锅炉用水概述

15.1.1　锅炉用水概述

1.锅炉的水汽系统

锅炉及其热力循环设备的水汽系统，包括从原水进入锅炉流经的一系列设备管道及其蒸发受热面等的给水系统，以及蒸汽流经过热受热面及其用汽设备等的蒸汽系统两个部分。

热力系统中各处的水质差别较大。根据水汽系统中水质及功用，常将锅炉用水区分为：①原水，它是未经任何处理的天然水，如江湖水、地下水等，或者是取自城市供水系统的自来水。原水是锅炉补水的原料。②补水，它是原水经过净化处理后，用以补充锅炉损失的水。按不同的处理方法，可分为软化水，除盐水和蒸馏水等。③回水，蒸汽经用汽设备的作功或热交换，冷凝后返回锅炉的水，即为凝结水。④给水，它是送进锅炉的水，通常包括回水和补水两部分。⑤炉水，它是在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水。⑥排污水，锅炉炉水在不断蒸发和浓缩作用下，其含盐量或碱度增加，当水质指标超过标准要求时排放掉的炉水即为排污水。

2.水中杂质及危害

锅炉初始运行的给水和正常运行时的补给水均来源于天然水。天然水中含有各种各样的杂质。按颗粒的大小，水中杂质可分成三类：悬浮物、胶体和溶解物质。

悬浮物是颗粒直径在10^－4mm以上的不溶性杂质微粒，包括泥砂，粘土、藻类、细菌及动植物有机体的微小碎片、纤维或腐烂产物和其它不溶性物质。根据微粒大小和密度的差异，有些漂浮或悬浮于水中，有些沉淀于水底。悬浮物使水变得浑浊，但是很容易用自然沉降和澄清过滤去除。

胶体物是颗粒直径在10^－6～10^－4　mm范围的微粒，主要是铁、铝、硅的化合物，如硅酸胶体等，以及动植物的有机体分解后的高分子化合物，如腐殖质胶体等，使水变成黄褐色。胶体微粒表面经常因吸附离子而带电，由于同性电荷胶粒的相互排斥作用，它们较均匀、稳定地存在于水中而不能相互结合，不易靠重力自然沉降，一般采用混凝超滤的方法除去。

溶解物质的颗粒尺寸最小，一般小于1μm，通常以离子或分子状态存在于水中。天然水中的溶解物主要分为两类，一类是溶解在水中的矿物质盐类的离子，如钙，镁、钠、钾、铁、锰等盐类的正负离子；另一类为溶解于水的气体，有氧气、二氧化碳、硫化氢等气体。这类杂质很难用混凝、沉降或过滤等方法除去。一般需用离子交换、膜分离或蒸馏技术才能除去。

原水中的杂质若未经处理就进入锅炉的水汽系统，会危及锅炉的安全经济运行。表现在：

（1）结垢　水中杂质在蒸发过程中会不断蒸发浓缩，并发生复杂的物理化学反应，达到一定浓度时会从水中析出，或沉淀在受热面上，或沉积在水中，通常称之为水垢。水垢的导热系数很小，约为钢的1/30～1/50，使受热面的传热能力急剧下降，造成排烟热损失增加，锅炉热效率降低，燃料消耗量增加。一般受热面管壁生成1mm厚的水垢，可使燃料消耗量增加2%～3%左右。当水垢增加到一定厚度，由于受到炉膛结构的限制，燃料量将无法继续增加，则锅炉出力降低。受热面结垢后将使管壁温度急剧增加，超过正常工作所允许的温度，金属强度显著降低，引起锅筒或炉管过热变形、鼓疱、裂纹，严重时发生爆管等事故。锅炉结垢后的清洗除垢工作，还会使金属管壁受到不同程度的损伤，缩短了锅炉寿命。

（2）腐蚀　锅炉受热面在与水接触时，水中杂质会使金属表面受电化学的作用而产生腐蚀，使金属构件减薄出现凹坑，造成金属强度降低，缩短锅炉使用年限，严重时甚至发生安全事故。此外，金属腐蚀产物易与其它杂质形成水垢贴在管壁内表面上，促使发生垢下腐蚀。

（3）蒸汽污染　给水品质不良会引起炉水品质恶化，在锅炉运行操作不当等情况下，锅筒内的水滴往往会被蒸汽大量带走。此外，水中某些杂质还溶于蒸汽。蒸汽中的水滴和蒸汽溶盐使蒸汽受到污染。蒸汽污染会在过热器、管道阀门和汽轮机叶片等处形成盐垢沉积，造成过热器爆管、管道堵塞以及汽轮机出力和效率降低等运行不可靠性或事故。

因此，必须进行锅炉的给水处理并规定水质指标。

3.锅炉水质标准

锅炉的水质指标分为两类：一类是反映某种物质或离子含量的成分，如钙、镁、氯化物、硫酸根、磷酸根和溶解氧等，另一类是反映某一类物质含量或某些化合物之和，有全固形物、硬度、碱度、pH值和油等，主要有下列一些：

（1）全固形物　指水中除溶解气体外，全部杂质转化成固体时的含量，是由水样蒸干后烘干的残留物，单位用mg/L表示，包括悬浮固形物和溶解固形物两类：①悬浮固形物简称悬浮物，是可用过滤材料从水中分离出来的固形物的含量。对于固定的水体，通常用比光式浊度仪测定水的浑浊，从而确定悬浮物的含量；②溶解固形物是指溶解在水中全部盐类以及铁、铝、硅的氧化物和一些有机物的含量，取水样蒸干后在105～110℃烘箱中干燥至恒重时的残渣含量作为近似指标。

（2）硬度　指水中溶解的钙盐、镁盐的总含量，单位为mmol/L，包括碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两类：①碳酸盐硬度是指水中溶解的碳酸氢盐（Ca（HCO₃）₂，Mg（HCO₃）₂）的含量，当这类盐分加热到沸腾时，形成泥渣状的CaCO₃、MgCO₃及Mg（OH）₂沉淀出来，可以用热力法去除，又称为暂时硬度；②非碳酸盐硬度是指水中溶解的氯化物（CaCl₂，MgCl₂）、硫酸盐（CaSO₄，MgSO₄）及其它钙镁盐的含量，这些盐类长时间煮沸后仍不能沉淀，故又称永久硬度。

（3）碱度　是指水中OH^－、、及其它一些弱酸盐类含量之和，单位为mmol/L。如果水分析结果为碱度小于硬度，则表明水中既有碳酸盐硬度，又有非碳酸盐硬度，硬度减去碱度即为非碳酸盐硬度，属于非碱性水；如果碱度大于硬度，则水中只有碳酸盐硬度，而无非碳酸盐硬度，所以碱度与暂时硬度的数值相等，称之为碱性水。应当指出，弱酸根与强碱氢氧根OH^－不能在水中同时存在，因为两者能反应生成和H₂O。

（4）相对碱度　是指水中游离的NaOH含量（OH－碱度折算成的NaOH含量）与溶解固形物含量的比值，是为防止锅炉产生苛性脆化而规定的技术指标。

（5）pH值　表示水的酸碱性，是指水中氢离子浓度的负对数。pH＝7时为中性水，pH＞7为碱性水，pH＜7为酸性水。

（6）含盐量　指水中阳离子和阴离子的总含量，单位用mg/L表示。

（7）溶解氧　表明水中含有氧气的多少，单位为mg/L。

（8）含油量　表示水中的含油量，单位为mg/L。

中、高压以上锅炉的给水水质指标中还有亚硫酸根、磷酸根、铁、铜、二氧化硅、二氧化碳、联氨含量等。磷酸盐有时作为清除残余钙镁盐分而投入的防垢药剂，因此中压锅炉的给水和高压锅炉的炉水中应保持一定的磷酸盐过剩量，但过剩量太大将影响蒸汽品质；二氧化硅是中压以上锅炉过热器及其用汽设备结垢的主要成分；二氧化碳会引起汽水管道的腐蚀；联氨是除氧时投放的药剂。

由于在蒸发浓缩作用下，锅筒型锅炉中炉水的盐分含量比给水要高，因此也要制定相应的炉水水质标准，防止结垢、腐蚀与蒸汽污染。炉水中规定的允许硅酸含量由蒸汽所允许的硅酸含量确定，低压和中压锅炉的蒸汽中硅酸含量小，可不作规定，其总允许含盐量也由蒸汽总允许含盐量确定。炉水中的碱度根据金属防腐及汽轮机中防止沉积难溶的硅酸盐两方面的综合因素来确定。

立式水管锅炉、火管锅炉、卧式内燃锅炉等燃煤锅炉和热水锅炉的水质以及水管锅炉、水火管组合锅炉、燃油及燃气锅炉的水质应符合我国《低压锅炉水质标准GB　1576—2001》的规定。国家标准《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量GB/T12145—1999》对锅炉出口压力为3.8MPa～25.0MPa（表大气压）的火力发电机组及蒸汽动力设备的蒸汽质量、锅炉给水质量、汽轮机凝结水质量、锅炉炉水质量、补给水质量、减温水质量、疏水和生产回水质量、热网补充水质量、水内冷发电机的冷却水质量、停（备）用机组启动时的水、汽质量等都有详尽的规定。表15.1列出了各种压力下对给水品质的要求。最近，我国电力行业标准《超临界火力发电机组水汽质量标准DL/T912—2005》专门规定了超临界压力火力发电机组在正常运行和停（备）用机组启动时的水汽质量控制指标。

表15.1　给水品质标准（GB/T12145—1999）