鍋爐用水
蒸汽鍋爐的運行目的:
  口安全運行。
  口最大燃燒和熱傳導效率。
  口最少的維修。
  口工作壽命長。
    鍋爐中用于產生蒸汽的水的質量對滿足這些目的有深遠的影響。
鍋爐要求在下列標準下運行:
  口不結水垢一如果水硬度較高而且不用化學的方法加以控制，這時加熱表面就會結垢，降低傳熱和效率
    一就必須頻繁清洗鍋爐。在極端情況下，局部發生過熱，導致機械損壞甚至爐管破裂。
  口無腐蝕和化學侵蝕一如果水中溶解了氣體，特別是氧氣，鍋爐換熱表面，管道和其它設備就很可能
    發生腐蝕。
    如果水中的p日值太低，酸溶液將侵蝕金屬表面。如果p日值太高，水是堿’}生的，就可能發生其它問題如發泡。
    必須防止腐蝕性脆化或腐蝕裂紋以避免金屬失效。脆化和裂紋是氫氧化鈉濃度太高引起的。老式的鉚接鍋爐更容易受到這種破壞的影響，但是在現代焊接鍋爐的管端仍然要小心這個問題。
高質量的蒸汽
    如果鍋爐給水中的雜質不能被適當的處理，就會發生鍋爐水被攜帶進入蒸汽系統。這樣就會導致蒸汽系統很多問題，如:
  口控制閥表面污染一影響控制閥的工作并降低其性能。
  口污染過程設備的換熱表面一增加熱阻、降低傳熱效率。
  口阻塞疏水閥排放孔一減少疏水閥排量，而且最終導致設備積水，降低輸出。
蒸汽帶水由兩個因素引起:
    1.汽水共騰一爐水噴涌到蒸汽出口，一般是由于下列原因造成:
      一運行的鍋爐水位太高。
      一鍋爐運行壓力比設計壓力低，因而增加了離開水表面的蒸汽的比容和流速。
      一過多的蒸汽負荷。
    2.爐水發泡一在鍋爐水面和蒸汽出口之間形成泡沫。泡沫越多，發生的問題越多。
    下面是發泡的跡象和后果:
      一水從玻璃管水位計的蒸汽連接處滴流落下，使得很難準確確定水位。
      一水位探頭、浮球和差壓室很難準確確定水位。
      一聽見報警，而且燃燒器甚至可能‘聯鎖’。在重新啟動前需要人工在鍋爐控制面板上重新設=定。
    由于鍋爐內發泡這些問題可能完全或部分發生。但是因為發泡是鍋爐水所獨有的特性，需要更好的理免犯發泡本身:
    表面的定義一一杯啤酒的泡沫在液體的頂部，液體與泡沫的接觸面可清楚的分開。在沸騰的液體中，
  口液體表面是模糊的、不斷變化的，容器底部的一些小蒸汽泡到頂部變成了大蒸汽泡。
    攪動增加發泡一對給定的蒸發量越小的鍋爐越容易發生。較小的鍋爐水的表面積較少，每平方米水表
  口面積釋放蒸汽的速率增加。這就意味著水表面的攪動更劇烈。因此較小的鍋爐更容易發泡。
  口硬度一硬水不發泡。但是鍋爐水必須軟化以防形成水垢，因此更傾向于發泡。
    膠狀物質一爐水的污染物，帶懸浮膠體的爐水，例如牛奶，會造成劇烈的發泡。注意:膠體顆粒的
  口直徑小于0.0001 mm，能夠通過標準的過濾器。
    丁DS濃度一隨著爐水丁DS濃度的增高，蒸汽泡變得更穩定，而且更不容易破裂和分離。
防止蒸汽帶水的措施
    下列可供選擇的辦法可使爐水發泡降到最少:
  口運行一鍋爐平穩運行非常重要。在恒定負荷和在設計參數范圍內的鍋爐運行，鍋爐攜帶的水分可少于2%0
    如果負荷大幅快速的變化，爐內的壓力大幅下降，鍋爐內由于閃蒸蒸汽產生引發極端擾動的工況。更糟糕的是，壓力的降低意味著蒸汽的比容增加，泡沫的成泡比例的增大。如果設備在正常情況下負荷變化就相當大，那么必須謹慎的考慮:
    一如果鍋爐現裝備的是開關水位控制，那就要考慮用連續比例調節的水位控制。
    一“溢流”控制，限制鍋爐壓力允許下降的程度。
    -一個蒸汽蓄熱器(見本書第22部分).
    一“前饋”控制，使鍋爐在高負荷前升到最大運行壓力。
    一“}曼開”控制，在預先確定的期間內使設備并線。
  口化學控制一爐水中添加抗發泡劑。它們可使泡沫氣泡破裂。但這些抗發泡劑對由懸浮物引起的發泡無效。
  口丁DS控制一必須權衡:
    一高丁DS以及伴隨而來的運行經濟性。
    一低丁DS使發泡最小化。
    安全一由于結垢導致過熱，以及由于溶解氣體產生腐蝕的危險很容易理解。在極端情況下，發泡、結
    垢和形成沉渣能導致鍋爐水位控制裝置感應不正確的水位，可能對人員和制程產生危險。外部水處理
    一般都知道對蒸汽鍋爐盡可能在鍋爐外對給水進行處理。
    從各種過程獲得的，以典型的硬水供應為基礎的處理水質量的總結見表3.9.2。這是外部水處理設備必須處理的水。
    外部水處理工藝如下:
  口反滲透一純水被強制通過半滲透膜而剩下的雜質溶液排掉。
  口石灰、石灰/蘇打軟化一石灰軟化，含水的石灰(氫氧化鈣)與鈣和鎂的重碳酸鹽反應生成可排除的
    軟渣。這樣就降低了堿性(臨時)硬度。用石灰/蘇打(蘇打粉)通過化學反應軟化降低了非堿性(永
    久)硬度。
  口離子交換一是迄今為止最廣泛使用的水處理方法，用于生產飽和蒸汽的鍋殼鍋爐。這個模式著重于
    下列過程處理水:基本的交換，脫堿和脫礦。
離子交換
    離子交換劑是不溶解材料，一般作成直徑為0.5到1.Omm的樹脂珠。樹脂珠粒，通常以填充層的形式放在玻璃鋼壓力容器內。樹脂是多孔和親水的，就是說它們能吸水。在珠粒結構內含有活性基因能與之相反電荷的可進行交換的離子。這些可進行的離子能被類似的帶電離子置換，這些帶電離子來自樹脂珠粒周圍溶解于水的鹽類。
基本的交換軟化
    這是最簡單的離子交換形式也是應用最廣泛的。首先使用7%到12%的鹽水(氯化鈉或普通的鹽)流過樹脂層來激活它，這樣使樹脂吸附了大量的鈉離子。其后，要軟化的水被泵送通過樹脂層進行離子交換。鈣和鎂離子從樹脂那里置換出鈉離子，離開的水含有大量的鈉鹽。鈉鹽溶液在很高的濃度和溫度下也不會在鍋爐內形成有害的水垢。
    從圖3.10.1，可以看到全部硬度離子被交換為鈉離子。以鈉離子為基礎的交換軟化沒有減少總溶解固形物的含量(丁DS表示為尸尸M)，也不改變P日值。所發生的交換是一種可能形成有害水垢的鹽類置換為另一種無害的非水垢鹽類。因為丁DS含量沒有改變，樹脂層的失效不能通過檢測電導率的上升來發現(丁DS與電導率相關)。因此再生是以一個時間或水的總流量為基礎的。
    軟化器的運行成本相對便宜，能長期可靠的生產軟化水。在至少有50%的冷凝水回收時，它們甚至可成功的用在高堿性硬度(臨時)地區。如果很少或沒有冷凝水回收，最好用更復雜類型的離子交換。
    有時石灰/蘇打軟化處理被用作基本離子交換之前的預處理。這樣可減輕離子交換樹脂的負荷。
除堿
    基本交換軟化的缺點是沒有降低丁DS和堿度。這個問題可以通過預先去除堿度來克服，通常使用的設備是除堿器。
    有幾種型號的脫堿器，最普通的類型見圖3.10.2。實際上是3臺設備為一套，一臺除堿器，跟著是除氣器，接著是基本的交換軟化器。
除堿器
    圖3.10.3所示的系統有時被稱為“分流”軟化。由于除堿器產生的溶液是酸性的并將造成腐蝕，而且永久硬度將直接進入鍋爐，因此除堿器不能單獨使用，而必須與基本交換軟化器一起使用。
    除堿設備可除去臨時硬度如圖3.10.3所示。當補給水比例非常高時一般使用該系統。
除鹽
    該過程實際上將去除水中所有的鹽類。過程包括使生水通過陽離子和陰離子交換樹脂(見圖3.10.4 )。有時樹脂可能被放在一個容器內就被稱為“混合床”除鹽。
    該過程實際上除去了所有的礦物質，并生產出高質量的水幾乎不含可溶固體。除鹽水可用于高壓鍋爐，如在發電廠。
    如果生水有大量的懸浮物將很快污染離子交換樹脂，極大的增加運行成本。這時就需要一些生水預處理如澄清或過濾。
外部水處理設備的選擇
    見表3.10.1，一般總是想用除鹽設備。但是每個系統都有投資成本和運行成本，如表3.10.2所示，加上各自工廠的需求需要評估。
鍋殼鍋爐
    一般，鍋殼鍋爐能夠承受相對高的丁DS濃度，而基本交換軟化設備相對較低的設備投資和運行成本(見表3.10.2)通常成為首選。
    如果生水的丁DS濃度很高，而且/或者冷凝水回收率較低(小于40%)，有一些選項需要考慮:一是石灰/蘇打預處理，使堿性硬度如碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀出溶液，然后從反應罐排出。二是除堿設備可減少供應到鍋爐的水的丁DS濃度。
水管鍋爐
    水管鍋爐不能承受高丁DS濃度，而且隨著鍋爐壓力的增加要求的丁DS越低。這是由于以下原因:
  口水管鍋爐在鍋筒內的水表面積相對于蒸發量來說較小。
    這將導致單位水表面積蒸汽離開的速率非常高，而且流動紊亂。
  口水管鍋爐一般蒸發量更高，也許超過1000 t/h。這就意味著即使很小的排污百分比也相當于一個很大
    的排污量。
  口水管鍋爐一般工作壓力更高，通�？傻�150 bar g。壓力越高，排污水中包含的能量越高。
    高壓也意味著高溫。這就是說結構材料必須承受更高的熱應力，并且運行在更接近它們的金屬極限范圍。甚至很少的水垢阻礙從管子到水傳熱，這都將造成管子過熱。
  口水管鍋爐通常有過熱器。
    從蒸汽包來的干飽和蒸汽直接進入被置于爐膛最高溫的區域過熱器管道。任何蒸汽攜帶的爐水將使過熱器管道內結垢，阻礙傳熱而造成非常嚴重的后果。
    上述因素意味著:
  口對這種類型的鍋爐高質量的水處理是安全運行所必須的。
  口投資水處理設備使排污率減小到最少在經濟上可行。
    在這種情況下，常常選擇除鹽處理或反滲透設備。
總結
    當選擇水處理設備時生水質量明顯是一個重要的因素。盡管丁DS濃度將影響鍋爐運行的性能，其它問題，如總堿度或含硅量有時更重要，甚至支配著對水處理設備的選擇。

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