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1、 . 第十一章 锅内加药处理 锅炉水处理的方法有很多，其中加药水处理就是针对水垢形成的原因和过程，采用向水中投加药剂的方法，把能形成水垢的物质，转变为可用排污方法排掉的泥渣，以防止或减缓水垢的形成，同时对防止锅炉金属腐蚀也有一定意义。工业锅炉加药处理分单纯采用锅内加药处理和锅外处理后的加药调节处理两种情况； 对于补给水采用除盐处理的电站锅炉， 协调pH-磷酸盐处理是一种既严格又合理的锅内水质调节方法。第一节 工业锅炉的单纯锅内加药处理 工业锅炉的单纯锅内加药水处理一般是指：在含有硬度的给水中加入合适的防垢剂，使之在锅内与水中硬度物质发生化学或物理化学作用，生成松散而又有流动性的水渣通过锅炉排污
2、除去，或者生成非沉淀性螯合物，并阻止水垢的结晶生长，从而达到防止或减缓锅炉结垢和腐蚀的目的。一、锅内加药处理的适用范围及作用特点（一）适用范围 根据GB15762008工业锅炉水质标准规定：额定蒸发量小于或等于4t/h，且额定蒸汽压力小于或等于1.3MPa的自然循环蒸汽锅炉、对水汽质量无特殊要求的汽水两用锅炉、额定功率小于或等于4.2MW非管架式承压的热水锅炉和常压热水锅炉，均可采用单纯锅内加药水处理。 应当注意的是，一些结构特殊的锅炉，即使其水容量较小，也不宜采用单纯的锅内加药处理，例如贯流式和直流盘管式锅炉，应采用给水软化处理再加上适当的加药调节处理。（二）加药作用 通过在锅内加药的方式有
3、效地控制锅水中的离子平衡，抑制晶体沉淀物的生长与粘结，使之形成流动性的泥渣而排除，从而防止或缓减水垢的形成。其作用可归结如下：1、通过加药，使锅水维持碱性工况（有足够的CO32-和OH-）或磷酸根工况（有足够的PO43-和OH-）,阻止钙、镁离子生成CaCO3、CaSO4、CaSiO3等硬垢，而形成钙、镁盐的流动性泥渣。2、向锅水中补加促使泥渣形成的结晶中心。3、使经药剂作用后形成之沉淀与锅炉金属表面带相同电荷，或在锅炉金属表面形成电中性的隔离层，从而使析出之沉淀不会粘结到锅壁上形成水垢。（三）使用特点锅内加药水处理的优点是：设备简单，投资少；操作方便，易管理。如使用得当，可达到较好的防垢效果
4、。另外，锅内加药处理法相对于锅外离子交换法而言，可节约大量用水，减少对环境的污染。 锅内加药处理的缺点是：锅炉排污控制要求较严格，排污量和热损失相对较大；且影响防垢效果的因素较多，一般不易达到锅炉无垢运行，因此单纯的锅内加药处理通常只适用于小型工业锅炉。二、锅内加药处理的常用药剂类型及其性能（一）加药处理常用药剂的类型 根据水处理目的的不同，锅内加药处理的药剂主要有防垢剂和降碱剂二大类，其次还有缓蚀剂、消沫剂、防油垢剂等类型，在进行锅内加药处理时，可根据锅炉类型、给水水质、运行要求等配置成复合型药剂使用。1、防垢剂 防垢剂主要是与给水中硬度成分发生化学反应，使硬度成分转变成不易在受热面上粘附的
5、水渣的药剂。如烧碱（NaOH）、纯碱(NaCO3)、磷酸盐、有机羧酸盐、有机聚膦酸盐等。2、降碱剂 主要是用来降低给水或锅水中的碱度，以降低锅水排污率，防止汽水共腾和苛性脆化的药剂。如磷酸、草酸、磷酸二氢钠、硫酸铵等。3、缓蚀剂 主要用来防止锅炉金属（水侧）的腐蚀。缓蚀剂主要有亚硫酸钠、亚硝酸钠，有机除氧药剂等。过去常用的联胺、重铬酸钠等，因为毒性很大，近年已很少采用。4、消沫剂 主要是用来防止由于锅水浓度过高而发生的起沫或汽水共腾，以提高蒸汽质量。消沫剂主要有酰胺类消沫剂和聚酯型消沫剂。5、防油垢剂 主要是用来吸附锅水中的油脂，以防止难以清除的含油水垢的结生。防油垢剂主要有活性炭、胶体石墨、
6、木炭粉等。（二）几种常用的锅内加药处理药剂的性能和作用 1、氢氧化钠（NaOH） 氢氧化钠俗称烧碱、火碱、苛性钠，是一种白色固体，吸水性很强，极易溶于水而放出大量的热量，有强烈的腐蚀性，是一种强碱。氢氧化钠的主要作用如下：（1）能有效的消除给水中的硬度 ：Ca(HCO3)22NaOHCaCO3Na2CO32H2OMg(HCO3)24NaOHMg(OH)22Na2CO32H2OCaCl22NaOHCa (OH)22NaClMgSO42NaOHMg(OH)2Na2SO4 从上述反应可知，只有非碳酸盐硬度才消耗碱剂，而碳酸盐硬度与氢氧化钠反应后，除了生成CaCO3、Mg(OH)2沉淀，还同时生成了等
7、物质量的Na2CO3，它在锅炉的高温、高压下又会部分水解成氢氧化钠。（2）能防止一些结垢物质在金属受热面上结生水垢 锅水中存在大量CaCO3晶粒，如果同时存在大量的氢氧根离子（OH-）时，它能吸附在带正电荷的CaCO3晶粒周围，不仅可阻止CaCO3晶粒间互相合并长大，同时还可以阻止带负电荷的CaCO3晶粒向带有同性电荷的锅炉金属表面附着，从而防止CaCO3水垢的结生。（3）保持锅水的碱度，防止锅炉腐蚀 当锅水中OH-保持一定的浓度时（pH9.5 pH11.5）,锅炉金属表面生成的保护膜就比较稳定，从而可以阻止氧对锅炉金属的腐蚀。2、碳酸钠（Na2CO3） 碳酸钠俗称纯碱，为白色粉状固体，易溶于
8、水，其水溶液呈碱性。碳酸钠的主要作用为：（1）能与水中的非碳酸盐硬度反应：CaCl2Na2CO3CaCO32NaClCaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4MgCl2Na2CO3MgCO32NaClMgSO4Na2CO3MgCO3Na2SO4 其中MgCO3又会水解成溶解度更小的Mg(OH)2沉淀：MgCO3H2OMg(OH)2CO2（2）在锅水中会部分水解成NaOH，因此具有氢氧化钠的作用。其水解反应为： Na2CO3H2O2NaOHCO2由于碳酸钠的水解率将随着锅炉压力的增高而增大，碳酸钠水解后生成的CO2将随着锅水的蒸发而进入蒸汽系统，当碳酸钠水解率较大时，大量的CO2易引起热网管线
9、和用汽设备的腐蚀，尤其当锅炉给水未除氧或除氧效果不好时，氧和二氧化碳的共同作用将使腐蚀更为严重。因此，碳酸钠只适用于压力较低的工业锅炉单纯锅内加药处理，而不宜用作软化处理后的调节处理，也不宜用作中、高压锅炉的锅内加药处理。3、磷酸三钠（Na3PO412H2O） 磷酸三钠为白色晶体，在干燥的空气中能风化，加热至100以上时，就会失去结晶水而成为无水物，溶于水，其水溶液呈碱性。 磷酸三钠不仅是非常有效的阻垢剂，而且能在金属表面形成钝化保护膜，加上磷酸盐的水解不受温度、压力的影响，因此也常作为各种压力的汽包锅炉的锅内加药处理的药剂。Na3PO4的主要作用是：（1）能与水中的硬度物质反应，生成水渣。其
10、化学反应式为：3CaCl22Na3PO4Ca3(PO4)26NaCl3CaSO42Na3PO4Ca3(PO4)23Na2SO43MgCl22Na3PO4Mg3(PO4)26NaCl3MgSO42Na3PO4Mg3(PO4)23Na2SO4 在沸腾的锅水中，当pH达到10左右时，磷酸根离子还能与钙离子生成流动性很强且非常松软的碱式磷酸钙水渣，它易随锅炉排污除去，而不会粘附在锅内变成水垢。其反应式为：10Ca2+6PO43-2OH-Ca10(OH) 2 (PO4)6 由于碱式磷酸钙是一种溶度积极小（其KSP1.610-58）的难溶化合物，所以只要锅水中保持一定量的过剩PO43-，就能使锅水中的Ca
11、2+含量非常小，以至它与锅水中的SO42-或SiO32-的浓度之积不会达到CaSO4或CaSiO3的溶度积，这样就可避免锅炉受热面上结生难以清除的硫酸盐和硅酸盐水垢。（2）增加水渣的流动性 由于磷酸三钠与钙镁盐类反应后生成的磷酸钙和磷酸镁是具有高度分散力的胶体颗粒，在锅水中能作为结晶晶核，使CaCO3和Mg(OH)2在其周围析出，形成流动性较强的水渣，从而不易粘附在金属面上。 在磷酸盐水渣中，磷酸镁的粘性较大，有时会在水流滞缓的部位因排污不及时而转化成二次水垢。但当锅水中含有Na2SiO3时，则能生成流动性较强的蛇纹石水渣（3MgO2SiO22H2O），其反应式如下：Mg3(PO4)22Na2
12、SiO32NaOHH2O3MgO2SiO22H2O2Na3PO4（3）能使已结生的硫酸钙和碳酸钙等老水垢疏松而脱落 如果锅水保持一定的pH和PO43-浓度，那么已结生的硫酸钙、碳酸钙或硅酸钙水垢就可能因转化成溶度积极小的碱式磷酸钙而疏松脱落。（4）在金属表面上形成磷酸铁保护膜，防止锅炉金属的腐蚀。4、磷酸氢二钠（Na2HPO4）和磷酸二氢钠（NaH2PO4） 其作用与磷酸三钠相似，但由于它们的水溶液分别接近中性或偏酸性，因此它们能起到降低锅水碱度的作用。故当给水中钠钾碱度较高时，宜采用磷酸氢二钠或磷酸二氢钠来代替磷酸三钠，其化学反应式如下：Na2HPO4NaHCO3Na3PO4H2OCO2Na
13、H2PO42NaHCO3Na3PO42H2O2CO2 5、六偏磷酸钠(NaPO3) 6 六偏磷酸钠俗称磷酸钠玻璃，是磷酸钠聚合体的一种，干燥时呈玻璃状固体，质地坚硬；有较强的吸湿性，潮解后变粘。六偏磷酸钠在水中的溶解度很大，其水溶液具有弱酸性，水解后生成磷酸二氢钠。它的主要作用是：（1）防止给水系统产生水垢 六偏磷酸钠能与水中的钙镁离子形成较为稳定的络合离子，即Ca2(PO3) 62-和Mg 2(PO3) 62-，而且即使水中存在较多的阴离子，也不会破坏络离子而产生钙镁沉淀物。这样，就可以保证在给水正常温度下，防止给水系统因产生水垢而堵塞，尤其是可以消除由于给水硬度大而引起的注水器堵塞的故障。
14、 （2）代替磷酸钠的作用 六偏磷酸钠在酸性或碱性溶液中都能水解为磷酸二氢钠：(NaPO3) 66H2O6NaH2PO4在锅水中遇到氢氧化钠时，能生成磷酸三钠，故可起到磷酸三钠的作用。 (NaPO3) 612NaOH6Na3PO46H2O 然而也正由于这个原因，在配制防垢剂时，应注意避免将六偏磷酸钠与氢氧化钠直接混合。6、栲胶 栲胶又称为血料，主要成分为丹宁（约占60%），是红棕色非晶形粉末。栲胶的主要作用是：（1）络合、凝聚作用 栲胶中的丹宁能与水中的钙、镁离子生成络合物，因此可阻止硬度物质产生沉淀。同时由于丹宁的凝聚作用，可使已析出的碳酸钙等沉淀晶粒凝聚成絮状的水渣，易随锅炉排污而除去，防止
15、水垢的生成。（2）生成电中性绝缘层的作用 丹宁能在锅炉金属表面生成电中性的丹宁酸铁绝缘保护膜，可消除金属表面与致垢物质间的静电吸引作用，从而抑制结垢物质在金属受热面上粘附。（3）吸氧防腐作用 在碱性的锅水介质中，丹宁具有较强的吸氧作用，能减少氧对金属的腐蚀。（4）促使老水垢脱落作用 栲胶具有较强的渗透能力，丹宁酸能与老水垢作用，可使其疏松脱落。7、腐植酸钠 腐植酸钠是一种复杂的芳香族有机物，黑褐色颗粒状，它没有固定分子结构和相对分子质量，可以溶于水，水溶液呈棕褐色，为弱碱性。腐植酸钠的主要作用是：（1）防垢作用 在碱性条件下，腐植酸钠能与硬度物质反应生成水渣，并且腐植酸钠胶溶物对沉淀物质具有分散、吸附、络合等作用，所以它可阻止沉淀晶粒的长大，而且所生成的水渣粘度小，
