工业锅炉水处理技术-8

将这水解反应合在一起可写为：

在水解反应中，Na+在反应前后始终以离子状态存在，实际上并未参加反应，可从反应式两边消去，得到离子方程式，也即该水解反应的实质为：

温度对水解反应的影响较大，溶液温度越高，水解程度越大。另外，水解后若有沉淀或气体生成，则能使水解较彻底。Na2CO3常用于低压锅炉的加药处理，但中、高压锅炉则不宜使用，就是因为在过高的温度和压力下Na2CO3将会全部水解，结果产生大量的NaOH和CO2。这样，不但浓度过高的NaOH易使锅炉发生碱性腐蚀，而且CO2随着蒸汽进入热力系统，会加速系统的腐蚀。

（二）强酸弱碱盐

凡是由强酸与弱碱生成的盐，在水溶液中都呈酸性，例如FeCl3、NH4Cl等。

以NH4Cl为例：NH4Cl水解时，由于NH4+可与水电离出的OH-结合成弱电解质NH3·H2O分子，从而使溶液中OH-浓度减少，水的电离平衡朝电离的方向移动，结果溶液中H+浓度增大，

[H+]>[OH-]，故溶液呈酸性。其化学反应式和离子方程式表示如下

（三）弱酸弱碱盐

由弱酸与弱碱生成的盐，其溶液的酸碱性由弱酸和弱碱的相对强弱来决定。若弱酸的电离常数大于弱碱的电离常数，则溶液呈酸性。反之，则呈碱性。若弱酸与弱碱的电离常数较接近，就呈中性。例如NH4Ac，由于NH3·H2O与HAc的电离常数几乎相等，所以其水解程度对

[H+]、[OH-]的影响基本相同，故溶液呈中性。

（四）多元酸（碱）生成的盐

多元酸（碱）生成的盐是分步水解的，其溶液的酸碱性与上述盐类相似。例如，水的预 处理中常用的混凝剂A12（SO4）3由三元弱碱Al（OH）3与H2SO4生成，它在水溶液中分三步水解，结果使溶液呈酸性：

由强酸强碱生成的盐不发生水解，所以溶液呈中性。

四、沉淀物的溶解平衡及溶度积

（一）溶度积

物质的溶解度只有大小之分，实际上没有绝对不溶于水的固体物质，也没有无限可溶于水的固体物质。在一定的温度下，任何物质在水中的溶解程度都是一定的，表达固体物质在水中溶解性的方式有溶解度与溶度积。溶解度的概念前面已作介绍，下面主要介绍溶度积的概念。

实验已证明：在溶液中当难溶固体物质的溶解达到饱和时，存在着溶解与沉淀的电离平衡，这时溶液中组成该难溶物质的各离子浓度的乘积等于其平衡常数。这个平衡常数称为溶 度积常数，简称溶度积，常用Ksp表示。

对于任何难溶固体物质AdBp，在溶液中的溶解与沉淀的平衡为：

其溶度积的通式可表示为：

例如，氢氧化镁Mg（OH）2在溶液中的电离平衡为：

KSP值在一定的温度下是一个常数，当温度变化时，溶度积也会随之改变。例如钙硬度中的CaSO4和CaCO3，25℃时其溶度积分别为：KSP，CaSO4=6.1×10-5；KSP，CaCO3=4.8×10-9。但它们都将随温度升高而降低，其中CaSO4的溶度积在高温中下降更快，因此当锅炉给水中存在硬度时，锅炉受热较弱的部位易结生碳酸盐水垢，而受热强度高的部位则更容易结生硫酸盐水垢。

（二）溶度积规则

根据难溶物质的离子浓度之积与其KsP值的关系，可判断沉淀的生成和溶解。现以CaCO3为例进行说明：

（1）[Ca2+][CO32-]

（2）[Ca2+][CO32-]=KSP，为饱和溶液，这时仍无沉淀析出，其溶解速度等于沉淀速度，

达到动态平衡；

（3）[Ca2+][CO32-]

以上三点就称为溶度积规则或溶度积原理。

答：溶液中会有碳酸钙沉淀和氢氧化镁沉淀析出。

由此可知，在相同温度下，溶度积越小的物质，越容易发生沉淀。当溶液中存在多种离子时，其浓度达到KSP值的物质将首先析出沉淀。锅炉锅内加药处理时，常用Na2CO3和Na3PO4作水处理药剂，就是利用这一溶度积原理，增加锅水中的CO32-或PO43-浓度，使之与Ca2+的离子浓度之积大于其KSP值，继而在锅水中析出流动性较好的碳酸钙或碱式磷酸钙沉淀（即水渣），并通过排污除去。这样就可消除锅水中的Ca2+，或使Ca2+浓度降至极低，从而防止钙硬度在锅炉高温受热面上结生难以清除的硫酸钙水垢。

第一章 锅炉水汽质量指标及标准

第一节 锅炉用水的基本知识

一、天然水中的杂质及其对锅炉的影响

（一）天然水的分类及其特点

水是自然界中分布最广，也是人类生活和生产中不可缺少的物质。自然界的水主要由海洋、江河、湖泊、地下水、冰川、积雪、土壤水分及大气水分等构成。虽然地球上水资源极其丰富，但大多数属于咸的海水或咸湖水，实际可供人们开发利用的淡水只占总水量的0.3％左右。即使是这些淡水，由于其来源的不同，其水质的特性也不同，加上人类对环境的污染，不少淡水资源已经或正在遭受各种杂质的侵害，使得人们在用水时不得不按不同的用途要求对水质进行必要的处理。对于锅炉用水来说，常用的水源及其特点可分以下几种：

1.江河水

江河水除了源头水之外，主要由降水经地面汇流而成，通常流域长而广阔，是工业和生活最常用的水源。由于江河水为地表流动的水体，其水质易受地区、气候、季节及人类生物活动的影响而发生较大的变化。不但各地区不同的河流水质相差较大，即使是同一条江河，水中的杂质含量也会因冬季和夏季、汛期和干枯期、上游和下游等的不同而有相当大的差异。此外，江河水最大的缺点是易受工业废水、生活污水及其它各种人为的因素而污染，以致水的色、嗅、味变化大，水质不稳定，尤其当大量有毒或有害物质进入水体时，将大大增加水处理的负担，严重时甚至会造成水体无法利用。

2.湖泊及水库水

湖泊水主要由河流及地下水补给而成。水库实际上是一种人造湖，有些水库水通过截留汇流的河水而成，其水质和湖泊水相似，也与流人的河水水质及地质特点有关；也有些水库水由自然降水经山体汇集而成，这种水库的水质通常比江河水和湖泊水要好些。湖泊水和水库水的特点是，水的流动性小、储存停留时间长，经过较长时间的自然沉淀，水的混浊度比江河水小得多，水质也相对稳定些。但由于湖水进出水交替缓慢，当水中含有较多的磷和氮时，易产生富营养化，使得大量的藻类快速繁殖，增加水的色、嗅、味及有机物含量。湖水按含盐量可分为淡水湖、微咸水湖和咸水湖，前两种基本上可作为工业用水水源，而后一种则很难作水源用。

3.地下水

地下水大多是由降水经过地层渗流而形成。地下水按其深度可分为表层水、层间水和深

层水，一般工业上使用的地下水为层间水。这种水受外界影响小，水质组成较稳定，水温变化不大，水质较为清澈，有机物和细菌含量较少，但由于地下水流经岩层时，常会溶解其中各种可溶性物质，因此地下水的碱度、硬度和含盐量通常要高于地表水（海水除外）。至于 盐类的组成及含盐量的大小，则取决于地下水所流经地层的矿物质成分及地下水深度和与矿物质接触的时间等。另外，由于地下水与大气接触少，水中溶解氧含量低，有时会因生物进行厌氧分解，而产生H2S、CO2等气体并使之溶于水中，从而使水具有还原性。因此，地下水中溶解的金属离子常以低价离子态存在，最常见的如Pe2+、Mn2+等。有的地下水采用时，会发现，刚从地下打上来的水是清澈透明的，但在空气中暴露一段时间后，水会变得发红且混浊，就是由于地下水中含量较高的Pe2+在空气中被氧化后，生成了棕红色的Fe（OH）3沉淀之缘故。

由于大量开采地下水，将会引起地面下沉，并由此带来系列危害，因此，许多城市已对工业采用地下水加以限制和控制。

（二）天然水中对锅炉有影响的杂质

天然水中的杂质种类很多，按其性质可分为：无机物、有机物和微生物；按其颗粒大小可分为：悬浮物、胶体物质和溶解物质，其中溶解物质又可分为溶解盐类和溶解气体。

1.悬浮物

悬浮物是构成水中混浊度的主要因素，其颗粒较大，一般粒径在10-4mm以上，因此它们在水中是不稳定的，易于分离除去。当水静止或流速较慢时，比水重的悬浮物，如砂子和粘土类的无机物会下沉；比水轻的悬浮物，如各种动植物死亡后的腐败机体及其它腐植质等有机化合物则会上浮。因此，对悬浮物的处理，可通过自然沉降与过滤来除去。悬浮物一般在江河水中含量较高，湖水和水库水中含量低些，地下水中则含量较低。城镇自来水由于经自来水厂的预处理，一般基本上除去了水中的悬浮物。

悬浮物对锅炉的影响主要有：

（1）悬浮物若直接进人锅炉，将会在锅内产生沉积，形成泥垢，影响锅炉传热，严重时还会造成受热面金属因过热损坏而造成锅炉事故；悬浮物沉积量大时，还易堵塞炉管、阀门，破坏锅炉水循环。

（2）比水轻的悬浮物如进入锅炉，往往漂浮在蒸发面上，易引发汽水共腾，降低蒸汽质量。

（3）悬浮物如进入离子交换器，易污染离子交换树脂，降低交换剂的交换容量，减少周期制水量，并影响离子交换器的出水质量。

2.胶体物质

胶体也是构成水中浊度的主要因素，它大都是由许多分子或离子所组成的集合体，其颗粒直径一般为10-6～10-4mm。天然水中的胶体主要是由腐植质以及铁、铝、硅等化合物形成。由于胶体表面往往吸附了很多离子而带电荷，结果使同类胶体因带有同性电荷而相互排斥，以至不能相互结合成更大的颗粒，加上胶体在水中的布郎运动，使得胶体总是以稳定的微粒均匀地分布在水中，而无法靠重力自行沉降。所以，要除去水中的胶体，需在水中加入混凝剂，以破坏胶体的稳定性，通过混凝、澄清和过滤，可较好地除去胶体物质。

胶体物质对锅炉的影响主要有：

（1）胶体物质若进入锅炉，在一定的条件下，会在受热面上结生难以除去的坚硬水垢。

（2）给水中胶体含量较高时，易在蒸发面上产生大量泡沫，不但会恶化蒸汽品质，而且影响水位的正确显示，对锅炉的安全运行带来影响。

（3）胶体物质若进入离子交换器，易吸附在离子交换树脂表面，降低树脂的交换能力，严重时还会使树脂“中毒”，使出水难以达到合格标准。

3.溶解物质

天然水，包括清澈透明的自来水中都或多或少地含有各种溶解物质。一般水中的溶解物质主要是溶解的盐类和溶解气体，现将对锅炉有影响的溶解物质分述如下。

（1）溶解的盐类

盐类在水中溶解后，大多电离成阳离子和阴离子，即它们是以离子状态存在，其中对锅炉有影响的主要有以下几种：

①钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）

钙镁离子是天然水中的主要阳离子，几乎存在于所有的天然水中，通常人们将钙镁离子在水中的含量称为“硬度”。不同的水系，不同的地区，钙镁离子的含量相差很大，一般降雨、降雪的水中硬度含量极低；地表水中的硬度通常要低于地下水。就我国天然水分布来说，东南沿海地区由于降水量较丰富而蒸发少，水中的硬度含量一般都很低；长江流域及其以南地区、黑龙江和松花江流域等地区降水量较为充足，蒸发量不大，水中的硬度也较低；黄河流域及其以北地区到辽河流域，降水量较少而蒸发量大，水资源较贫乏，水中的硬度相对较高；内蒙古及西北的辽阔大地，则由于降水量少而蒸发强烈，形成了大片干旱地区，水中的硬度往往非常高。

水中的硬度物质是引起锅炉结垢的最主要因素，因此，锅炉水处理的重要任务就是除去硬度，防止锅炉结垢，其常用的方法主要有：离子交换法、沉淀软化法、锅内加药处理法等。不同的锅炉，应根据锅炉对水质的要求，选择合适的处理方法。

②碳酸氢根（HCO3-）和碳酸根（CO32-）

碳酸氢根和碳酸根都是水中碱度的主要组成部分。在天然水中，碱度大多以HCO3-形式存在，只有极少数的天然水，当碱度很高时，会有少量CO32-存在。

由于碱度能促使锅水中的钙镁硬度形成水渣，然后通过排污除去，起到一定的防垢作用，因此，工业锅炉要求在锅水中保持一定的碱度。但如果锅水中碱度过高，不但会严重影响蒸汽质量，而且对压力较高的锅炉还易引起碱性腐蚀。因此，对于HCO3-含量较高的天然水，如作为锅炉水源水，还需进行一定的降碱处理。

③亚铁离子（Fe2+）和铁离子（Fe3+）

铁的化合物是常见矿物，所以铁也是天然水中常见的杂质。地表水中由于溶解氧充足，铁主要以Fe3+形态存在，并因形成难溶于水的Pe（OH）3胶体而沉淀出来，所以溶解在地表水中的铁含量通常不太高。地下水中的铁因为不接触空气，常以可溶性较好的Pe2+形态存在，一般来说不同的地下水含铁量差异较大，有些地方的地下水中含铁量甚至会达到很高。 Fe2+接触空气后会很快转化成Fe3+。Pe3+是一种较强的去极化剂，会加速锅炉的电化学腐蚀。

同时，当锅水中含铁量较高时，还易在热负荷较高的受热面上产生氧化铁垢，影响锅炉的传热。此外，Pe3+若进入离子交换器，极易使离子交换树脂“中毒”，大大降低树脂的交换容量，