鍋爐水質(zhì)分析及水質(zhì)堿度反應機理研究

李婉寧

摘 要：水作為鍋爐的介質(zhì)，是影響鍋爐使用壽命和安全運行的因素之一。如果鍋爐的水中雜質(zhì)含量超標，就會在鍋爐內(nèi)部結(jié)垢，腐蝕鍋爐，從而降低鍋爐的傳熱系數(shù)和設備強度，浪費燃料，縮短使用年限，嚴重時會引起鍋爐爆炸事故發(fā)生。因此，水質(zhì)的好壞是鍋爐能否安全、經(jīng)濟、可靠、穩(wěn)定運行的基礎，也是影響鍋爐使用壽命的因素之一。

關鍵詞：生水指標;給水指標;分析與控制

1生水指標的分析及控制

生水（原水）是指未經(jīng)凈化處理的天然水或城市自來水，是鍋爐補給水的主要來源。其有硬度（YD）和堿度（JD）兩個控制指標。硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，其數(shù)值大小、組成直接影響著結(jié)垢程度、性質(zhì)和成分。堿度是指水中能接受氫離子的一類物質(zhì)的量，例如OH-、HCO-3 、及CO2-3 的含量，其數(shù)值大小對鍋爐腐蝕有直接影響。

硬度與堿度的關系如下表：

注：YD總為總硬度;YD非為非碳酸鹽硬度;YD碳為碳酸鹽硬度;YD負為負硬度;JD總為堿度。

如某鍋爐房生水實測指標為：YD總=6.0mmol∕L，JD總 =5.0mmol∕L，YD總 >JD總 ，事實上就是Ca2++ Mg2+> HCO-3 ，這樣HCO-3 全部和Ca2+、Mg2+ 形成碳酸鹽硬度YD碳，在數(shù)值上等于HCO-3 ，即YD總 =JD總 。而Ca2+、Mg2+多于HCO-3 的部分與水中SO2-4 、Cl-形成YD非 ，從而以水垢的形式沉積在鍋爐中，此時必須采用有效方法進行除垢。所以對鍋爐的生水指標（硬度和堿度）進行分析，是選擇水處理方法及清洗除垢的基礎和關鍵。

2給水指標的分析與控制

給水是指經(jīng)過處理后，送進鍋爐的水。它通常有給水硬度、懸浮物、溶解氧三個控制指標。

2.1給水硬度

給水硬度是指能使鍋爐受熱面結(jié)垢的Ca2+鹽和Mg2+鹽在水中的含量。給水硬度的處理一般采用鈉離子交換器軟化的方法，經(jīng)過軟化過的原水硬度都可以達到GB1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》規(guī)定的水質(zhì)標準，即給水硬度≤0.03 mmol∕L。其反應式為：

Ca2+（Mg2+）+2NaR= 2Na +CaR2（MgR2）

由上述可知，在反應過程中，當Ca2+、Mg2+被交換時，水中含鹽量增加，經(jīng)過交換器后，由于YD碳 等當量地變?yōu)镹aHCO ，所以堿度不能降低，即堿度不變，這是一個定性概念。

當給水硬度指標≤0.02 mmol∕L時，鍋爐將不易產(chǎn)生結(jié)垢;而運行時將給水硬度控制在0～0.01 mmol∕L，一般也不會結(jié)垢。

2.2懸浮物

懸浮物是水中含有沉沙、沙土、污物、膠體及微生物等，GB1576-2001標準規(guī)定懸浮物≤5mg∕L。一般水處理時，鹽在溶解過程中亦產(chǎn)生懸浮物，所以在水處理過程中，要加過濾裝置、鹽溶解器等措施，來達到處理效果。根據(jù)實踐經(jīng)驗，若將水質(zhì)指標提高到懸浮物≤3mg∕L，一般不易產(chǎn)生懸浮物。

2.3溶解氧及其腐蝕機理

GB1576-2001標準規(guī)定蒸發(fā)量≥6t∕h的鍋爐必須除氧，且含氧指標≤0.1 mg∕L（此指標范圍內(nèi)氧腐蝕的速度緩慢），而淡水氧的溶解極限如下表：

眾所周知，溶解氧與腐蝕速度成正比，即含氧量增大，腐蝕加劇，含氧量減小，腐蝕減緩。若將pH值提高，則能減緩腐蝕，但實際上即使把pH值提高到10～12，依然有氧腐蝕。而當水中沒有溶解氧時，只要將pH值調(diào)到9.5～10就會大為減緩乃至避免腐蝕。

工業(yè)鍋爐一般采用熱力除氧，熱力除氧器在鍋爐負荷變動時，給水量和進氣量調(diào)節(jié)不能切實同步。給水量增加時，除氧器中沸騰狀態(tài)的水停留時間縮短，使溶解氧從水中析出的時間不充分，如下表：

從表中可以看出，大氣式熱力除氧器，在水沸騰時，即使將水加壓到0.02MPa（表壓），水中仍有1.08 mg∕L溶解氧，并至少保持15min沸騰狀態(tài)，才能達到水質(zhì)標準的要求。

有的大氣式熱力除氧器，由于調(diào)節(jié)等因素，往往加熱不到規(guī)定溫度，除氧水加熱不足程度對去除溶解氧的影響，如下圖：

除氧水加熱不足對除溶解氧的影響

從圖中可知，如果除氧水在70℃以上的范圍，只要水的加熱不足1℃，就會在除氧水中形成大于0.1mg∕L的溶解氧，超出了GB 1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的規(guī)定，所以說熱力除氧的出水質(zhì)量，對運行調(diào)控是相當敏感的，在鍋爐運行過程中，一定要保證熱力除氧水的溫度，確保溶解氧的除氧質(zhì)量。

3 鍋水堿度指標的反應機理分析與控制

鍋水堿度是鍋水主要指標。鍋水堿度隨著蒸發(fā)濃縮，其值是增大的。如果控制排污率為5%～8%，鍋水堿度能上升到20mg∕L左右，但有時則出現(xiàn)低堿度情況，這反映水處理不正常。其機理為：經(jīng)鈉離子交換器軟化的水中含有Na+、HCO-3

生成的CaCO3和MgCO3沉淀，部分通過排污帶走，部分在鍋內(nèi)形成水垢。因為CO 是鍋水堿度的主要成分，卻因生成沉淀而把鍋水堿度通過排液帶走了，這就是低堿度出現(xiàn)的機理。當鍋水堿度小于給水堿度時，出于鍋水不存在強電解質(zhì)（Na2CO3），因而，不會有NaOH成分，此時對金屬腐蝕也會產(chǎn)生影響。

要達到降低鍋水含鹽量及堿度，就必須在鍋爐運行時經(jīng)常行鍋水中排放掉一部分雜質(zhì)，以獲得高質(zhì)量的飽和蒸汽。一般實際運行中采用下列方法計算鍋爐排污率。即：

式中：P-鍋爐排污率，%;Q -為鍋爐的排污水量，t∕h;Q -為鍋爐的蒸發(fā)量，t∕h;S -給水中某物質(zhì)的含量，mg∕kg;S -飽和蒸汽中某物質(zhì)的含量，mg∕kg，（由于蒸汽攜帶鹽量很少，一般近似的認為S B為0）;SG-鍋水中某物質(zhì)的含量，mg∕kg。

對于以軟化水補充的中、低壓鍋爐，可用氯離子量或鈉離子量用簡化公式來計算：

4 結(jié) 語

鍋爐水質(zhì)的分析與控制，是執(zhí)行鍋爐水質(zhì)標準的保證。雖然影響貫徹標準的因素是多方面的，諸如設計、制造等，但作為從事鍋爐水處理的人員，應重視鍋爐水質(zhì)的分析與控制這個環(huán)節(jié)，保證鍋爐水質(zhì)指標滿足GB 1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的要求。