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热水锅炉结垢及水处理之浅见

发布时间：2010/10/21 阅读次数：1289 字体大小: 【小】【中】【大】

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热水锅炉结垢及水处理之浅见

东台游子

[摘要] 本文通过对蒸汽锅炉和热水锅炉水循环的分析与比较，找出了热水锅炉结垢的主要原因—碳酸盐硬度受热分解，由易溶物质转化成难溶物质而析出，指出了《低压锅炉水质标准》(GB-1576-96)中关于热水锅炉水质指标的规定的不科学性，给出了防止热水锅炉结垢的水处理方法。

关键词：热水锅炉结垢碳酸盐硬度水处理方法

热水锅炉作为一种供暖锅炉对于节约能源有着十分重要的意义。对于热水锅炉的水处理，传统的方法是采用钠离子交换软化，其中，离子交换树脂采用强酸性阳树脂，如强酸苯乙烯型树脂001×7号，用食盐溶液再生。这种水处理方法的指导思想是把水中的硬度离子全部除掉（不管是碳酸盐硬度还是非碳酸盐硬度）。这里所讲的水处理包括热网循环水水处理和热网补充水水处理。热水锅炉水处理主要解决两个问题：一是热力系统结垢，二是热力系统腐蚀。关于防止热力系统的腐蚀，不少文章都有介绍，本文主要就防止热水锅炉及热网结垢作一些探讨。

１．蒸汽锅炉和热水锅炉水循环的比较及其对锅炉结垢的影响对于蒸汽锅炉，随着水温的升高，水中的某些物质因发生化学反应，从易溶于水的物质转变成难溶于水的物质而析出，如碳酸盐硬度的热解反应：

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + H2O + CO2↑ (1)

Mg(HCO3)2 → Mg(OH)2↓ + 2CO2↑ (2)

水中析出的难溶物质有可能形成水垢，也有可能形成水渣，这不仅决定于它的化学成份和结晶形态，而且还与析出时的条件有关。如在省煤器、给水管道中，水中析出的碳酸钙常结成坚硬的水垢；而在锅筒内，由于水处于剧烈的沸腾状态，此时析出的碳酸钙常常形成松软的水渣。同时，蒸汽锅炉一般都有汽包（直流锅炉除外），无论是自然循环还是强制循环蒸汽锅炉都有一个循环倍率，锅水在蒸发受热面内不断循环，给水带入锅内的杂质只有很少部分被蒸汽带走，大部分留在锅内；随着运行时间的增长，锅水内的杂质就会不断增多，锅水就会不断浓缩，碱度、非碳酸盐硬度及各种盐类的浓度就不断增高。碱度的增高会引起锅炉的苛性脆化；而锅筒内温度都比较高（对应压力下的饱和温度），随着水温的升高，某些钙、镁盐类在水中的溶解度下降，从而，非碳酸盐硬度及各种盐类离子的浓度积势必超过对应温度和压力下的溶度积，达到饱和状态，这些盐类就会从溶液中结晶出来并附着在受热面上，形成水垢。当然，锅内过程还包括其它复杂的化学反应。

所以，蒸汽锅炉一般都要维持一定的锅水水质。因此，一般都设有连续排污和定期排污装置。定期排污一般是从锅炉水循环系统的最低点（如水冷壁的下联箱处）排放部分锅水，主要是为了排除产生的水渣；连续排污连续地从汽包中排放锅水，使锅水各种盐类的浓度保持在一定的范围内，不至于结垢和产生苛性脆化。为了防止钙垢的产生及炉管的腐蚀，锅筒内一般还设有加药装置，如采取协调 PH-磷酸盐处理。

与蒸汽锅炉相反，热水供暖系统是靠循环水泵产生的压头来克服供暖系统的阻力，这同时也包括了热水锅炉的阻力；无论是自然循环还是强制循环（这里的循环概念和蒸汽锅炉的循环概念有区别）的热水锅炉都不存在水的汽化和浓缩问题，没有循环倍率的概念，也不存

在蒸汽锅炉中所谓的蒸发受热面的概念，这和蒸汽锅炉有着本质的不同。同时，由于在热水锅炉内流动的水的温度一般都不太高（低温热水锅炉的进水温度为70℃，出水温度为95℃；高温热水锅炉的进水温度为110℃，出水温度为 180℃)，此时，某些钙、镁盐类在水中的溶解度下降不是很多。因此，在热水锅炉内，非碳酸盐硬度、各种盐类离子积，一般不会超过其对应温度和压力下的溶度积，达到饱和状态，从而在受热面上沉积下来形成水垢或水渣，而是呈溶液状态。对于碳酸盐硬度，情形和蒸汽锅炉差不多，水只要稍一加热就会

形成难溶物质而析出。这些物质有的形成水垢，从而附着在热水锅炉的受热面上和热网管道及散热器上；有的形成松软的水渣，可以通过定期排污排掉。其中所发生的化学反应见式(1)、(2)。

因此，热水锅炉结垢的主要原因是由于碳酸盐硬度的受热分解，由易溶物质转变成难溶物质而析出；蒸汽锅炉结垢的主要原因除了碳酸盐硬度的影响外还有非碳酸盐硬度及其它盐类的影响。

２．结论

综上所述，对于热水锅炉的水处理只要控制碳酸盐硬度的指标就可以有效地防止热力系统的结垢。所以，笔者认为《低压锅炉水质标准》(GB-1576-96) 第 2.2 条中规定对于炉内化学水处理的热水锅炉其补给水的总硬度要小于 4 mmol/L ，对于炉外化学水处理的热水锅炉其总硬度要小于 0.6mmol/L是不恰切的，也是不科学的，这样规定太笼统，给热水锅炉水处理造成一种错误导向。笔者认为，这里应分别规定碳酸盐硬度和总硬度的指标，这才对热水锅炉的水处理具有正确的指导意义。对于热水锅炉水处理笔者推荐如下两个水处理流程：

图一：热网循环水及补充水处理流程一图二：热网循环水及补充水处理流程二

流程一中加酸的目的是为了使原水中的碳酸盐硬度转化为非碳酸盐硬度，从而达到防止热力系统结垢的目的，产生的二氧化碳气体通过除二氧化碳气体装置除掉。加酸的量根据碳酸盐硬度的量确定。其中所发生的化学反应式如下：

Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2↑ + 2H2O (3)

Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 + 2CO2↑ + 2H2O (4)

流程二中再生时用盐酸再生，弱酸性阳树脂可用弱酸丙烯酸型如D111号树脂，产生的二氧化碳气体也通过除二氧化碳气体装置除掉。选用弱酸树脂的原因是因为弱酸树脂对中性盐的交换能力很低，而对弱酸盐如碳酸盐、重碳酸盐具有极强的交换能力，工作交换容量很大，而且，再生时酸耗低。反应式如下：

运行时

2HR + Ca(HCO3)2 → CaR2 + 2H2O + 2CO2↑ (5)

2HR + Mg(HCO3)2 → MgR2 + 2H2O + 2CO2↑ (6)

再生时

CaR2 + 2HCl → 2HR + CaCl2 (7)

MgR2 + 2HCl → 2HR + MgCl2 (8)

上述两流程中原水的PH值均有所下降，可以通过加药提高。加药的目的和蒸汽锅炉差不多：一是使产生的钙垢转变成松软的水渣，通过定期排污排掉；二是调整热网循环水的PH值，防止系统的腐蚀。

经过流程一处理的水，水中的碳酸盐硬度都转化为非碳酸盐硬度；经过流程二处理的水，水中的碳酸盐硬度基本除掉，而非碳酸盐硬度基本没有变化。应该说，这两种水处理系统出水作为循环水和热网补给水是可以有效地防止热网的结垢和腐蚀的。当然，除了这两种方法外，还可以采用石灰处理以消除碳酸盐硬度，这里就不再叙述了。

对于补给水的除氧，有条件利用蒸汽的应尽量采用热力除氧，没有条件利用蒸汽的可以采用氧化还原树脂除氧。这种水处理方法同样适用于以蒸汽为热源通过热交换器生成热水的热水供暖系统的循环水及补给水的水处理。

参考文献:[1]. 水利电力出版社《热力发电厂水处理》 (修订本)

武汉水利电力学院电厂化学教研室编

[2]. 《低压锅炉水质标准》(GB-1576-96)

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