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1、锅炉用水概述,2013.1.12,第一节 概述,一、水、天然水及其杂质 （一）水：水在自然界以气、液、固等三种状态存在。水的密度在3.98时最大，为1103kg/m3，温度高于3.98时，水的密度随温度升高而减小 ，在03.98时，水不服从热胀冷缩的规律，密度随温度的升高而增加。水在0时，密度为0.99987103 kg/m3，冰在0时，密度为0.9167103 kg/m3 。水分子的三个原子形成104.5度角 。,水三相点O是水的固、液、汽三相平衡共存时的温度(图l1，其值为27316K (约001)。它是在一个密封的装有高纯度水(水的同位素成分相当于海水)的玻璃容器 水三相点瓶内复现的。水
2、三相点瓶是各级计量检定机构检定基、标准铂电阻温度计、标准水银温度计零位的固定点装置。因此，水三相点的正确复现、准确测量是1990年国际温标(ITs一90)实施的关键。水的临界点A：当流体的压力和温度达到一定的高度（临界点）时，流体会处于一种介乎于液态和气态的中间态，称为临界态 。水的临界点A：压力：2.23107Pa，温度为374热力学温度又称开尔文温度，或称绝对温度，符号为k。绝对零度时的温度定义为0k。冰水混合物的温度为摄氏0度，定义为273.15k。绝对零度（大约-273.15）是科学家们推导出来的；它代表著在此温度之下，物质分子不再具有任何能量来进行热运动，也就是一切的分子都会停止活动
3、。,地球上水的体积大约有 1.36109 立方公里. 当中 海洋占了的1.32109立方公里(占97.2%)。 冰川和冰盖占了2.5 107立方公里(占1.8%)。 地下水占了1.3 107立方公里(占0.9%)。 湖泊，内陆海，和河里的淡水占了2.5105 立方公里(占0.02%)。 大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了1.3104立方公里(或0.001%)。我国水资源总量为28124亿立方千米， 居世界第五位，但人均水资源量但人均只有2710立方千米，约为世界人均水资源量的四分之一，列世界第88位，被联合国农业组织列为世界13个缺水国家之一。,（二）天然水及其杂质一般将天然水体分为海洋水体
4、和陆地水体，其中陆地水体又可分为地表水体和地下水体。天然水中的杂质，按其颗粒的大小可分为三类，即悬浮物质、胶体物质和溶解物质。1悬浮物质 是指直径为110-4mm以上的颗粒。按其微粒大小和相对密度的不同，可分为漂浮的、悬浮的和可沉降的。悬浮物在水中很不稳定，分布也很不均匀，是一种比较容易除去的物质。主要危害：沉积于水处理系统中影响水处理系统的正常运行；沉积于锅炉中影响锅炉传热和水循环，严重的造成炉管的堵塞。常采用沉淀、过滤处理。,2胶体 胶体微粒是许多分子和离子的集合体，直径约在10-610-4mm之间，主要是铁、铝、硅的化合物、动植物有机体的分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。由于胶体物质的微
5、粒小，重量轻，单位体积所具有的表面积很大，故其表面具有较大的吸附能力，常常吸附着大量的离子而带电。同类胶体因带有同性的电荷而相互排斥，在水中不能相互粘合而处于稳定状态。所以，胶体颗粒不能通过自行沉降而去除，一般是在水中加入药剂破坏其稳定，使胶体颗粒增大而沉降予以去除。主要危害：吸附到水处理系统中影响水处理系统的正常运行；进入热力系统后在受热面上结成水垢；会使锅水起泡，形成汽水共腾现象。水处理中常采用吸附、混凝处理。3溶解物质 溶解物质是指直径小于10-6mm的颗粒，一般以离子、分子或气体状态存在于水中，成为均匀的分散体系，也称为溶液。,主要危害：进入热力系统中会造成系统结垢。这类物质不能用混凝
6、、沉降、过滤的方法除去，必须用蒸馏、膜分离或离子交换等方法才能除去 。天然水体中的 Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 等八种离子，几乎占水中溶解固形物总量的95% 以上。天然水按含盐量可分为：,按硬度来分 (1/2Me2+)长江水、太湖流域水：硬度在1.03.0mmol/L在工业锅炉水处理中，钙离子、镁离子、铁离子、溶解氧等是主要处理与控制的对象；,按硬度与碱度的相互关系分类：水中离子的假想结合水质图原则：（1）阳离子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的次序排列；（2）阴离子按HCO3-、SO42-、Cl-次序排列；（3）各离子所占空格的大小，按其一
7、价摩尔浓度决定。分类：碱性水：JD（碱度）YD（硬度）,非碱性水（负硬水） JDYD 钙硬水：,镁硬水：,碳酸氢根和碳酸根（HCO3-、CO32-）： HCO3- 是淡水的主要成分，它主要来源于碳酸盐矿物的溶解，其在水中的含量也与水中二氧化碳的含量有关。水中HCO3-、CO32-与CO2 共同组成了一个碳酸化合物的平衡体系。水中HCO3- 的含量与氢离子浓度 H+ 成反比。计算表明，当水的pH4.0时，HCO3- 的含量已很少了，即在酸性条件下不存在HCO3-。在一般的地表水中，HCO3- 的含量一般在（50400）mg/L之间，在少数水中达到800mg/L。水中CO32- 含量也与 H+ 成
8、反比，计算表明，当水的pH SO42-Cl- 。氯离子几乎存在于所有的天然水中，但其含量相差很大，在某些地表水中只有几个毫克每升，在海水中却高达几十克每升。由于氯化物的溶解度大，又不参与水中任何氧化还原反应，也不与其他阳离子生成络合物，不被矿物表面大量吸附，所以Cl- 在水中的化学行为最为简单。,天然水中溶解的气体都以分子状态存在的，常见的溶解气体有氧（O2），二氧化碳（CO2）和氮（N2），有时还有硫化氢（H2S），二氧化硫（SO2）和氨（NH3）等。气体在水中的溶解情况服从亨利定律的规定。亨利定律Henryslaw，物理化学的基本定律之一，是英国的W.亨利在1803年研究气体在液体中的溶解
9、度规律时发现的，可表述为：“在一定温度下，某种气体在溶液中的浓度与液面上该气体的平衡压力成正比。”这一定律对于稀溶液中挥发性溶质也同样有用。气体B在溶剂A中溶液的组成无论是由B的摩尔分数xB，质量摩尔浓度bB，浓度cB等表示时，均与气体溶质B的压力近似成正比。用公式表示时亨利定律可以有多种形式。如： PB=Kx,BxB PB=Kb,BbB PB=Kc,BcB,按亨利定律，气体在水溶液中的溶解度 ，与水溶液相接触的该种气体的分压 成正比，这一关系可表示为：式中：K为某种气体的亨利常数（mol/ L.MPa)； 为同一种气体的分压（MPa）。亨利常数k ，其值与温度、压力以及溶质和溶剂的本性有关。
10、温度不同，亨利系数不同，温度升高，挥发性溶质的挥发能力增强，亨利系数增大。换而言之，同样分压下温度升高，气体的溶解度减小。 天然水体中O2 的主要来源是大气中氧的溶解，一般情况下，地下水中的氧含量总是比地表水低，地表水中氧的含量一般在014mg/L之间。,25时某些气体的亨利定律常数几种常见气体在不同温度下的溶解度(mg/L),二、天然水的特性（一）江河水江河水是水圈中最为活跃的部分，其在时间和空间上都有很大差异，使得其化学组分具有多样性和易变性，如一条河流的化学组分在冬季和夏季可能有很大变化，在上游和下游也有很大差异。,（二）湖泊水、水库水由于湖泊的进水与出水交替缓慢，所以即使处于同一气候带
11、的湖水和河水，湖水中离子总量从数十毫克每升到上万毫克每升。 湖水按其离子总量分为淡水湖、咸水湖和盐湖。淡水湖的离子总量为小于l000mg/L，咸水湖的离子总量为1000mg/L25000mg/L，盐水湖的离子总量为大于25000mg/L。水库水系相对比较独立，主要为雨、雪汇聚而成，含盐量以及硬度都比较低。,（三）地下水埋藏在地表以下的所有天然水都称为地下水 。地下水与地表水相比，悬浮物含量很少，清澈透明，除含有主要离子HCO3-、SO42-、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+ 以外，还含有较多的Fe2+、Mn2+、NO3-、NO2-、H+、As3+ 等。 （四）再生水再生水是指对污水处理厂出水
12、、工业排水、生活污水等非传统水源进行回收，经适当处理后达到一定水质标准，并在一定范围内重复利用的水资源。再生水经过处理后达到锅炉用水标准后可用于锅炉原水。,三、锅炉用水汽及其名称锅炉是一种产生蒸汽和热水的换热设备。符合锅炉给水要求的水质应能保证锅炉安全、经济、可靠、稳定运行以及产出合格蒸汽或热水。水质不良会导致锅炉结垢、损坏。现代锅炉的运行经验表明，很多问题直接与水、汽系统内的沉积物和腐蚀有关。（一）原水原水也称生水，是指未经任何净化处理的天然水或城市自来水。原水是锅炉补给水的主要水源。（二）锅炉补给水原水经过处理后，用来补充锅炉排污和汽水损耗的水。根据处理工艺的不同，锅炉补给水可分为澄清水、
13、软化水和除盐水等。,（1） 澄清水： 去除了原水中悬浮杂质的水。（2） 软化水： 去除了原水中钙镁离子的水。（3） 除盐水： 去除了原水中盐类离子的水。（三）凝结水 主要指火电厂锅炉产生的蒸汽在汽轮机做完功的乏汽进入凝汽器之后，经冷却水冷凝成的水，或生产过程中采用间接加热方式，使蒸汽冷凝的水。（四）回水 锅炉产生的蒸汽、热水，做功后或热交换后返回到给水中的水。（五）疏水 锅炉过热器，在启动或停炉时。由冷态到热态或热态到冷态时蒸汽会在过热器集箱凝结成的水。（六）锅炉给水锅炉给水是指直接送进锅炉的水，由凝结水、疏水、回水和补给水组成。,（七）锅水锅炉运行时，存在于锅炉中并吸收热量产生蒸汽或热水的水
14、。（八）排污水为了保证锅水在一定浓度范围内，防止锅炉结垢和改善蒸汽质量，需从锅中排放掉一部分锅水，以排走由给水带入的盐分和锅内的沉渣，这部分排出的锅水称为排污水。（九）减温水调节过热器出口蒸汽在允许范围内，以保证过热器管壁温度不超过允许的工作温度，而用来减温的水。 （十） 冷却水是锅炉在运行中需要将蒸汽冷却而采用的水，通过凝汽器进行间接冷却，一般为原水或经过澄清的水。,（十一）饱和蒸汽是指饱和状态下的蒸汽，即水在一定压力下，加热至沸腾汽化，这时蒸汽的温度也就等于饱和温度。这种状态的蒸汽称为饱和蒸汽。这是由气体分子之间的热运动现象造成的。（十二）过热蒸汽如果把饱和蒸汽继续进行加热，其温度将会升高
15、，并超过该压力下的饱和温度。这种超过饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。（十三）再热蒸汽再热蒸汽是指在汽轮机中做了一部分功又送回锅炉再加热的蒸汽。,四、水质不良对锅炉的危害如果锅炉给水中含有不良杂质，就会产生结垢、腐蚀、积盐和汽水共腾等现象而使锅炉发生危害，从而降低锅炉的传热系数和设备强度，浪费燃料，缩短使用年限，严重时甚至会引起锅炉爆炸事故。 （一）水垢和水渣的形成与危害1水垢和水渣的形成：锅炉运行一定时间以后，在受热面上粘附一层坚硬的附着物，称为水垢。其形成原因：（1）锅炉给水中钙、镁的重碳酸盐类在高温下转化成碳酸盐垢；（2）钙镁离子的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等的溶解度随水温升高而下降，导致水垢的析
16、出；（3）铁、铜氧化物等腐蚀产物也容易在高温受热面形成水垢。,（4）水中的悬浮物、胶体和有机物等附着在受热面时，长期高温也会形成水垢。锅水中析出的固体物质悬浮在锅水表面或沉积在锅炉汽包和下联箱等水流缓慢处，形成的松软物质称为水渣。水渣可通过排污除去，但若排污不及时，水渣粘附在受热面上，经高温作用后也可转变为水垢 。2水垢和水渣的危害 锅炉受热面结生水垢后易造成：（1）降低热效率，浪费燃料，不符合节能减排要求；（2）影响锅炉水循环 受热面管子结垢后使有效流通截面减小，管内水循环的流动阻力增加，严重时流通截面甚至完全堵塞； （4）造成锅炉金属过热，引起鼓包或爆管；（5）锅炉结生水垢后会引起垢下金属的碱性腐蚀或酸性腐蚀，缩短锅炉使用寿命，增加检修清洗费用。（6）水渣过多影响蒸汽质量，并促使汽水共腾，还会引进堵管，水渣也会转为水垢；（7）水垢、水渣过多还会影响锅炉出力。,
