(一) 污染天然水的杂质
污染天然水的杂质除氧、二氧化碳等气体和悬浮物外,还有溶解固形物。溶解固形物最常见的有八种离子:氯离子(Cl-<sup>-<sup>)、硫酸根离子(SO<sup>2-<sup><sub>4<sub>)、重碳酸根离子(HCO-<sup>-<sup><sub>3<sub>)、碳酸根离子(CO<sup>2-<sup><sub>3<sub>)、钠离子(Na<sup>+<sup>)、镁离子(Mg<sup>2+<sup>)、钙离子(Ca<sup>2+<sup>)、钾离子(K<sup>+<sup>)。以上杂质的水溶液,如果直接用于锅炉给水,则对锅炉和蒸汽品质都会直接或间接地造成危害:产生水垢与沉渣;对锅炉腐蚀;恶化蒸汽品质。
(二) 天然水中杂质对锅炉水质的影响
1. 钙、镁:天然水中的钙、镁均以不同化合物的形式存在。水中所含钙、镁盐类的多少,决定水的硬度及水垢性质。钙、镁含量越大,水的硬度越高,也就越不适宜作锅炉给水。
2. 氯离子:氯离子的含量决定于水中所含氯化物的多少。天然水中氯化物的来源,主要是水流经地层中含有氯盐的矿层所致。一般天然水中平均含氯量为15~55mg/L。炉水中含氯量在150~250mg/L或更高时,则不宜作锅炉给水。
3. 硫酸盐:水中硫酸盐主要来源于矿物地层及有机质,含水硫酸钙为水中硫酸盐的主要成分。天然水中平均含硫酸盐30~75mg/L。锅炉给水及炉水中含硫酸盐较高时,在受热面上易产生石膏质水垢。
4. 亚硝酸盐:天然水中存在亚硝酸盐,表明水的矿化过程尚在初期阶段,或经常进入有机质。
5. 硝酸盐:天然水中的硝酸盐一般来自矿物质与有机物,它是一切含氮物质氧化后的最后产物。在洁净的天然水中,硝酸盐与亚硝酸盐通常含量极少,甚至没有。遭到严重污染的工业用水,作锅给水时,能在锅炉中放出大量的氨,使黄铜阀件遭受腐蚀。
6. 氨:主要来源于水中有机物质,当河水中含氮物质反质分解时,会产生氨。氨除对黄铜件造成严重腐蚀外,还易引起炉水起泡,甚至产生汽水共腾现象。
7. 硫化氢:水中如含有0.5mg/L硫化氢就能被察觉,如果硫化氢达1mg/L时,就会有显著的臭鸡蛋味。用含有硫化氢的水作锅炉给水,会引起金属的严重腐蚀。
8. 氧:天然水中,大多都溶解有氧。氧存在于水中,对于钢、铁、铜等金属,都具有不同的侵蚀作用。pH值较低的水,能促进溶解氧的侵蚀作用;pH值较高的水,可使这种作用减弱。当水温升高,但不足以使溶解氧从水中析出时,侵蚀作用的速度会加快,所以在热水管和凝结水管中,氧腐蚀更为严重。经验得知,此温度约在60~90℃之间。溶解氧的腐蚀,只有在水溶解中才能发生。溶解氧的腐蚀,是锅炉金属表面腐蚀的主要和常见的原因。
9. 二氧化碳:也称碳酸气,大多数天然水中都含有。二氧化碳来源于大气中的二氧化碳和水中的有机物质的分解物。水中二氧化碳较高时呈酸性,对金属有较强烈的腐蚀。特别是当水中溶解氧含量较大时,二氧化碳成为溶解氧加速侵蚀金属的催化剂。所以含有溶解氧的水,如果它的二氧化碳含量与碱度之比越大,则对金属侵蚀性越大。
10. 二氧化硅:在所有天然水中,二氧化硅的含量差异较大,江河中二氧化硅在一年中变化也很大。二氧化硅在锅炉内形成的水垢是非常坚硬的,且呈透明或半透明状态,类似玻璃。用机械方法清除这种水垢,要比清洗一般碳酸盐水垢多几倍工时,这种水垢的导热性能极差。当水垢产生后,会使受热面降低传热作用,以致造成受热面过热烧坏。
11. 铁:天然水中含铁量小于0.1mg/L时,并无影响,但当含量超过0.3mg/L时,水就会有味、混浊。地下水含有铁时,会出现红色氢氧化铁沉淀。含有重碳酸铁的侵蚀性水,对水管也会产生腐蚀。
由此可知,天然水的质量,决定于杂质的类别和含量,含杂质越多的水,其质量越差。水中杂质对锅炉和蒸汽的影响见表1。
杂 质 名 称 | 分 子 式 | 结垢与沉渣 | 腐 蚀 | 恶 化 蒸 汽 |
氧 气 | O2 | - | + | - |
二氧化碳 | CO2 | - | + | - |
重碳酸钙 | Ca(HCO3)2 | + | - | - |
重碳酸镁 | Mg(HCO3)2 | + | - | - |
硫 酸 钙 | CsSO4 | + | - | - |
硫 酸 镁 | MgSO4 | - | + | + |
硅 酸 镁 | MgSiO3 | + | - | + |
硅 酸 钙 | CaSiO3 | + | + | + |
氯 化 钙 | CaCl2 | - | + | + |
氯 化 镁 | MgCl2 | - | + | + |
碳 酸 钠 | Na2CO3 | - | - | + |
硫 酸 钠 | NaSO4 | - | + | + |
氯 化 钠 | NaCl | - | + | + |
苛 性 钠 | NaOH | + | - | + |
氧 化 铁 | Fe2O3 | + | - | + |
悬 浮 物 | + | - | + | |
油 | + | + | + | |
有 机 物 | + | - | + |
表1 水中杂质对锅炉和蒸汽的影响
注:+表示要发生,-表示不会发生。
(三) 水的硬度与碱度
1. 硬度:水中含有水垢生成物的含量,即含有钙、镁化合物的数量多少,称为水的硬度。水的硬度分为总硬度、碳酸盐硬度(暂时硬度)、非碳酸盐硬度,(永久硬度)等。
总硬度等于碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度之和。碳酸盐硬度,主要指水中含有重碳酸盐〔Ca(HCO<sub>3<sub>)<sub>2<sub>及Mg(HCO<sub>3<sub>)<sub>2<sub>〕的量,这些碳酸盐遇热分解为碳酸钙沉淀及松软无定形的氢氧化镁,反应式如下:
略
非碳酸盐硬度,主要指溶于水中的氯化镁、氯化钙、硫酸镁、硫酸钙、硅酸镁、硅酸钙等,它们遇热后,即使水温达到沸点,也不能生成沉淀。
总硬度又等于钙硬度与镁硬度之和。
硬度的单位很多,常用的毫克当量/升,即在1升水中,含有钙、镁盐类的总量相当于28mg氧化钙时,称为1毫克当量/升。
硬度大的水,易产生水垢,不宜作锅炉用水,必须经过软化后才可使用。
2. 碱度:水中氢氧根(OH<sup>-<sup>)、碳酸根(CO<sub>3<sub><sup>2-<sup>)及重碳酸根(HCO<sub>3<sub><sup>-<sup>)的总含量,称为水的总碱度。因此,总碱度也可分为氢氧根碱度、碳酸根碱度和重碳酸根碱度。
碱度的单位与硬度相同,1毫克当量/升碱度,相当于每升水中含氢氧化钠(NaOH)40mg,或相当于每升水中含重碳酸钠(NaHCO<sub>3<sub>)84.02mg,或相当于每升水中含碳酸钠(Na<sub>2<sub>CO<sub>3<sub>)53mg。
二、 锅炉用水的分类
锅炉用水可分为原水、给水、补给水、炉水、冷却水和排污水等几类。
1. 原水:由自备水源(地面水或地下水)或城市供水管网取来,然后经适当处理,或直接应用的水称为原水,也称为生水。
2. 给水:原水经过水质处理,并满足锅炉水质要求的水为给水。
3. 补给水:锅炉在运行和蒸汽输送过程中,由于排污和管道损失,将消耗部分凝结水和炉水。补充凝结水和炉水的水称为补给水。
4. 炉水:锅炉中正在蒸发的水称为炉水。
5. 冷却水:用来冷却锅炉某些部位的水称为冷却水。
6. 排污水:借助排污的方法,使炉水水质指标符合标准,此排出的水为排污水。
除以上锅炉用水的分类外,在水质处理过程中,还有一级水、二级水、软化水和除盐水等。
三、 锅炉水质标准的选择
(一) 锅炉水质标准
根据锅炉结构和特点和运行参数的要求,确定合理的锅炉给水和炉水水质标准,它是防止锅炉结垢、腐蚀,保证蒸汽品质的主要措施,对保证锅炉安全经济运行有着重要的意义。原第一机械工业部和国家劳动总局颁布的《低压锅炉水质标准》见表2、表3、表4。
项 目 | 给 水 | 炉 水 | ||
炉内加药处理 | 炉外化学处理 | 炉内加药处理 | 炉外化学处理 | |
悬浮物(mg/L) | ≤20 | ≤5 | ||
总硬度(毫克当量/升) | ≤3.5④ | ≤0.04 | ||
总碱度(毫克当量/升) | 8~20 | ≤20 | ||
pH值(25℃) | >7 | >7 | 10~12 | 10~12 |
溶解固形物①(mg/L) | <5000② | <5000② | ||
相对碱度 | <0.2③ | <0.2③ |
表2 立式水管火管锅炉水质标准
注:①如果测定溶解固形物困难时,可间接以氯化物来控制,但它们之间的关系可由试验
确定,并定期复试、修正。
②兰天复锅炉的炉水溶解固形物可<10000mg/L。
③相对碱度≥0.2时,应采取防止苛性脆化的措施。
④当硬度指标超过此值时,使用锅炉的单位在报上级主管部门批准和当地劳动部门同
意后,可以适当放宽。
项 目 | 给 水 | 炉 水 | |||||
工作压力(kgf/cm2) | ≤10① | >10 ≤16 | >16 ≤25 | ≤101 | >10 ≤16 | >16 ≤25 | |
悬浮物(mg/L) | ≤5 | ≤5 | ≤5 | ||||
总硬度(毫克当量/升) | ≤0.04 | ≤0.04 | ≤0.04 | ||||
总碱度(无过热器) | ≤20 | ≤18 | ≤14 | ||||
(毫克当量/升)(有过热器) | ≤14 | ≤12 | |||||
pH值(25℃) | >7 | >7 | >7 | 10~12 | 10~2 | 10~12 | |
含油量(毫mg/L) | ≤2 | ≤2 | ≤2 | ||||
溶解氧(mg/L) | ≤0.1② | ≤0.1② | ≤0.05 | ||||
溶解固形物③ (mg/L) | (无过热器) | <4000 | <3500 | <3000 | |||
(有过热器) | <3000 | <2500 | |||||
磷酸根(mg/L) | 10~30④ | 10~30 | |||||
相对碱度 | <0.2⑤ | <0.2⑤ | <0.2⑤ |
表3 水管和水火管组合锅炉水质标准
注:①当锅炉蒸发量≤2吨/时采用炉内加药处理时,给水和炉水应符合表2规定,但炉水
的溶解固形物<4000mg/L。
②锅炉蒸发量≥10t/h必须除氧。锅炉蒸发量<10t/h≥6t/h应尽量除氧。供汽轮机用汽
的锅炉,给水含氧量均应≤0.05mg/L。
③同表2注①。④仅用于供汽轮机用汽的锅炉。⑤同表2注③。
项 目 | 热 水 温 度 | |||
≤95℃ | >95℃ | |||
采用炉内加药处理 | 采用炉外化学处理 | |||
补 给 水 | 循 环 水 | 补 给 水 | 循 环 水 | |
悬浮物(mg/L) 总硬度(毫克当量/升) pH值(25℃) 溶解氧(mg/L) | ≤20 ≤6 >7
|
10~12
| ≤5 ≤0.7 >7 ≤0.1 |
8.5~10 ≤0.1 |
表4 热水锅炉水质标准
注:当用炉外化学水处理时,应符合热水温度≥95℃的水质标准。
余热锅炉水质标准应符合同类型、同参数锅炉水质标准的规定。特殊结构和余热锅炉水质标准,由设计单位另行规定。
(二) 锅炉水质标准的选择
选择锅炉给水和炉水水质标准时,应遵循以下两条原则:
1. 锅炉的压力和温度:低压锅炉的压力界限一般按≤1MPa(10kgf/cm<sup>2<sup>)、1~1.6MPa(10~16kgf/cm<sup>2<sup>)1.6~25MPa(16~25kgf/cm<sup>2<sup>)划分。饱和蒸汽的温度随压力的升降而变化,因此可以根据蒸汽压力进行选择。由于炉水杂质在锅炉内部的物理化学变化过程与温度成函数关系,所以当温度、压力变化时,杂质对锅炉本体和蒸汽品质都不同程度的影响。
(1) 锅炉的温度、压力越高,炉水水质对锅炉的结垢敏感性越大。因为大多数盐类的溶解度随水温的升高而降低,如碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙的溶解度即如此。在高温条件下还会生成铁垢与铜垢。
(2) 锅炉的温度、压力越高,炉水杂质对锅炉的影响越大。因为当温度升高时,电解质水溶液的电阻值随之降低,各离子在溶液中的扩散速度加快,所以与金属接触进行腐蚀的速度也加快。
(3) 锅炉的温度、压力越高,某些盐类的分解率也越高。例如,碳酸钠的分解率即随压力的增大而提高。当碳酸钠分解,生成游离二氧化碳多到一定程度时,就会引起苛性脆化和蒸汽品质恶化。
(4) 锅炉的温度、压力越高,对蒸汽品质的影响越大。蒸汽品质的恶化,主要是由蒸汽带水和蒸汽中溶解盐类的增加造成。由于锅炉工作压力、温度的升高,炉水的表面张力会降低,容易形成小水滴,致使蒸汽空间中小水滴的数目增多。压力升高,蒸汽密度就增大;汽和水之间的比重差就减小,因而压力越高,蒸汽就越容易带水。压力越高,由于水质不良造成事故的可能性也越大。所以,对锅炉的水质要求,随锅炉工作压力的升高而愈加严格。
2. 锅炉受热面蒸发率的高低:锅炉受热面蒸发率一般按<30kg(m<sup>2<sup>·h)、30~50gk/(m<sup>2<sup>·h)、50~100gk?(m<sup>2<sup>·h)的界限划分。
(1) 随着锅炉受热面蒸发率的增加,锅炉受热面热负荷便增高,氧化铁结垢的速度就加快。如果锅炉炉管的热负荷在3×10<sup>2<sup>kcal/m<sup>2<sup>·h,含铁量只要超过100μg/L就会产生氧化铁垢。
(2) 锅炉受热面上的垢层被炉水浸入,在受热面热负荷高的情况下,碱的浓缩倍数急剧增加,容易引起碱腐蚀。因此,在确定锅炉给水、炉水水质标准时,应根据炉型、工作压力、局部最高热负荷选择。
四、 水质处理方法的选择
在确定水的软化和除盐方法时,应根据原水中的盐类的成分、数量和对锅炉给水水质的要求进行选择。水的软化和除盐方法分为以下几种:
1. 给水水质只要求降低水的硬度时,可以采用药剂软化和钠离子交换法。
2. 给水水质既要求降低水的硬度,又要求降低碱度时,可以采用石灰-钠离子交换法、氢-钠离子交换法,钠离子交换加酸法、氢离子交换加碱法。
3. 给水水质要求除盐时,可以采用阴、阳离子交换法和电渗折法。应当指出,有时在电渗折之前,先用药剂降低原水含盐量,再用电渗析除盐,或在电渗析后,再用阴、阳离子混和床进行深度除盐。
下面就其中几种方法进行简述
(一) 沉淀法
水在池中保持较长时间的静止后,水中悬浮固体即可大部分沉淀,因而减少水的混浊度,初步达到使水澄清的目的。
(二) 凝聚法
生水在经过沉淀及过滤后,可能有一部分微细的固体粒子,仍悬浮于水中,若加入适量的化学凝聚剂,如明矾、硫酸亚铁、氯化铁等,即可除去微细的悬浮粒子。
(三) 过滤
过滤是使生水流过装有孔隙物质(如砂粒和焦炭末等)的过滤容器,水中分散的悬浮物便沉积在砂层的表面及缝隙中,于是水便清澈透明。当水中悬浮物超过30~50mg/L时,则必须进行过滤处理。
压力式机械过滤器分为单流式和双流式两种。过滤材料一般选用石英砂、大理石碎块、无烟煤块和焦炭末等。
(四) 石灰-苏打软化法
生水中加入石灰和适量和苏打后,水中所含的钙、镁盐类会以泥渣状态沉淀下来,用过滤器将泥渣滤出,即可得到清洁的软水。这种方法处理的水质,用于不超过15表压无水冷壁的锅炉。
(五) 钠离子交换法
这种方法只允许悬浮物<5mg/L的井水和自来水直接采用。如果给水中含铁量超过3mg/L,在进入钠离子交换器前,应进行除铁。钠离子交换法分为一级钠和二级钠,适用于碳酸盐硬度较小的原水。当它们转变为重碳酸钠时,不致使蒸汽锅炉的排污量增加过多,也不会使炉子的相对碱度超过15~20%。进入一级钠离子交换器的原水总硬度应小于10EPM;进入二级钠离子交换器的原水总硬度允许大于10EPM。一级和二级钠离子交换法的工作系统如图1和图2所示。
图1 一级纳离子交换软化法
图2 二级钠离子交换软化法
一级或二级钠离子交换法软化过程中,水的离子成分变化情况如下:
R-Na R-Na
(一级) (二级)
原 水 软 水
原水用这种方法处理后,软水水质可达到:经一级钠离子交换器后,剩余硬度可降低到0.03~0.05EPM,剩余碱度可略高于原水碱度;经二级钠离子交换后,剩余硬度可降低到0.01EPM以下,剩余碱度可略高于原水碱度。
(六) 石灰-钠离子交换法
这种方法是将原水先经石灰处理,除去碳酸盐硬度,再通过一级或二级钠离子交换器进一步软化,如图3所示。
图3石灰-钠离子交换脱碱软化法
这种方法的优点是,可以得到彻底的脱碱软化水;所有设备不须进行防腐蚀处理;原水的加热可以利用工厂的废热进行。如果在石灰软化的同时加入镁剂,还可以达到除硅的目的。缺点是,石灰液的配制、投加操作较麻烦,泥渣排放较困难。
(七) 炉内化学处理
炉内化学处理是利用加入炉内碱性药剂,如磷酸三钠、碳酸钠和栲胶等,使炉子维持一定的碱度,而使水中所含钙、镁盐类与碱性药物互相起作用,转化成泥渣沉淀出来,通过锅炉排污除去。
这种方法适用于小型低压锅炉,或作为锅炉给水的补充处理。
当锅炉给水全部采用炉内水处理时,加药量计算如下:
1. 磷酸三钠加入量:
式中 D<sub>f<sub>——每天加入的磷酸三钠量(g);
qf——每吨给不所需加入磷酸三钠量,见表5;
Q——锅炉24 小时用水量(m<sup>3<sup>);
ε——工作磷酸三钠纯度,以小数计。
给水总硬度(毫克当量/升) | 0.8 | 1.6 | 2.4 | 3.2 | 4.0 | 4.8 | 5.6 | 6.4 | 7.2 |
磷酸三钠(g/t) | 15 | 17 | 19 | 21 | 23 | 25 | 28 | 30 | 35 |
栲胶(g/t) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
碳酸钠(g/t) | 视炉水碱度高低调节 |
式中 H——给水总硬度(毫克当量/升);
G——给水量(t/h);
D<sub>P<sub>——锅炉排污量(t/h);
f<sub>K<sub>——炉水中应保持过剩磷酸三钠量,可取24~32(g/t);
ε——工业磷酸三钠纯度,以小数计。
炉内加药分为定期加药和连续加药两种。定期加药每24小时不能少于两次。炉内加药系统,如图4所示。
图4 炉内加药系统
(八) 水的除氧
给水除氧的方法分为以下几种:
1. 铁屑除氧:当一定温度的水通过铁屑层时,水中的氧与铁化合,使水中的氧逐渐被消耗掉。
这种方法适用于低压锅炉给水除氧和热力除氧后的补充除氧。
2. 解吸除氧:由于氧在水中的溶解度与水所接触的气体中氧的含量成正比,利用这个现象,将准备除氧的水与已脱氧的气体(如烟气)强烈混合,水中的溶解氧便大量跑到气体中去,从而达到除氧的目的。
3. 热力除氧:一般分为大气式(0.2表压,103℃)热力除氧与压力式(3.5表压以上)热力除氧两种。
大气式热力除氧,是利用氧在水中的溶解度与水的温度成反比这一特性,将水温升高至103~105℃,而将氧从水中除去。为了保证已离开水的氧气迅速离去。热力除氧器的剩余压力应不低于0.2大气压。大气式热力除氧装置如。图5所示。
图5 大气式除氧器
使用大气式热力除氧器应注意下列事项:
(1) 为保证锅炉给水泵的可靠运行,除氧器及除氧水箱应放置在水泵中心线以上7m的平台上。
(2) 为保证除氧器的剩余压力和水位稳定,应装置压力自动调节器和水位自动调节器,还要装置温度自动记录表和除氧水取样管等。
(3) 除氧器内应定期检查,以防堵塞、偏漏,水汽接触不良会影响除氧效果。
五、 水垢的危害及其清除
锅炉给水中溶解的钙、镁盐类等杂质,在锅炉运行中,随炉水温度的升高而浓缩析出。析出的钙、镁盐类杂质,可在锅炉的受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物,这些固体附着物称为水垢。
(一) 水垢的形成
生成水垢的根本原因是锅炉给水中含有一定数量的钙、镁盐类,在锅炉内部经过气压、温度等物理化学变化过程而生成各种类型的水垢。大致可分为下列三种:
1. 给水中某些溶解盐类,由于炉水温度升高,而溶解度降低,析出沉淀物来。
2. 锅炉在连续给水、连续蒸发的过程中,所含的盐类不断地留在锅内,纯净的水变成蒸汽送出炉外,而剩下的炉水含盐浓度不断升高、浓缩,以致使炉水含盐程度达到饱和状态甚至过饱和状态,盐类便由水中析出,生成沉淀物。
3. 不同盐类在炉水中相互作用,产生难溶解的化合物,形成新的水垢。
这些沉淀物,其中一部分粘结在受热强度较大的受热面上,形成坚硬的水垢;另一部分则悬浮在炉水中,随炉水循环而流动。这部分悬浮在炉水中的沉渣有两个去向:其一,当水循环不良,流速较低时,在成“死水”的角落沉积下来,形成二次水垢;其二,沉淀于锅炉下部,形成泥垢,随定期排污排出炉外。
(二) 水垢的危害
因为水垢的导热系数很小,水垢将直接威胁锅炉的安全、经济运行和锅炉的使用寿命。表6是几种不同水垢的平均导热系数。
水垢种类 | 化学成分 | 沉淀物特性 | 导热系数 (kcal/m·h℃) |
含油水垢 | 坚 硬 | 0.1~0.15 | |
硅酸盐水垢 | 含SiO220~25%以上 | 坚 硬 | 0.05~0.2 |
石膏水垢 | 含CaSO450%以下 | 坚硬致密 | 0.5~2.5 |
碳酸盐水垢 | CaCO3、MgCO3 含量大于50% | 无定形粉末 到坚硬炉石 | 0.5~0.6 |
含有石膏、钙、镁、碳酸盐、硅酸盐混合水垢 | 坚硬致密 | 0.7~3.0 |
表6 不同水垢的平均导热系数
从表中可以看了,水垢的导热系数比金属的导热系数小几百倍。因此,即使在受热面上形成不太厚的水垢,也会由于热阻大,使其导热效率降低,造成热损失,浪费燃料。实践证明,锅炉受热面结有1mm的水垢时,能耗煤量增加1.5~2%左右。由于受热面上结有水垢,会使金属管壁局部过热,当壁温超过允许极限温度时,会使管子鼓包,严重的会引起锅炉爆管事故,使人身安全受到威胁。
水垢是一种复杂的盐类,其中含有卤素离子。在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析知道,其含铁量达20~30%左右。水垢浸蚀金属会使锅炉内壁变脆,并不断向炉壁深处腐蚀。
由于清除水垢要停炉,要消耗人力物力,会造成锅炉的机械损伤和化学腐蚀,因此,防止水垢和及时清除水垢是水质处理工作中必须解决的问题。
(三) 水垢的清除
如果锅炉受热面上结了水垢,一定要及时清除。目前清除水垢的方法很多,可依据具体情況采用单一方法或综合方法。
1. 机械除垢法:当炉内有水垢或水渣时,停炉后放掉炉水,使锅炉冷却,用水冲洗或用螺旋钢丝刷清除。如果水垢很坚硬,可用电力和水力带动的洗管器来清洗。但此法只适用于清洗钢管,不适用于清洗铜管,因为洗管器易损伤铜管。
2. 酸洗除垢法:用酸清洗水垢时可用盐酸、磷酸、铬酸及氢氟酸,但不能用硫酸。因为硫酸与水接触,会在水垢表面生成硫酸钙膜,使膜下的水垢不易接触到酸液。磷酸和铬酸虽比盐酸有效,但价格太贵,所以一般都用盐酸。盐酸只能清洗碳酸盐水垢,酸洗时生成的氯化镁和氯化钙溶解度很大,容易除去,并伴有二氧化碳产生,有搅拌酸液的作用。对于纯硅酸盐水垢,可用氢氟酸清洗。对于以硫酸盐和硅酸盐为主的混合水垢,也可用盐酸清洗,此时酸洗的作用在于用酸液溶解水垢与金属壁之间的氧化铁层,使酸接触到金属,从而产生氢气泡使水垢脱落,与碳酸盐垢的盐酸清洗道理不同。
酸洗前,须查明结垢的程度,即量出单位面积上平均结垢的重量(g/m<sup>2<sup>),从而精确地计算出盐酸用量。酸洗时纯盐酸用量可按下式计算:
式中 G——纯盐酸(100%)用量(kg);
E——锅炉结垢程度(g/m<sup>2<sup>);
F——锅炉结垢面积(m<sup>2<sup>);
36.5——盐酸的当量;
50——碳酸钙的当量。
酸洗时,一般控制盐酸溶解浓度为3~5%,也可根据水垢的厚度来确定。配制盐酸溶液时,应注意市售盐酸浓度的不同,经过换算后再配制。
例题:配制100kg6%的盐酸溶液,用市售30%的盐酸配制,需用多少?
解:配制100kg6%的盐酸溶液需纯盐酸6kg,配制100kg6%的盐酸需30%的盐酸为:
即将80kg与20kg市售30%盐酸混合搅拌均匀,即成6%的盐酸100kg。
酸洗法的缺点是,酸对金属有腐蚀作用。酸液的浓度越大,温度越高,对金属的腐蚀性就越大。因此,为了保护金属在酸洗时不受腐蚀,必须在酸液中加入抑制剂。抑制剂的种类很多,每种抑制剂都在一定条件下才有效。用盐酸酸洗时,国内一般使用02-抑制剂。
配制02-抑制时,必须按照下列顺序:
(1) 将不低于70℃的热水倒入容器内。
(2) 加入盐酸,缓缓搅动,此时溶液呈浅黄色。
(3) 加入苯胺,缓缓搅动,此时溶液呈桔黄色,表面无浮油。
(4) 最后加入甲醛,缓缓搅动,此时溶液由桔黄到淡红,逐渐变为深红透明,并且上无漂浮物,下无沉淀物。
配制好的抑制剂,应立即倒入配好的盐酸溶液中,并剧烈搅动2~3分钟,否则抑制剂会很快凝固。
配制02-抑制剂时,一定要上述顺序进行,否则药液色不正,有沉淀,以致降低药品效能。例如,按盐酸 苯胺 甲醛 水的顺序配制,则会使溶液爆胀膨起,造成事故。
表7是100kg盐酸溶液在不同的抑制剂用量比例时,抑制剂原料的用量表。
用量比例 | 1 | 2 | 3 | 4 |
热 水 (kg) | 30%盐酸 (kg) | 苯 胺 (胺尼林) (kg) | 甲 醛 (福尔马林) (kg) | |
0.3% | 3 | 0.225 | 0.15 | 0.15 |
0.4% | 4 | 0.3 | 0.2 | 0.2 |
0.5% | 5 | 0.375 | 0.25 | 0.25 |
0.6% | 6 | 0.45 | 0.3 | 0.3 |
0.8% | 8 | 0.6 | 0.4 | 0.4 |
1.0% | 10 | 0.75 | 0.5 | 0.5 |
表7 抑制原料用量表
根据水垢厚度和锅炉材,酸洗时应采用的酸洗数值见表8。
锅炉材料 | 水垢厚度 (mm) | 盐酸浓度 (%) | 抑制剂用量 (与酸液用量的百分比) (%) | 处理时间 (小时) |
铸铁 | <5 | 10 | 0.3 | 4~6 |
5~10 | 15 | 0.5 | 6~8 | |
10~20 | 20 | 0.8 | 8~10 | |
>20 | 25 | 1.0 | 8~12 | |
钢板(管) | <5 | 6 | 0.4 | 5~7 |
5~10 | 8 | 0.6 | 7~9 | |
>10 | 12 | 0.8 | 8~10 |
表8 酸洗锅炉数值表
锅炉酸洗时,应注意以下几点:
(1) 为保证酸洗效果,酸洗时应不停地搅拌酸液。可采用耐酸泵进行灌注式酸洗,强迫酸液在锅炉中循环。如果采用静置浸泡式酸洗,应将酸液加温至50~70℃,利用酸和水垢作用生成的二氧化碳气泡进行搅动,以充分发挥酸作用。
(2) 在酸洗过程中,应对进、出锅炉的酸液进行化验,以便正确判断酸洗结束时间。如果排出的酸液浓度大幅度降低,需补充新酸液;如酸液浓度下降渐缓,而且逐渐稳定,表明酸洗完毕。
(3) 酸洗完毕,先排放酸液,再用清水冲洗,然后将水加满,并加入水容量0.3%左右的氢氧化钠(先将氢氧化钠溶于水再注入),煮沸0.5~1小时,以中和余酸。放出碱液后,再用清水冲洗1~2次即可。
(4) 酸洗后的锅炉,不宜作为备用锅炉。
(5) 参加酸洗人员,一定要注意操作安全规程,加强安全措施。
3. 碱洗除垢法:用碱洗不能清除碳酸盐水垢。碱洗主要是清除硫酸盐和硅酸盐水垢,还可以清除硫酸盐和硅酸盐的混合水垢。此法不是使水垢溶解除去,而是使水垢软化再用机械方法除去。
碱洗除垢法所用的药剂有碳酸钠和氢氧化钠两种。如果使用磷酸三钠,不但能清除硫酸盐和硅酸盐水垢,同时不能清除碳酸盐水垢。因此,此法应用较广。
碱洗时用药量:碳酸钠10~20公斤/吨水,浓度1~2%;氢氧化钠2~4公斤/吨水,浓度0.2~0.4%磷酸三钠3~5公斤/吨水,浓度0.3~0.5%。
碱洗也是不升压的长时间煮炉,一般不少于24小时,最多可达40小时,碱煮后要立即冲掉泥渣,并打开锅炉进行机械除垢,否则泥渣重新硬化,难以清除。此法操作简单,但比酸洗效果差而且煮炉时间长,药剂耗量大。