15.1.1　鍋爐用水概述

1.鍋爐的水汽系統

鍋爐及其熱力循環(huán)設備的水汽系統，包括從原水進入鍋爐流經的一系列設備管道及其蒸發(fā)受熱面等的給水系統，以及蒸汽流經過熱受熱面及其用汽設備等的蒸汽系統兩個部分。

熱力系統中各處的水質差別較大。根據水汽系統中水質及功用，常將鍋爐用水區(qū)分為：①原水，它是未經任何處理的天然水，如江湖水、地下水等，或者是取自城市供水系統的自來水。原水是鍋爐補水的原料。②補水，它是原水經過凈化處理后，用以補充鍋爐損失的水。按不同的處理方法，可分為軟化水，除鹽水和蒸餾水等。③回水，蒸汽經用汽設備的作功或熱交換，冷凝后返回鍋爐的水，即為凝結水。④給水，它是送進鍋爐的水，通常包括回水和補水兩部分。⑤爐水，它是在鍋爐本體的蒸發(fā)系統中流動著的水。⑥排污水，鍋爐爐水在不斷蒸發(fā)和濃縮作用下，其含鹽量或堿度增加，當水質指標超過標準要求時排放掉的爐水即為排污水。

2.水中雜質及危害

鍋爐初始運行的給水和正常運行時的補給水均來源于天然水。天然水中含有各種各樣的雜質。按顆粒的大小，水中雜質可分成三類：懸浮物、膠體和溶解物質。

懸浮物是顆粒直徑在10^－4mm以上的不溶性雜質微粒，包括泥砂，粘土、藻類、細菌及動植物有機體的微小碎片、纖維或腐爛產物和其它不溶性物質。根據微粒大小和密度的差異，有些漂浮或懸浮于水中，有些沉淀于水底。懸浮物使水變得渾濁，但是很容易用自然沉降和澄清過濾去除。

膠體物是顆粒直徑在10^－6～10^－4　mm范圍的微粒，主要是鐵、鋁、硅的化合物，如硅酸膠體等，以及動植物的有機體分解后的高分子化合物，如腐殖質膠體等，使水變成黃褐色。膠體微粒表面經常因吸附離子而帶電，由于同性電荷膠粒的相互排斥作用，它們較均勻、穩(wěn)定地存在于水中而不能相互結合，不易靠重力自然沉降，一般采用混凝超濾的方法除去。

溶解物質的顆粒尺寸最小，一般小于1μm，通常以離子或分子狀態(tài)存在于水中。天然水中的溶解物主要分為兩類，一類是溶解在水中的礦物質鹽類的離子，如鈣，鎂、鈉、鉀、鐵、錳等鹽類的正負離子；另一類為溶解于水的氣體，有氧氣、二氧化碳、硫化氫等氣體。這類雜質很難用混凝、沉降或過濾等方法除去。一般需用離子交換、膜分離或蒸餾技術才能除去。

原水中的雜質若未經處理就進入鍋爐的水汽系統，會危及鍋爐的安全經濟運行。表現在：

（1）結垢　水中雜質在蒸發(fā)過程中會不斷蒸發(fā)濃縮，并發(fā)生復雜的物理化學反應，達到一定濃度時會從水中析出，或沉淀在受熱面上，或沉積在水中，通常稱之為水垢。水垢的導熱系數很小，約為鋼的1/30～1/50，使受熱面的傳熱能力急劇下降，造成排煙熱損失增加，鍋爐熱效率降低，燃料消耗量增加。一般受熱面管壁生成1mm厚的水垢，可使燃料消耗量增加2%～3%左右。當水垢增加到一定厚度，由于受到爐膛結構的限制，燃料量將無法繼續(xù)增加，則鍋爐出力降低。受熱面結垢后將使管壁溫度急劇增加，超過正常工作所允許的溫度，金屬強度顯著降低，引起鍋筒或爐管過熱變形、鼓皰、裂紋，嚴重時發(fā)生爆管等事故。鍋爐結垢后的清洗除垢工作，還會使金屬管壁受到不同程度的損傷，縮短了鍋爐壽命。

（2）腐蝕　鍋爐受熱面在與水接觸時，水中雜質會使金屬表面受電化學的作用而產生腐蝕，使金屬構件減薄出現凹坑，造成金屬強度降低，縮短鍋爐使用年限，嚴重時甚至發(fā)生安全事故。此外，金屬腐蝕產物易與其它雜質形成水垢貼在管壁內表面上，促使發(fā)生垢下腐蝕。

（3）蒸汽污染　給水品質不良會引起爐水品質惡化，在鍋爐運行操作不當等情況下，鍋筒內的水滴往往會被蒸汽大量帶走。此外，水中某些雜質還溶于蒸汽。蒸汽中的水滴和蒸汽溶鹽使蒸汽受到污染。蒸汽污染會在過熱器、管道閥門和汽輪機葉片等處形成鹽垢沉積，造成過熱器爆管、管道堵塞以及汽輪機出力和效率降低等運行不可靠性或事故。

因此，必須進行鍋爐的給水處理并規(guī)定水質指標。

3.鍋爐水質標準

鍋爐的水質指標分為兩類：一類是反映某種物質或離子含量的成分，如鈣、鎂、氯化物、硫酸根、磷酸根和溶解氧等，另一類是反映某一類物質含量或某些化合物之和，有全固形物、硬度、堿度、pH值和油等，主要有下列一些：

（1）全固形物　指水中除溶解氣體外，全部雜質轉化成固體時的含量，是由水樣蒸干后烘干的殘留物，單位用mg/L表示，包括懸浮固形物和溶解固形物兩類：①懸浮固形物簡稱懸浮物，是可用過濾材料從水中分離出來的固形物的含量。對于固定的水體，通常用比光式濁度儀測定水的渾濁，從而確定懸浮物的含量；②溶解固形物是指溶解在水中全部鹽類以及鐵、鋁、硅的氧化物和一些有機物的含量，取水樣蒸干后在105～110℃烘箱中干燥至恒重時的殘渣含量作為近似指標。

（2）硬度　指水中溶解的鈣鹽、鎂鹽的總含量，單位為mmol/L，包括碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩類：①碳酸鹽硬度是指水中溶解的碳酸氫鹽（Ca（HCO₃）₂，Mg（HCO₃）₂）的含量，當這類鹽分加熱到沸騰時，形成泥渣狀的CaCO₃、MgCO₃及Mg（OH）₂沉淀出來，可以用熱力法去除，又稱為暫時硬度；②非碳酸鹽硬度是指水中溶解的氯化物（CaCl₂，MgCl₂）、硫酸鹽（CaSO₄，MgSO₄）及其它鈣鎂鹽的含量，這些鹽類長時間煮沸后仍不能沉淀，故又稱永久硬度。

（3）堿度　是指水中OH^－、、及其它一些弱酸鹽類含量之和，單位為mmol/L。如果水分析結果為堿度小于硬度，則表明水中既有碳酸鹽硬度，又有非碳酸鹽硬度，硬度減去堿度即為非碳酸鹽硬度，屬于非堿性水；如果堿度大于硬度，則水中只有碳酸鹽硬度，而無非碳酸鹽硬度，所以堿度與暫時硬度的數值相等，稱之為堿性水。應當指出，弱酸根與強堿氫氧根OH^－不能在水中同時存在，因為兩者能反應生成和H₂O。

（4）相對堿度　是指水中游離的NaOH含量（OH－堿度折算成的NaOH含量）與溶解固形物含量的比值，是為防止鍋爐產生苛性脆化而規(guī)定的技術指標。

（5）pH值　表示水的酸堿性，是指水中氫離子濃度的負對數。pH＝7時為中性水，pH＞7為堿性水，pH＜7為酸性水。

（6）含鹽量　指水中陽離子和陰離子的總含量，單位用mg/L表示。

（7）溶解氧　表明水中含有氧氣的多少，單位為mg/L。

（8）含油量　表示水中的含油量，單位為mg/L。

中、高壓以上鍋爐的給水水質指標中還有亞硫酸根、磷酸根、鐵、銅、二氧化硅、二氧化碳、聯氨含量等。磷酸鹽有時作為清除殘余鈣鎂鹽分而投入的防垢藥劑，因此中壓鍋爐的給水和高壓鍋爐的爐水中應保持一定的磷酸鹽過剩量，但過剩量太大將影響蒸汽品質；二氧化硅是中壓以上鍋爐過熱器及其用汽設備結垢的主要成分；二氧化碳會引起汽水管道的腐蝕；聯氨是除氧時投放的藥劑。

由于在蒸發(fā)濃縮作用下，鍋筒型鍋爐中爐水的鹽分含量比給水要高，因此也要制定相應的爐水水質標準，防止結垢、腐蝕與蒸汽污染。爐水中規(guī)定的允許硅酸含量由蒸汽所允許的硅酸含量確定，低壓和中壓鍋爐的蒸汽中硅酸含量小，可不作規(guī)定，其總允許含鹽量也由蒸汽總允許含鹽量確定。爐水中的堿度根據金屬防腐及汽輪機中防止沉積難溶的硅酸鹽兩方面的綜合因素來確定。

立式水管鍋爐、火管鍋爐、臥式內燃鍋爐等燃煤鍋爐和熱水鍋爐的水質以及水管鍋爐、水火管組合鍋爐、燃油及燃氣鍋爐的水質應符合我國《低壓鍋爐水質標準GB　1576—2001》的規(guī)定。國家標準《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質量GB/T12145—1999》對鍋爐出口壓力為3.8MPa～25.0MPa（表大氣壓）的火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備的蒸汽質量、鍋爐給水質量、汽輪機凝結水質量、鍋爐爐水質量、補給水質量、減溫水質量、疏水和生產回水質量、熱網補充水質量、水內冷發(fā)電機的冷卻水質量、停（備）用機組啟動時的水、汽質量等都有詳盡的規(guī)定。表15.1列出了各種壓力下對給水品質的要求。最近，我國電力行業(yè)標準《超臨界火力發(fā)電機組水汽質量標準DL/T912—2005》專門規(guī)定了超臨界壓力火力發(fā)電機組在正常運行和停（備）用機組啟動時的水汽質量控制指標。

表15.1　給水品質標準（GB/T12145—1999）