软化及锅炉水处理预处理应用

    早期的小型锅炉直接采用天然水，或仅用一些简单的方法除去水中的悬浮物和大颗粒杂质，这种锅炉常常需要停炉清除水垢。后来，人们采用钠沸石等天然软化剂对给水进行处理，并在锅水内添加某些药品以减缓水垢的生成，延长锅炉的连续运行期。随着锅炉参数不断提高，进入锅炉的水量越来越大，锅炉单位受热面积的吸热量也不断增加，锅炉水汽系统对锅炉水质也提出了更高的要求。为此而采用了蒸发器，用蒸馏水来补充锅炉给水。20世纪30年代，人造离子交换树脂（一种不溶于水的颗粒状高分子化合物）问世，并被用于锅炉给水除盐，取得了良好的效果，这是锅炉水处理技术的一项大进展。此后，除盐装置普遍采用离子交换树脂。从50年代末起，又陆续研究成功多孔型树脂、大孔型树脂和其他种类的新型树脂。各种更为新型的现代除盐设备也相继出现，进一步促进了锅炉水处理技术的发展。

    这些后果都直接影响锅炉的传热效果，降低锅炉、汽轮机的效率，严重时甚至会造成锅炉爆管事故。由于水垢的导热能力只有钢铁的几十分之一到几百分之一，有些低压锅炉受热面上积1毫米厚的水垢，燃料耗量就会增加1.5～2.0％。锅炉水处理的任务就是针对锅炉的炉型、 参数和原水品质，按照锅炉水质标准选择合适的处理方法以保证锅炉安全、经济地运行。高参数大容量的电站锅炉对给水品质的要求很高。以一台蒸发量为1000吨／时的直流锅炉为例：每千克给水所含的盐分不超过0.05毫克，即为干净自来水（每千克约含盐0.1～0.7克）所含盐分的万分之一左右，甚至比医用蒸馏水的含盐量还少。即使这样，在一年运行期中还会有几百公斤的盐分进入锅炉。当然，最终留在锅炉中的仅是一部分。许多国家都制订有各类锅炉的给水质量标准。

     处理范围  锅炉水处理主要包括补给水（即锅炉的补充水）处理、凝结水（即汽轮机凝结水或工艺流程回收的凝结水）处理、给水除氧、给水加氨和锅内加药处理4部分。

     补给水处理  因蒸汽用途（供热或发电）和凝结水回收程度的不同，锅炉的补给水量也不相同。凝汽式电站锅炉的补给水量一般低于蒸发量的3％,供热锅炉的补给水量可高达100％。

  ①  预处理：当原水为地表水时，预处理的目的是除去水中的悬浮物、胶体物和有机物等。通常是在原水中投加混凝剂（如硫酸铝等），使上述杂质凝聚成大的颗粒，借自重而下沉，然后过滤成清水。当以地下水或城市用水作补给水时，原水的预处理可以省去，只进行过滤。常用的澄清设备有脉冲式、水力加速式和机械搅拌式澄清器；过滤设备有虹吸滤池、无阀滤池和单流式或双流式机械过滤器等。为了进一步清除水中的有机物，还可增设活性炭过滤器。

  ②  软化：采用天然或人造的离子交换剂,将钙、镁硬盐转变成不结硬垢的盐，以防止锅炉管子内壁结成钙镁硬水垢。对含钙镁重碳酸盐且碱度较高的水，也可以采用氢钠离子交换法或在预处理（如加石灰法等）中加以解决。对于部分工业锅炉，这样的处理通常已能满足要求，虽然给水的含盐量并不一定明显降低。

  ③  除盐：随着锅炉参数的不断提高和直流锅炉的出现，甚至要求将锅炉给水中所有的盐分都除尽。这时就必须采用除盐的方法。化学除盐所采用的离子交换剂品种很多，使用最普遍的是阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，简称“阳树脂”和“阴树脂”。在离子交换器中，含盐水流经树脂时，盐分中的阳离子和阴离子分别与树脂中的阳离子(H()和阴离子(OH()发生变换后被除去。

    给水除氧  锅炉给水中的溶解氧会腐蚀热力系统的金属。腐蚀产物在锅炉热负荷较高处结成铜铁垢，使传热恶化，甚至造成爆管或在汽轮机高压缸中沉积，使汽轮机效率降低。因此，经过软化或除盐的补给水和凝结水，在进入锅炉之前一般都要除氧。常用的除氧方式有热力除氧和真空除氧等，有时还辅以化学除氧。所谓热力除氧,就是当给水在除氧器中被加热到沸腾时,气体在水中的溶解度降低,使气体从水中逸出,排入大气。按工作压力来分,应用较多的热力除氧器有0.12兆帕和0.6兆帕的。热力除氧时水必须加热到饱和温度，除氧水的表面积要大（如采用淋水或雾化播散装置），以便逸出的气体能够迅速地排出。真空除氧常在汽轮机凝汽器中进行。化学除氧就是在给水中添加联胺或亚硫酸钠，将水中含氧量进一步减少。

    给水加氨和锅内加药处理  经补给水处理、凝结水处理和给水除氧后的锅炉给水，一般都要求添加氨或有机胺等以提高给水的pH值，防止酸性水对金属部件的腐蚀。对有锅筒的锅炉一般都要进行锅内处理。处理时，在锅筒内投加磷酸三钠或其他化学剂，把水中能形成水垢的盐类杂质变成可以在排污时排掉的泥渣，以防止或减缓水垢的形成。

    当水的碱度较高时，为了减轻阴离子交换器的负担，提高系统运行的经济性，在阳离子交换器之后一般都要求串联脱碳器以除去二氧化碳。含盐量特别高的水，也可采用反渗透或电渗析工艺，先淡化水质，再进入离子交换器进行深度除盐。对高压以上的锅筒锅炉或直流锅炉，还必须除去给水中的微量硅；中、低压锅炉则按含量情况处理。

    凝结水处理  凝结水在循环过程中，会受到汽轮机凝汽器冷却水泄漏和系统腐蚀产物等引起的污染，有时也需要进行处理。

    凝结水的处理量与锅炉的参数、炉型（如有无锅筒或分离器）和凝结水的污染情况有关。随着锅炉参数的提高，凝结水的处理量一般逐渐增加。对超临界压力锅炉应全部处理；对超高压及亚临界压力锅炉处理量为25～100％;对有锅筒的高压以下锅炉一般不进行处理。常用的凝结水处理设备有纤维素覆盖过滤器和电磁过滤器等。凝结水在其中除去腐蚀产物（氧化铜和氧化铁等）后，再进入混合床或粉末树脂覆盖过滤器进行深度除盐。