉降的影响虽不象浅层水那么严重, 但应引起重视。 从保护地热资源和防止地面沉降考虑,地热资源的开采要合理规划井群布局,做 好开采层位的调整,控制每眼井开采指标。统一规划,严格控制井位、井数、井 距和开采强度, 有计划有步骤地科学开发利用, 才能更好地发挥地热资源的作用。 3.3.3.3 ?核能供热 ??定义:核能供热是以核裂变产生的能量为热源的城市集中供热方式。 14 ??优点是可解决城市能源供应、减轻运输压力、消除烧煤造成的环境污染。 ??方式:核热电站供热方式和低温供热堆供热方式。 核热电站反应堆工作参数高,必须按照核电厂选址规程建在远离居民区的地 点,从而使其供热条件在一定程度上受到限制。 低温供热堆的压力参数较低,一般为 1~2Mpa,从安全角度,可能建造在城 市近郊,因而,低温核供热堆用作城市集中供热的热源,今后在我国能得到发展 应用。 3.3.3.4 ?热泵热源 热泵是可以用作集中供热系统辅助热源的一种设备。 其工作原理与制冷机相 类似,主要是靠机械能、电能或其他能量的作用,把低温热源的能位提高到可被 供热系统利用的能位水平。 热泵是以低温热源排出的热量作为供热热源。 采用热泵供热热源具有明显的 节能效果。与锅炉房供热系统相比, (对热泵系统,发电效率为η =0.35;热泵效 率系数 COP=3.5;对锅炉房系统,锅炉效率η =0.9)其节能效果约为 26%,减少 向城市的排热量约为 74%。总之,热泵供热系统不仅节能,而且能改善环境具 有显著的经济效益和社会效益。 热泵系统已逐步地被人们接受。今后开发和利用 热泵供热系统热源用于集中供热具有广阔的商景。 3.3.3.5 ?太阳能热源 太阳能热源与常规能源相比较,太阳能资源优点很多,同时又都是一般常规 能源所不能比拟的,概括起来有以下四个方面。 (1)数量巨大:每年达到地表面的太阳能辐射能约为 130 万亿 t 标准煤, 即为目前全世界所消费的各种能量总和的 20000 倍。 (2)时间长久: 根据天文学的研究结果可知,太阳系已存在大约 150 亿年左 右。 根据目前太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算,尚可继续维持 1000 亿年之久。对于人类存在的年代来说可以认为是“取之不尽,用之不竭” 的。 (3)普照大地:太阳辐射能“送货上门” ,既不需要开采和挖掘,也不需要 运输;普天之下,无论大陆或海洋,无论高山或岛屿,开发和利用都极为方便。 (4)清洁安全:太阳能素有“洁净能源”和“安全能源”之称。它不仅毫无 污染,远比常规能源清洁;也毫无危险,远比原子核能安全。 (5)虽然太阳能也存在分散性,间断性和不稳定性以及效率低和成本高等缺 点, 致使目前还不能或至少是不容易与常规能源相竞争。但是由于太阳能资源具 有上述诸多优点,特别是太阳能是“取之不尽,用之不竭”的,而且是洁净的优 质可再生能源,如能合理利用,必将取得巨大的社会效益和经济效益。 国内实践证明,太阳能利用中最先实用化的是太阳能供热水和太阳能供暖。 其原因之一是它们所需要的集热温度不太高(40~60℃) ,另一个重要原因是: 近年来随着工农业的发展, 全国总能耗量的增加迅速,其结果导致环境的严重污 染和常规能源的短缺。因此,节约常规能源和开发利用可再生能源势在必行。目 前从工程实用来看,太阳能能够主要用于单栋建筑物供暖或热水供应上。 (本章内容摘录于《供热工程》 ,田玉卓等,机械工业出版社) 15 第四章 BF-30a 热水锅炉防腐阻垢技术 随着我国城镇化及工业化进程的加快, 与生产生活密切相关的工业锅炉及热 水锅炉采暖系统规模也快速增长。由于锅炉水处理技术水平的限制等原因,目前 工业锅炉普遍存在腐蚀结垢问题, 导致锅炉寿命缩短, 维护及运行成本上升。 “国 家级有突出贡献的专家”北京化工大学魏刚教授,根据工业锅炉腐蚀结垢规律, 利用“协同作用”原理首创 BF-30a 锅炉水处理技术。突破了把锅炉运行和停用 分别处理的模式,同时解决了锅炉及热网系统运行腐蚀和停用腐蚀两个难题。 该技术可以不使用离子交换器及除氧设备。具有安全,节能节水,使用方便 的特点。 1997 年通过化工部工业化鉴定 1998 年获化工部技术发明三等奖 1999 年被国家科技部列为《国家级科技成果重点推广计划》项目 2000 年被国家知识产权局授予专利权 2002 年被认定为《北京市高新技术转化项目》 2003 年获中国锅炉水处理协会注册 北京化新通达清洗技术有限公司,依托学校技术科研优势,多年来致力于工 业锅炉防腐阻垢的应用技术的探索和研究、以及工业锅炉水处理的技术开发,取 得了丰硕的成果和业绩,2001 年被评为北京市高新技术企业。BF-30a 锅炉水处 理剂已经在近万台锅炉上应用,防腐阻垢效果优异,经济效益,社会效益,环境 效益显著。 4.1 BF-30a 防腐阻垢原理 4.1.1 防腐蚀机理 BF-30a 的防腐蚀机理主要是使锅炉金属表面生成某种保护性薄膜,这 从电化学试验即可证实。 -0.4 -0.45 -0.5 -0.55 自来水 BF-30a Na2SO3 E/V -0.6 -0.65 -0.7 -0.75 -0.8 0 0.5 1 1.5 t/ks 2 2.5 3 图1 添加剂对 20g 钢电极电位的影响 从钢的电位-时间曲线(图 1)可以看出,在不同条件下,钢的电极电位随时 间变化的趋势均经历了剧烈降低然后稳定的过程, 即首先发生表面天然保护膜的 破坏, 然后发生基体腐蚀。 与加入亚硫酸钠之类的除氧剂后钢的电位大幅度下降 的情况相反,加入 BF-30a 后,钢的电位在经过稍微降低后保持大致稳定的值, 该值比原来水中钢的电位值高得多。对此可能的解释是,BF-30a 对阳极过程的 抑制比较显著。 图 2 示出 BF-30a 对钢在水中腐蚀的阳极过程和阴极过程的影响。BF-30a 的 加入使钢的自腐蚀电位剧烈正移,阳极极化也剧烈增加,但从阴极极化曲线看, 虽然 BF-30a 的加入使氧的离子化过电位减小,但阴极极化却明显增加,由此看 来,BF-30a 既强烈地抑制了钢腐蚀的阳极过程,又明显地抑制了腐蚀的阴极过 图2 钢在水中的动电位极化曲线 程,是钢在水中的混合性缓蚀剂,同时,电化学试验结果很好的说明了 BF-30a 缓蚀率很高的原因。 4.2 阻垢机理 4.2.1. 螯合溶解作用 螯合剂能与与水中钙离子形成稳定的水溶性螯合物, 使给水中引入的硬度成 分呈溶解状态。 典型的螫合剂是乙二胺四醋酸盐 (EDTA) 和次氨基三醋酸盐 (NTA) , 其阻垢机理是螯合剂同钙离子反应,将致垢阳离子封锁在其分子内,使致垢阳离 子无法与致垢阴离子结合成垢, 使大量的钙离子稳定在水中,相当于增加了微溶 性钙盐在水中的溶解度,从而使钙在锅炉中呈溶解状态,起到了阻垢作用。该反 应按化学计量进行,lmgCaCO3/L 钙硬度成分需用 3.8mg/L EDTA 的四钠盐。 为了查明 BF-30a 对水垢的螯合溶解作用,采用与螯合剂类似的试验方法, 将碳酸钙固体和硫酸钙固体水垢放入 BF-30a 溶液中进行螯合溶解试验,试验结 果表明, 水中钙离子浓度缓慢增加,即 BF-30a 对水垢具有温和的螯合溶解能力。 其与 EDTA 之类的螯合剂的主要区别,一是 EDTA 是按化学计量与钙离子反应,而 BF-30a 对钙离子的螯合溶解并不按化学计量,在理论上达到化学计量值之后仍 具有螯合作用;二是与 EDTA 的强的螯合作用相比,BF-30a 是将钙离子从固体上 逐渐地缓慢地溶解下来, 其作用非常温和,在多次试验中都没有发现垢块的分裂 和剥落现象。 这一情况对运行锅炉十分重要,因为螯合溶解作用将把锅炉内的原 有水垢除去,使金属表面恢复洁净状态;但如果发生垢块的分裂剥离现象,就有 可能引起垢块堵塞管道的危险。 17 4.2.2 晶格畸变作用 图 3 无阻垢剂时的碳酸钙垢 图 4 有阻垢剂时的碳酸钙垢 为了查明 BF-30a 的阻垢机理,用透射电子显微镜观测了加和不加 BF-30a 时 的碳酸钙粒子形貌,如图 3 和图 4 所示。未加入 BF-30a 时,在传热面上生长出 规则的方解石结晶。加入 BF-30a 后,在传热面上仅发现少量疏松的无定形碳酸 钙,很容易被水冲掉。显然,BF-30a 使碳酸钙的结晶类型发生了变化,抑制了 方解石的结晶生长。 可以认为,碳酸钙晶型的变化和结晶生长的抑制是因为 BF-30a 吸附于结晶 上或者与碳酸钙晶体界面上的钙离子发生了螯合作用并占据了晶体正常生长的 晶格位置,从而使晶体不能按正常规律生长,即晶体发生了畸变。 4.2.3 分散作用 用浊度计法测定了 BF-30a 对锅炉内污垢的分散作用(图 5) 。结果表明,当 没有阻垢剂时, 原来处于悬浮状态的污垢以较快的速度沉降,上清液的浊度大幅 度下降,在 20h 内下降到与无悬浮污垢的水样几乎一致。在加有 BF-30a 的情况 下,试验期间污垢保持悬浮状态,上清液的浊度几乎没有发生变化。由此可知, BF-30a 可以使随给水带入或在锅炉中生成的固体粒子分散在锅炉中,防止其沉 积在传热面和流动缓慢的部位。 试验结果还表明,这种分散作用也是非化学计量 的。 产生这种分散作用的可能原因是,BF-30a 通过物理和化学作用吸附到固体 粒子表面,使粒子表面形成双电层,改变了粒子表面原来的电荷状态, 在静电作用下,粒子相互排斥,从而避免了粒子相互结合长大沉积,使其在水中 保持分散状态。 100 80 浊度下降/% 60 40 20 0 0 40 80 120 无阻垢剂 有阻垢剂 160 200 log t/h 图 5 BF-30a 对污垢的分散作用 18 4.2.4 低剂量效应 BF-30a 对水垢的螯合作用、分散作用以及晶格畸变作用都是非化学计量的, 可以将比按化学计量高得多的钙离子稳定在水中, 即具有明显的阈值效应。 因此, 当采用 BF-30a 法防腐阻垢时,只要加量达到一定值以上,就能控制成垢离子结 晶生长,表现出良好的阻垢效果,没有必要加入比推荐用量更多的阻垢剂。 4.3 药剂控制指标及监测使用办法 4.3.1、对于系统比较小、工况简单的系统,建议采用以下方法: 初次加药:首先,根据锅炉及供暖系统最大容水量,按容水体积及用量估算 出初次加药量 (按每吨水投加 800 克计算) 其次, ; 将药剂溶解于某一容器中 (软 化水箱或补水箱等) ,按容器体积配置成(重量比小于 10%)溶液,并搅拌均匀, 开启补水泵, 将药液打入系统中, 如此反复, 直至将估算药量全部打入系统为止; 最后,待系统中药剂浓度均匀后(此过程建议反复开动系统循环泵,促使药剂浓 度均匀) 检测系统水质 pH 值, , 若系统水质 pH 值大于 10.5, 则初投药过程结束, 反之,若系统水质 pH 值小于 10.5,则应酌情继续投加药剂,直至系统水质 pH 值大于 10.5 为止, 初投药过程结束。 (投入运行前热水锅炉系统上水时的初次加 药量对系统防腐阻垢效果非常重要,所以初投药完成并循环均匀后系统水质 pH 值一定要保持大于 10.5。 ) 运行投加:锅炉运行时,应根据每日系统补水量,按照每吨水 500 克药剂量 计算运行投药量, 投药操作与初投药操作一致。 此外, 如系统水质 pH 值小于 10.5 时,应酌情补充投加药剂。 4.3.2、对于系统比较大、工况复杂的系统,建议采用以下设备进行投药操作: 由于系统水容量大、 工况变化复杂,人工投加及监测已经不能满足保持水中 药剂浓度及使用效果的要求, 所以应安装 BGK 系列自动监测投加设备,进行药剂 投加及监测工作。 BGK 系列自动监测投加设备能够连续在线监测锅炉水中药剂浓度,以闭环反 馈方式控制投药设备,自动变流量向系统中投加药剂,实现精确投加,保证使用 效果,同时具有备选的通讯功能。 设备巡检: 为了保证水处理效果及设备的安全运行, 应对设备进行定期巡检, 主要内容如下:每周标定一次电极(见使用说明)每天定时检查设备电气控制, 仪表指示,水泵压力等是否运行正常。 4.3.3、 停用保护 锅炉停止运行前, 向锅炉及系统中补充药剂, 控制系统水质 pH 值大于 10.5, 然后封闭锅炉及系统即可。 4.3.4、 注意事项 19 1、由于各地水质不同,按照推荐用量计算的加药完成后,一定要随时监测 锅炉或系统水质 pH 值,根据实际情况对加药浓度或加药量进行调整,使锅炉水 或系统水质 pH 值保持大于 10.5。 2、使用自制溶药箱及盐池改造的溶药池,有时由于固体药剂投入过多或搅 拌时间较短等原因, 会在溶药箱下部出现沉淀,此时应采取降低药剂配置浓度或 增加搅拌时间等措施, 或定期直接在药箱中加入温水,将沉淀物完全溶解后再进 行固体药剂的溶解,否则由于沉淀物过多会导致投药泵损坏影响药剂效果。 20 第五章 零排污蒸汽发生技术 5.1、概况 零排污蒸汽发生技术是工业锅炉成套节水技术, 也是一种新的锅炉水处理技 术。锅炉是工业生产和人类生活的热能动力之源,在国民经济中占有重要地位, 被誉为工业的心脏是当之无愧的。锅炉的工作介质是水,锅炉水处理是保证锅炉 安全经济运行的重要环节。锅炉是一种热交换设备,把外部能源(煤、油和天然 气)燃烧所产生的能量传递到工作介质,使水变成蒸汽。不良的水质中含有较多 的有害杂质, 如果这种水不经任何处理就进入锅炉,那么水中的杂质会在锅炉中 形成水垢或水渣, 水垢的形成会大大降低锅炉的导热能力,锅炉结垢将导致炉管 过热损坏、燃料消耗量增加、出力降低、缩短锅炉使用寿命,甚至出现事故。因 此对锅炉给水的处理十分重要。 5.2、工作原理 原水箱 软化装置 软水箱 除氧器 工业锅炉 分汽缸 换热器 再 生 废 盐 水 、溶 盐 废 水、反洗水、 冲洗水排放 连排 定排 被污染凝 结水排放 图 1 凝结水回收前的开环运行方式 5.2.1 传统工业锅炉运行模式 传统工业锅炉运行特点: (1)采用离子交换设备对原水进行软化处理,防止锅炉结垢。 在锅炉给水处理环节,离子交换法在我国锅炉房的普及已达 90%以上。当 原水经过钠离子交换树脂床时,水中的钙、镁离子与树脂上的无害离子交换,从 而把钙、镁离子从原水中去掉,其残余硬度可降至 0.05mol/L 以下。对于碱度 较高的原水,还需要采用软化一降碱处理。采用离子交换法进行水处理,必须排 放再生废液,其再生废盐水可导致淡水咸化,在这一环节,排放的废水约占原水 的 5-15%。 (2)采用热力除氧器除氧,防止锅炉氧腐蚀。 (3)在工业锅炉运行过程中,由于水的高倍浓缩,水中的溶解固形物及悬 浮物增加,为了保证蒸汽品质,确保锅炉安全,锅炉要进行必要的连续排污和定 期排污。这一环节的排污量约占锅炉补水量的 5-10%。 (4)在蒸汽应用环节,传统运行方式只注重热能的利用,而忽视了含能介 质的回收。蒸汽做功冷凝后变为热水,这些含有高热值的凝结水,其品质远远高 于软化水,接近纯水。但由于凝结水在回收过程中会对钢质管道产生严重腐蚀, 铁等腐蚀产物对水质造成严重污染。未经处理的凝结水作为锅炉补充水时,水中 所含大量铁离子会在锅炉传热面发生二次结垢及垢下腐蚀,造成更大的危害,使 得蒸汽凝结水的回收利用有一定的难度。以前,有很多工业锅炉在系统和用汽装 置设计、 安装时就没有考虑凝结水的回收利用,将蒸汽凝结水排至地沟而白白浪 费。 有些用户虽然将凝结水回收作锅炉给水,但由于缺乏有效的管道防腐措施和 凝结水处理技术,凝结水回收管道腐蚀严重,凝结水中铁离子含量较高,直接影 响锅炉的安全运行。目前,工业锅炉凝结水达标回收利用率不到 20%。 5.2.2 工业锅炉零排污蒸汽发生技术 零排污蒸汽发生技术是工业蒸汽锅炉节水成套技术。该技术利用化学方法, 采用系统综合处理的设计, 从蒸汽发生的源头上杜绝污染,消除或减少离子交换 再生废盐水、溶盐废水、反洗水、冲洗水、连续排污水、定期排污水和污染凝结 水等的排放:抑制凝结水回收系统管道金属腐蚀,消除铁离子对凝结水的污染, 实现高热值、 高品质的凝结水能够回收至锅炉作为锅炉的补水,可明显减少锅炉 燃料消耗,减少软化水用量,降低蒸汽生产成本,改善锅炉水质状况。由于锅炉 水质状况的改善, 还可以大大减少锅炉排污及排污造成的热能损失,提高锅炉效 率,使锅炉运行更加安全。 零排污蒸汽发生技术使锅炉蒸汽发生系统运行方式由大量排污情况下运行 (开环运行)改为封闭循环(闭环)运行。该技术改变了锅炉必须在大量排污工 况下运行的传统模式,是锅炉水处理技术的重大突破。 零排污蒸汽发生技术的基本工艺流程是: BF-30a 投加控制 原水箱 工业锅炉 分汽缸 换热器 连排 定排 BF-31T 投加控制 凝结水质 取样检测 图 2 零排污锅炉闭环运行方式 22 凝结水处理: 在蒸汽管道加入 BF-31T 高效缓蚀剂,防止蒸汽凝结水对管道 的腐蚀,最大限度地回收凝结水。 在凝结水回收率≥70%的情况下,去掉离子交换器(或者尽量减少离子交换 器的使用) ,以尽量减少离子交换剂的再生废水排放; 加入对锅炉运行和停用都起保护作用的 BF-30a 高效防腐阻垢剂, 以防止锅 炉本体的腐蚀和结垢; 水质自动监测控制系统。 对锅炉水质和蒸汽凝结水质指标的实时检测并自动 投加保护剂, 使水质指标控制在最佳范围内,使保护剂的各项技术在系统中得到 充分发挥。 5.2.3 零排污蒸汽发生技术的关键技术 (1)BF-31T 凝结水保护剂 BF-31T 具有成膜,中和功能,并有合理的汽液相分配比。BF-31T 中的成膜剂在金属表面形成单分子层的具有吸附和憎水作用的保护膜, 由于成膜 剂分子间的空隙比 CO2,O2 的截面小,从而防止了 CO2,O2 对金属的腐蚀。中和 剂为碱性,既中和了水中的碳酸又为在线检测冷凝水中的保护剂浓度提供依据, 合理的汽液相分配比可有效保护金属管道中气相空间, 防止了凝结水管道的金属 腐蚀及腐蚀产物对凝结水的污染。 (2)BF-30a 高效防腐阻垢剂 BF-30a 具有使锅炉本体金属处于钝化状态和抑制金属腐蚀过程中阴 极反应的双重保护功能, 有效地防止了金属本体在运行状态和停炉状态下的氧腐 蚀;同时由于 BF-30a 具有强力螯合作用,加入锅炉水中后,与水中的硬度离子 形成稳定的水溶性螯合物, 增加了硬度离子在水中的溶解度,大大抑制水垢的形 成, 同时可以产生缓慢溶解原有水垢的效果;由于 BF-30a 具有较强的晶格畸变 作用、分散作用,晶格畸变功能使碳酸钙晶体在生长过程中破碎,形成外观不规 则的小晶体,分散剂吸附在小晶体及金属表面形成双电层,在静电作用下,小晶 体之间及小晶体与锅炉金属表面之间互相排斥, 避免了在较高硬度水中锅炉金属 表面沉积生成水垢。 (3)水质自动监测控制系统: 要充分发挥 BF-30a 防腐阻垢药剂和 BF-31T 凝结水保护剂的功效, 必须保 证锅炉水系统中 BF-30a 和凝结水系统中 BF-31T 的浓度在一定的范围内。 水质 自动监测控制系统由检测单元、 显示控制单元和投药单元组成。检测单元在线动 态检测水质(炉水和凝结水,下同)的 PH 值和人为的设定值进行比较:将其比 较结果经过数据处理后控制投药计量泵的投药量;药剂投加量的变化引起水质 PH 值的变化;检测探头从采样单元中检测到水质 PH 值的变化;新的检测结果再 和设定值进行比较,改变药剂投加量。这样,就形成了闭环调节控制系统,从而 达到较佳的水质控制效果。 23 5.3、如何实现锅炉系统的零排污 零排污蒸汽发生技术的基本思路是从环保出发的成套节水节能技术, 既排除 了锅炉运行过程中排污对环境的污染,又保证了锅炉的节水节能,以及锅炉的安 全运行。 目前, 国际上普遍采用的锅炉的节水节能措施是防止结垢以提高锅炉热 效率, 减少排污量和回收排污热以减少排污热损失,回收凝结水以提高热利用率 和节约锅炉给水。 防止结垢和减少排污率,必须通过提高给水质量和加入阻垢剂 才能实现, 而回收凝结水的前提条件是凝结水不被腐蚀产物等污染,三个方面节 水节能措施都必须有水处理技术作保证。 新建锅炉系统的设计, 首先应考虑供出蒸汽应全部安装换热器间接使用,所 有换热设备均应安装凝结水回收装置,以保证足够的凝结水回收率。在凝结水回 收率≥70%的情况下, 原则上可不安装离子交换系统和除氧器,自来水管道直接 与锅炉给水箱连接。 考虑到传统观念的影响,若用户要求安装离子交换系统和除 氧器时, 应安装与离子交换系统和除氧器并联的管道,使自来水管道可直接与锅 炉给水箱连接。 对于现有锅炉系统实现零排污技术改造, 首先必须具备或建立凝结水回收系 统。凝结水回收系统包括凝结水回收管道、凝结水箱、循环泵。增加全自动凝结 水水质监控设备向系统中投加保护剂,防止凝结水系统的金属腐蚀,使凝结水中 铁离子含量控制在<200μ g/L ;硬度为<0.01mmol/L ,pH 值≥7,符合 2001 《工业锅炉水质》标准。 在锅炉给水侧安装锅炉水质监控设备, 向锅炉给水系统中投加 BF-30a 锅炉 防腐阻垢剂,以防止锅炉本体的结垢和腐蚀。 安装集中控制的锅炉自动排污装置,在保证锅炉安全运行的同时,尽量减少 锅炉运行排污及排污热损失。 回收蒸汽凝结水作锅炉给水,可以大大减少锅炉原水和软化水用量、节约用 水和降低水处理的运行费用,还可去除或缩小补水的水处理系统,节省投资; 回收蒸汽凝结水,还可以提高给水品质,降低锅炉排污率,使锅炉的排污 率控制在 3%以下; 回收蒸汽凝结水,可大幅度提高锅炉给水温度,从平均给水温度 20℃提高 到 65℃,降低燃料消耗;而利用凝结水作给水,不但提高了水温,而且凝结水 中的溶解氧含量较低, 可确保给水余氧含量达到合格标准。即使对于给水无除氧 措施的小型工业锅炉, 回收凝结水可大幅度提高给水温度,也能降低水中溶解氧 含量,可显著减少锅炉的氧腐蚀。 采用凝结水回收技术, 保证凝结水直接达到回收利用的同时,又解决了凝 结水回收管道的腐蚀问题, 延长了凝结水回收管道的使用寿命, 其效益显而易见。 5.4、系统运行数据对比 24 系统运行数据对比 主要参数 凝结水回收率 生产每吨蒸汽用水(吨) 凝结水回收前 0 1.2-1.4 凝结水回收后 80% 0.16-0.18 80 m3 (天然气) 0.142t(煤) 7.28 -14.24 生产每吨蒸汽耗燃料天然气: 88 m3 ( 天 然 m3 煤:t 气) 0.178t(煤) 生产每吨蒸汽耗电(kWh) 生产每吨蒸汽费用(元) (天然 气) 8.67 从凝结水回收前、后系统运行参数比较可以看出: (1)凝结水回收后比回收前生产每吨蒸汽节约用水量≥80%;每吨蒸汽的 燃料消耗,天然气消耗减少 8 m3,燃煤锅炉房的燃料煤减少 0.036t;生产每吨 蒸汽的耗电量减少 1.5kWh 左右。 (2)生产每吨蒸汽的费用在采用凝结水回收技术后,可节约 14 元左右。 零排污蒸汽发生技术应用装置的特点: (1)具有广泛的适用性:凡是具有凝结水回收管道的工业锅炉系统都可以 应用该技术实现凝结水的达标利用, 对系统的复杂程度、 凝结水回收管线的长短、 锅炉水质情况没有任何限制。 (2)系统自动化程度高,不需要增加专职运行人员,系统运行、维护、操 作简单易学。 (3)系统安装施工量小;设备占地面积小(2m2) ;不用改变原有凝结水回 收系统。 (4)节约用水≥80,节约燃料≥10%,一次投资回收期<1 年。 25 第六章 经济分析及相关成本计算 以某锅炉房三台 lot/h 燃汽蒸汽锅炉为例,运行条件:使二备一,出力 100%,运行天数 150 天;给水水质:硬度 5mmol/L 、碱度 2.5mmol/L ;水处理 方式:钠离子交换和热力除氧。有凝结水回收管道,凝结水箱及循环泵。 一、运行成本及效益分析 传统运行方式下生产一吨蒸汽所需相关费用 1、 水耗: 软化水耗:1.05t/吨蒸汽(含软化生产过程中反洗、配制再生液、置换、 正洗的自耗水) 锅炉排污水耗:0.05t/吨蒸汽(按 5%排污率计) (不含减少除氧处理费及 节电费用) 水耗总量:1.1t/吨蒸汽 2、 软化用再生剂一盐的消耗: 以再生剂比耗 0.11kg/mol 计算,软化处理硬度为 5mmol/L 的锅炉给水的 盐耗:0.11×5=0.55kg/吨蒸汽 3、 能源消耗: (1) 以天然气为燃料, 每吨蒸汽含热能 6×105Kcal, 按锅炉总体效率 75%, 天然气发热量按 QYdw8740Kcal/m3 计算,燃料消耗: m=Q/QYdwη =6×105/8740/75%=91.5m3 (2)如以煤为燃料,每吨蒸汽含热能 6×105Kcal,按锅炉总体效率 75%, 煤发热量按 QYdwη =6×105/6×105/75%=133kg 计算,燃料消耗: m=Q/QYdwη =6×105/6×105/75%=133kg 二、以凝结水回收率 70%计算,回收凝结水后,生产一吨蒸汽所节约的相关费 用: 1. 节约用水: 回收 1 吨凝结水可减少给水水耗 1.1 吨 以凝结水回收率 70%计算,生产每吨蒸汽可节约用水 1.1×70%=0.77t 2. 节约的再生剂――盐: 回收 1 吨凝结水可减少盐耗 0.55kg 以凝结水回收率 70%计算,生产每吨蒸汽可节约用盐 0.55×70%= 0.39kg 3. 节约的燃料: 条件:软化水温度 15℃,凝结水回水温度 65℃, (1)回收 1 吨凝结水锅炉给水温度提高,减少的热量损失: Q1=mc(t1-t2)=1000kg × 4.187KJ/kg. ℃ × (65 ℃ -15 ℃ ) = 209350kJ ( 2 ) 以 天 然 气 为 燃 料 , 按 锅 炉 总 体 效 率 75 % , 天 然 气 发 热 量 按 QYdw36533Kcal/m3 计算。 回收 1 吨凝结水节约的天然气燃料: m=Q1/QYdwη =20935/36533/75%=7.64m3 以凝结水回收率 70%计算,生产一吨蒸汽所节约天然气燃料:m× 70%=5.3m3 (3) 以煤为燃料, 按锅炉总体效率 75%, 煤发热量按 QYdw×103Kcal/kg 计算。 回收 1 吨凝结水节约的煤: m=Q1/QYdwη =20935/4.18×103/75%=11.12kg 以凝结水回收率 70%计算,生产一吨蒸汽所节约煤燃料:m×70% =7.78kg 4. 回收凝结水后,生产一吨蒸汽所节约的总费用(不含减少除氧处理 费及节电费用) :按水价 4 元/吨、盐价 450 元/吨、天然气价 1.8 元/m3、 煤价 400 元/吨计算。 以天然气为燃料,生产吨蒸汽节约:4×0.77+0.45×0.39+1.8×5.3 =12.8 元 以煤为燃料, 生产吨蒸汽节约: 4×0.77+0.45×0.39+0.4×7.78=6.4 元 三、此锅炉房年节约运行成本计算: 三台 10t/h 蒸汽锅炉, 运行条件: 使二备一, 出力 100%。 运行天数 150 天计年产汽量:10×2×24×150=7.2×104 吨 年节水:7.2×104×0.77=5.5×104 吨 年减少盐耗及盐的排放:7.2×104×0.39×10-3=28 吨 年减少天然气用量:7.2×104×5.3=3.8×105m3 年节约运行费用: (不含减少除氧处理费及节电费用)7.2×104×12.8 =92.16 万元 计算表 1: 1、回收 1 吨凝结水节约的燃料费用: 条件:软化水温度 15℃ ,凝结水回水温度 65℃ ,软化水经过热力除氧后的锅 炉给水温度 95℃ ,95 ℃ 饱和水的热焓 h 2 " 397 .99kJ / kg ,锅炉型号 DZL20-1.25AⅡ2 台,DHL20-1.25AⅡ2 台,烟煤Ⅱ 设计用代表性煤种应用基低 位发热量 17693kJ/kg , 系统运行压力 0.6Mpa , 饱和水热热焓 h 2 17693kJ / kg , 27 " 现在排污率 6 % ,改造后排污率 2 % ,锅炉总体效率按 70%计算: (1)锅炉给水温度提高,减少的热量损失: Q1=mc(t1- t2)=1000kg×4.187 kJ/kg. ℃ ×(65℃-15℃)=209350 kJ (2)降低排污率 4 % ,减少的热量损失: Q2 =D( h1 - h2 )x4%=1000kgx ( 697.1 kJ / kg -397.99 kJ / kg )x( 6%一 2 % ) = 11964kJ (3)按锅炉总体效率 70% ,烟煤Ⅱ 设计用代表性煤种应用基低位发热量 y Qdw 17693kJ/ kg ,计算节约的燃料费: " " M=(Q1 + Q2 )/ Qdw /η =(209350 + 11964 )/17693 /70 % = 17.87kg 烟 煤Ⅱ 烟煤Ⅱ按 280 元/t 计算: 280 元/t x 17.87 / 1000 = 5 元/t 2 、生产 1 吨锅炉给水需自来水 1.01 吨,工业自来水水费按 3 元/t 计算: 3 x l.01 = 3 . 03 元/t 3 、锅炉给水处理费按 0.52 元/t (不含除氧处理费及电费)计算: 4 、合计:5 + 3.03 + 0.52 = 8.55 元/t y 计算表 2 : 每吨锅炉给水的处理费用(不含除氧处理费及电费): 条件:锅炉房采用 Na 离子交换器,Na 周期制水量 4800 吨,一次用含量 98 % 盐 1.22 吨,再生剂浓度 7 % ,反冲洗耗水 19 吨,小反冲洗耗水 5 吨。 再生一次 Na 罐消耗的自来水水量 (1)用含量 98 %的盐配置 1 吨 7%再生剂需要的水量 1.2 x98% 由公式 7%= 1.2 ? x 推算出 X =(1.2 x 98%-1.2 x7% )/ 7%=15.6t (2)每吨软化水的处理费用 28 ? ? ? 520 x1.2 ? (5 ? 19 ? 15.6) x3 ? 0.1548 元 / t 4800 29 第七章 附 录 1、热水 BF-30a, BF-31T 不同浓度下的 PH 值和碱度 2、工业锅炉水质标准 热水 BF-30a 不同浓度下的 PH 值和碱度 ㈠、试验用水:配制水(硬度 5mmol/L、碱度 2.5mmol/L) 试验温度:水浴 80℃ 试验时间:30 分钟,取出后快速冷却。 ㈡、试验数据如下表: 浓度 PH 值 碱度(mmol/L) 50PPm 100PPm 150PPm 200PPm 250PPm 300PPm 350PPm 400PPm 450PPm 500PPm 550PPm 600PPm 9.32 9.58 9.65 9.97 10.21 10.39 10.63 10.75 10.81 10.92 10.99 11.03 2.95 3.20 3.50 3.92 5.30 6.60 7.85 9.37 10.35 11.48 12.32 13.15 M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: M: P: 0.7 2.25 0.95 2.25 1.12 2.38 1.40 2.52 1.55 3.75 1.95 4.65 2.65 5.20 3.35 6.02 3.90 6.45 4.60 6.88 5.30 7.02 6.05 7.10 31 中华人民共和国国家标准 工 一、范围 本标准规定了工业锅炉运行时的水质要求。 本标准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。 二、水质标准 1、蒸汽锅炉和汽水两用锅炉的给水一般应采用锅外化学水处理,水质应符合表 1 规定 业 锅 炉 水 质 GBl576—2001 代替 GBl576—1996 表1 项目 >1.0 额定蒸汽压力, MPa 悬浮物,mg/L 总硬度,mmol/L 总碱度, 2) mmol/L 1) 给水 >1.6 ≤1.0 ≤1.6 ≤5 ≤0.03 ≤5 ≤0.03 ≤2.5 ≤5 ≤0.03 ≤1.6 锅水 >1.0 >1.6 ≤2.5 ≤1.0 无过热 器 有过热器 6-26 6-24 6-16 pH(25℃) 溶解氧,mg/L 3) ≥7 ≤0.1 无过热 器 有过热器 ≥7 ≤0.1 ≥7 ≤0.05 10-12 10-12 10-12 溶解固形物, 4) mg/L 24) <4000 <3500 <3000 SO3 ,mg/L 3- 10-30 10-30 10-30 10-30 PO4 ,mg/L 相对碱度 (游离 NaOH/溶解固形物) 5) <0.2 <0.2 含油量,mg/L 含铁量,mg/L6) ≤2 ≤0.3 ≤2 ≤0.3 ≤2 ≤0.3 32 1) 硬度 mmol/L 的基本单元为 c(1/2Ca 、1/2Mg ),下同。 2) 碱度 mmo1/L 的基本单元为 c(OH 、1/2CO 3、HC0 ),下同。 对蒸汽品质要求不高, 且不带过热器的锅炉,使用单位在报当地锅炉压力容器安全监察机 ??构同意后,碱度指标上限值可适当放宽。 3) 当锅炉额定蒸发量大于等于 6t/h 时应除氧, 额定蒸发量小于 6t/h 的锅炉如发现局部腐蚀 ??时,给水应采取除氧措施,对 于供汽轮机用汽的锅炉给水含氧量应小于等于 0.05mg/L。 4) 如测定溶解固形物有困难时,可采用测定电导率或氯离子(C1-)的方法来间接控制,但溶 ??解固形物与电导率或与氯离 子(cl )的比值关系应根据试验确定。并应定期复试和修正 此 ??比值关系。 5) 全焊接结构锅炉相对碱度可不控制。 6) 仅限燃油、燃气锅炉 23- 2+ 2+ 2、额定蒸发量小于等于 2t/h,且额定蒸汽压力小于等于 1.0MPa 的蒸汽锅炉和汽水两用锅 炉(如对汽、水品质无特殊要求)也可采用锅内加药处理。但必须对锅炉的结垢、腐蚀和水质 加强监督,认真做好加药、排污和清洗工作,其水质应符合表 2 规定。 表2 项 悬浮物,mg/L 总硬度,mmol/l 总碱度,mmol/l pH(25℃) 溶解固形物,mg/L ≥7 目 给水 ≤20 ≤4 8-26 10-12 <5000 锅炉水 3 、承压热水锅炉给水应进行锅外水处理,对于额定功率小于等于 4.2MW 非管架 式承压的热水锅炉和常压热水锅炉,可采用锅内加药处理,但必须对锅炉的结垢、腐 蚀和水质加强监督,认真做好加药工作,其水质应符合表 3 的规定。 表3 锅内加药处理 项 目 给 水 悬浮物,mg/L 总硬度,mmol/L PH(25℃) 1) 锅外化学处理 给 水 ≤5 ≤0.6 锅 水 锅 水 ≤20 ≤6 ≥7 10~12 ≥7 ≤0.1 10~12 溶解氧,mg/L 2) 33 含油量,mg/L ≤2 ≤2 1)?通过补加药剂使锅水 pH 值控制在 10~12。 2)?额定功率大于等于 4.2MW 的承压热水锅炉给水应除氧, 额定功率小于 4.2MW 的承压热水 锅炉和常压热水锅炉给水应尽量除氧。 4、直流(贯流)锅炉给水应采用锅外化学水处理,其水质按表 1 中额定蒸汽压力为大 于 1.6Mpa、小于等于 2.5Mpa 的标准执行。 5、余热锅炉及电热锅炉的水质指标应符合同类型、同参数锅炉的要求。 6、水质检验方法应按附录 A(标准的附录)执行。 作者:周楠,张奡 2012 年 4 月于北化 34
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