给水中杂质进入锅炉后 , 随着水温不断地升高或蒸发浓缩在锅内受热面水侧金属

表面上生成的固体附着物称为水垢。

一、水垢的形成

1. 受热分解

含有暂时硬度的水进入锅炉后 , 在加热过程中 , 一些钙镁盐类受热分解 , 从溶

于水的物质转变成难溶于水的物质 , 附 着于锅炉金属表面上结为水垢 , 钙和镁

盐类分解如下 :

ca(HC03)2 →CaC03 ↓ +H2O+C02↑

Mg(HCO)2→MgC03+H2O+C02↑

MgC03+H2O → Mg(OH)2↓+c02↑

2. 某些盐类超过了其溶解度 由于锅水的不断蒸发和浓缩 , 水中的溶解盐类含量

不断增加 , 当某些盐类达到过饱和时 , 盐类在蒸发面上析出固相 ,结生水垢。

3. 溶解度下降

随着锅水温度的升高 , 锅水中某些盐类溶解度下降 , 如CaS04 和 CaSi03 等盐

类。

4. 相互反应 给水中原溶解度较大的盐类和锅水中其他盐类、碱反应 后 , 生成

难溶于水的化合物 , 从而结生水垢。一些盐和碱相 互反应如下 :/ Ca(HC03)

2+2NaOH=CaC03 ↓ +N4C03+H20

CaCl2+Na2C03=CaC03↓+2NaCl

5. 水渣转化

当锅内水渣过多时 , 而且又粘 , 如 Mg (OH)2 和 Mg3(P04)2 等 , 如果排污不

及时 , 很容易由泥渣转化为水垢。

二、水垢的分类

1. 碳酸盐水垢 :是以钙簇的碳酸盐为主要成分的水垢 , 包括氢氧化缕 , 其中

CaC03>50 × 10-2.

硫酸盐水垢 : 是以硫酸钙为主要成分的水垢 , 其中CaS04>50 × 10-2 。

3. 硅酸盐水垢 : 当水垢中的 Si02>20 × 10-2 时 , 属于这类水垢。

4. 混合水垢 : 这种水垢有两种组成形式 : 一种是钙簇的 碳酸盐、硫酸盐、硅

酸盐以及氧化铁等组成的混合物 , 难以 分出哪一种是主要成分 ; 另一种是各种

水垢以夹层的形式组 成为一体 , 所以也很难指出哪一种成分是主要的。表 7-9

给出 了各种水垢的定性鉴别方法。

三、水垢的危害 水垢的导热性一般都很差。不同的水垢因其化学组成不同 , 内

部孔隙不同 , 水垢内各层次结构不同等原因 , 导热性 也各不相同。各种水垢的

导热系数如表 7-10 所示。水垢的导 热系数大约仅为钢材板的导热系数的 1 ×

10-1~1 × 10-2 。这 就是说假设有 0.lmm 厚的水垢附着在金属壁上 , 其热阻

相当 于加厚了几毫米到几十毫米。水垢的导热系数很低是水垢危 害大的主要原

因。

水垢的危害可归纳如下 :

1. 浪费燃料、降低锅炉热效率

因为水垢的导热系数比钢材的导热系数小数十倍到数百 倍。因此锅炉结有水垢时

, 使锅炉受热面的传热性能变差 , 燃 料燃烧所放出的热量不能有效地传递到锅

炉水中 , 大量的热 量被烟气带走 , 造成排烟温度升高 , 排烟热损失增加 , 锅

炉 的热效率降低。在这种情况下 , 为保证锅炉的参数 , 就必须 更多投加燃料

, 提高炉膛的温度和烟气温度 , 因此造成燃料浪费。有人估算 , 锅炉受热面上

结有 1mm 厚的水垢 , 浪费燃 料约 3%~5% 。

2. 影响锅炉安全运行

锅炉水垢常常生成在热负荷很高的锅炉受热面上。因水垢导热性能很差 , 导

致金属管壁局部温度大大升高。当温度 超过了金属所能承受的允许温度时 , 金

属因过热而蠕变 , 强 度降低 , 在锅炉工作压力下 , 金属会发生鼓包、穿孔和

破裂、影响锅炉安全运行。

3. 水垢能导致垢下金属腐蚀

锅炉受热面内有水垢附着的条件下 , 从水垢的孔、缝隙渗入的锅水 , 在沉

积的水垢层与锅炉受热面之间急剧蒸发。在 水垢层下 , 锅水可被浓缩到很高浓

度。其中有些物质在高温高浓度的条件下会对锅炉受热面产生严重腐蚀 , 如

NaOH 等。结垢、腐蚀过程相互促进 , 会很快导致金属受热面的损坏 , 以致使锅

炉发生爆管事故。

4. 降低锅炉出力

锅炉结垢后 , 由于传热性变差 , 要达到锅炉额定蒸发量或额定产热量 , 就

需要多消耗燃料。但随着结垢厚度的增加 , 以及炉膛容积的炉排面积是一定的 ,

燃料消耗受到限制 , 因 此锅炉的出力就会降低。

5. 结垢会降低锅炉使用寿命

锅炉受热面上的水垢 , 必须彻底清除才能保证锅炉安全经济运行。无论人工、机

械、还是采用化学药品除垢都会影响锅炉的使用寿命。

四、水垢的清除

1. 人工除垢

这种方法要*人工锤、刮、铲筹清除水垢 , 最后冲洗排尽。此方法除垢效率低、

劳动强度大 , 随着化学清洗技术的 提高 , 目前很少使用。

2. 机械除垢

依*专门的清洗工具 , 如带有电机、钢丝软带的电动洗管器。清除水垢的物

理过程是 : 当转轴上的镜刀因电动机驱 动 , 与软轴一起转动时 , 镜刀和水垢

接触 , 镜刀不仅跟软轴 转 , 同时也沿管壁移动 , 将水垢研碎研细、剥落。直

径为 35 ~100mm 的管内水垢 , 均可清除。电动洗管器规格型号见表7-11 。

3. 化学除垢

化学除垢分碱洗法和酸洗法两种。 碱洗法就是将不同品种、不同浓度的碱液注入

锅炉 , 然 后在一定的压力下进行煮炉 , 一般煮 48h 或更长一点时间 , 从而达

到碱洗的目的。

酸洗除垢时 , 酸不仅能清除锅炉受热面上的水垢 , 同时 也能与金属反应 , 从

而使锅炉遭到腐蚀或穿孔。因此酸洗的 技术要求比较高 , 不经批准一般单位和

个人不准从事酸洗除垢业务。锅炉酸洗除垢时 , 必须请具有相应酸洗级别的酸洗

单位来进行。此酸洗单位必须持有锅炉压力容器安全监察部 门颁发的化学清洗许

可证。

锅外水处理

锅外水处理常用离子交换法。在离子交换过程中 , 交换 与被交换的离子均为阳

离子 , 这种只进行阳离子交换的方法 称为阳离子交换法。树脂参加交换反应中

的阳离子是钠离子 (Na+) 时 , 则此树脂为钠型阳离子交换树脂。当此树脂与水

中钙、镁离子进行交换时 , 树脂上的钠离子 (Na+) 全部进入 软化水中 , 这种

用钠离子取代水中钙、筷的过程我们称之为钠离子软化交换法。

一、钠离子交换的原理

当含有钙、筷离子的生水 , 流经离子交换器中的钠离子 交换剂层时 , 水中的钙

、镇离子被交换剂中的钠离子所置换 , 从而将在锅炉中可能形成水垢的钙、镁盐

类 , 转变为易溶性钠盐 , 而使水得以软化。用反应方程式表示如下 :

ca2++2NaR=CaR2+2Na+

Mg2++2NaR=MgR2+2Na+.

式中: NaR 一一代表锅离子交换剂 ;

Na+ 一一代表交换剂中的交换离子 ;

R 一一表示交换离子以外的母体部分 , 它并不参加反应。

二、钠离子交换的特点

1. 生水硬度大大降低或基本消除。

2. 碱度保持不变。

经钠型离子交换树脂软化后的水质 , 由于碳酸盐硬度等 量地转变成了碳酸氢钠

, 所以软化水中碱度与进水中的碱度 相等。

3. 软化水中含盐量略有增加 经钠型离子交换树脂软化后的水质 , 由于原水中的

阴离子 , 即水中的氯离子 (Cl- ), 硫酸根 (S042- 一 ) 、碳酸氢根 (HCO3-)

和硅酸根 (Si032-) 等并不改变 , 如果水中的其他重 金属阳离子忽略不计时 ,

只是钙、镁盐类等量地转变成了不 生成水垢的锅盐。钠离子的摩尔质量为

23g/mo1, 以 1/2Ca2+ 为基本单元的摩尔质量为 20.04g/mol 、以 1/2Mg2+ 为基

本单 元的摩尔质量为 12.16g/mo1, 因此 , 使软化后的水质 , 其含盐量要比其

原水含盐量为高。

三、再生过程

在铺离子交换过程中 , 当软水中出现了硬度 , 而且超过 了标准时 , 则证明钠

型离子交换树脂已经失效。为了恢复其 再交换的能力 , 就需要对此树脂进行再

生。

在再生过程中 , 就是使含有大量锅离子的氯化钠 (NaCl) 溶液 , 通过失效的树

脂层 , 从而将离子交换树脂中的 钙、钱离子排到溶液中去 , 钠离子则被树脂所

吸附 , 使树脂 重新又恢复了交换能力。

钠型离子交换树脂的再生过程 , 可以下列反应式表示 :

CaR2 十 2NaC1=2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2

四、钠离子交换器的运行 钠离子交换器的运行一般分为四个步骤 ( 从交换

器失效 算起〉 : 反洗、再生、正洗和交换 ( 即运行〉 ; 这四步组成一

个运行循环 , 通常称为一个周期 , 现分述如下 :
1. 反洗

当交换器出水硬度超过规定水质标准 , 即为失效。失效 后停止软化 , 先用一定

压力的水自下而上对树脂层进行短时 间的强烈反洗。反洗的目的是 :

(1) 松动交换剂层 , 为再生打下良好基础 在交换过程中 , 由于水自上而下地通

过交换剂层 , 使交 换剂层被压实 , 再生时就会造成交换剂与再生液接触不充分

。 所以再生前要反洗 , 使交换剂层得到充分松动 , 为再生打下良好基础。

(2) 冲掉交换剂表层中截留的悬浮物、碎粒和气泡在交换过程中 , 交换剂表层也

起着过滤作用 , 水中的悬浮物被截留在表层上 , 致使压力增大 , 还会使交换剂

污染结 块 , 从而使交换容量下降 ; 另外 , 交换剂碎粒也影响水流通 过。反洗

时可以冲掉这些悬浮物和碎粒 , 还可以排除交换剂层中的气泡。

最佳反洗强度 , 通过试验求得。一般反洗流速可控制在 11~ 18m/h 。反洗须至

出水澄清为止。反洗时间约为 10~15min 。在正常情况下 , 每立方米交换剂反洗

水量约 2.5~3m3 。

2. 再生

再生的目的是使失效的交换剂重新恢复交换能力。它是交换器运行操作中很重要

的一环。再生时采用动态再生 , 而 不用静态再生。即再生时不要放掉交换器内

的水 , 然后在开 始进再生液 ( 盐液浓度以 6~10 × 10-2 为宜〉的同时打开排

水阀门 , 边进再生液边排水。应严格控制排水阀门开度 , 使再 - 生液流速控制

在 3~5m/h, 并确保全部交换剂层都浸泡在再 生液里面。再生时间应不少于

40min 。

3. 正洗

正洗的目的就是清除交换器中残留的再生剂和再生产物(CaCL 、 MgCl2) 。

正洗初期实际上是再生的继续 , 流速不要 太大 , 可掌握在 3~5m/hp 当正洗出

水基本不咸时 , 可将流 速加大到 10~15m/h; 正洗后期应经常取样化验出水硬度

, 当出水硬度达到标准时 , 且氯化物不超过原水氯根 50~ 100mg/L 时 , 即可投

人交换运行。

4. 交换运行

正洗结束后 , 钠离子交换器即可投入运行。交换剂在交换器中的工作情况具

有层状的特性。当水进入交换器时 , 首 先发生的交换过程是在交换剂的上层 ,

此时交换剂的下层实际上是没有 什么变化的 , 因为水通过上面时各反 应物质已

达平衡。但当开始运行后 , 最上层很快就失效了 , 因此以后交换作 用在此失效

层以下的交换剂中运行。

在钠离子交换软化过程中交换剂 层分为三层 , 如图 7-1 所示。

第一层为失效层 , 第二层为工作 层 , 第三层为没参加工作的交换剂层 ,

又称保护层。在交换软化中 , 第一层渐 渐加大 , 第二层渐渐向下移动 , 而第

三 层逐渐缩小 , 直等到第二层的下边缘 移到和交换剂层的下边缘重合时 , 若

再继续交换 , 出水的硬度就开始增加了 , 也就是说交换器已 开始失效。

五、锅离子交换器的有关计算

1. 交换剂的工作交换容量可按下式计算 :

E=Q(YD-YDc)/V

式中 :E 一一交换剂工作交换容量 ,mol/m3;

Q 一一交换器周期出水量 ,m3;

YD 一一原水的硬度 ,IIIEnol/L；

YDe-- 软化水平均残留硬度 ,mmol/L；

V 一一交换剂体积 ,m3 。

例 [7-2] 某厂一台交换器内 001 × 7 树脂为 1m3, 经化验

YD=2.52mmol/L,YDc=0.02mmol/L, 周期出水量为 400m3, 求此周期交换剂的工作

交换容量为多少 ?

E=Q(YD-YDc)/v=400(2.52- 0.02)/1

=1000mol/m3

答 : 此周期 001 × 7 树脂工作交换容量为 1000mol/m3 。

2. 再生一次用盐量的计算 再生一次用盐量可按下式计算 :

m=EVb/1000a

式中: m 一一再生一次用盐量 ,kg;

b 一一交换剂的盐耗 ,g/mol;

α一一食盐纯度 ,10-2.

例 [7-3] 某厂一台交换器内装 001 × 7 树脂为 0.3m3,其工作交换容量

为 100O mol/rd, 再生时盐耗为 120g/m01, 使用食盐纯度为 95 × 1OF2, 求再

生一次用盐量 ?

m=EVb/1000a=1000 × 0.3 × 120/0.95 × 1000≈37.6kg

答 : 再生一次用盐量为 37.6kg 。

3. 盐耗的计算

根据上两个公式 , 可导出盐耗计算公式为 :

b=ma/ Q(YD-YDc)× 103g/mol

例 [7-4] 某厂一台交换器内装 001 × 7 树脂为 1m3, 周 期出水量为 500m3,

经化验 :YD=2.02mmol/L,YDc= 0.02mmol/L, 食盐纯度为 95 × 10-2, 再生一次

用盐量为 140kg , 求盐耗为多少 ?

b= ma/ Q(YD-YDc)× 103=140×95/100/500(2.02-0.02) × 103

=133g/mol

答 : 盐耗为 133g/mmol 。

六、全自动锅外水处理设备

80 年代以来国内外全自动软水器开始研制和推广使用 , 全自动离子交换软水器

, 在技术理论上并未有新的突破 , 其 交换和再生的原理及再生步骤与同类型手

动 ( 顺流、逆流、浮 床等 ) 普通铺离子交换器基本相同 , 只是体积变小了 ,

在终 点控制上做了一些改进 , 国内手动水处理设备的软化终点是 通过化验监测

出水硬度或由硬度超标报警信号来实现的。而 美国、日本进口软水器终点控制是

采取流量或时间进行控制 .

1. 进口或引进国外技术的全自动离子交换软水器这类软水器一般都由控制器、交

换柱和盐水罐组成 , 其中交换柱和盐水罐的构造基本上都相似 , 而控制器则因

其品 牌和种类不同而构造各异 , 且软水器的性能主要取决于控制 器的特性。常

用的全自动软水器按控制器对运行终点及再生的控制不同 , 又分为时间控制型 (

简称时间型 ) 和流量控制 型 ( 简称流量型 ) 两大类。由于控制器的品牌和种

类繁多 , 设 定操作的方法也各有不同 , 使用前应详细查看软水器的使用 说明

书 , 下面仅以典型的控制器为例 , 作简要介绍。

(1) 时间型全自动软水器

时间型自控系统是采用时间电机控制全部工作程序 , 当预先设定的制水时间

终止时立即投入再生 , 并自动如期完成 反洗、进盐 ( 置换 ) 冲洗、制水、备

盐等流程后又自动转入制水。

时间型软水器一般是由单机单柱、顺流再生的。它根据 交换柱内树脂所能除去的

硬度总量设定运行时间、定时进行自动再生、也可以根据需要随时进行手动再生

。由于时间型软水器是按日期再生 , 且在再生期间不产软水 , 因此较适用 于用

水量较稳定 , 并间歇运行的锅炉。时间型软水器的控制 器一般装在交换柱的上

部 , 其面板部分通常由定时器钮 ( 或 时间控制钮 ) 、日期轮和操作指针钮 (

或手动再生钮 ) 等组成。 如图 7-2 所示。

(1 〉再生时间的设定

通常时间型控制器在出厂时已将自动再生的时间固定在凌晨 2 时 30 分 ,

即当时间箭头转到 2.5AM 处时就开始再生 .

( 因为这时锅炉一般都暂停运行〉。当然也可根据需要 , 自行 设定时间 , 使再

生提前或推迟进行。另外 , 停电时定时器钮 将停止走动 , 故停电后必须重新校

正定时器钮的时间。 AUTOTROL 控制器的时间校正方法为 : 把定时器钮拉出 (

使 齿轮脱开 ) 并转动 , 将时间箭头指向欲定的时刻 , 然后松手 , 使定时器钮

的齿轮啃合。 HECK 控制器则是压下时间控 制按钮 , 使其松开与时间盘的啃合

, 转动时间盘使时间箭头 对准欲定的时刻 , 然后松开按钮 , 恢复与时间盘的啃

合。

例如 , 在上午 10 点校正时间 , 如果不想改变再生时间 , 就把时间箭头指向当

前时间 , 即 1OAM 处 ; 如要推迟 2h 再生 , 可把定时器往前移 2h, 即把时间

箭头指向上午 8 点 (8AM) 处 , 这样再生就将在凌晨 4 点 30 分进行 ; 若欲提

前 3h 再生 , 则把时间箭头指向下午 1 点 (1PM) 处 , 那么半夜 11 点 30 分

就会再生。

(2) 再生日期的设定 应根据交换器内树脂的填装量、工作交换容量、原水的硬度

、软水的每日用量等因素确定 , 可按下式估算 :

再生后可运行天数 = VRE/ YDQdT ( 再生日期取其整数 )

式中: Vr 一一交换柱内树脂的填装体积 ,m3;

E 一一树脂的工作交换容量 ,mol/m3 。一般树脂可按1000~120O mol/m3

计算 ;

YD 一一给水总硬度 ,mmol/L;

Qd 一一交换器单位时间产水量 , 或锅炉进水量 ( 也可近似按蒸发量算

)t/h;

T 一一交换器或锅炉日运行时间 ,h/天。

例 [7-5] 一台 KZL2-8 蒸汽锅炉 , 自动软水器内装0.3m3001 × 7 树脂 ,

锅炉每天实际运行 12h, 如原水硬度为 5.0mol/L, 该交换器应设定几日再生一次

?

解 :

再生后可运行天数 (d)=0.3×1000/5.0×2×12=2.5天

为了确保锅炉

[1] [2] 下一页