锅炉中性水处理方法详解

由凝结水、补给水及各类疏水组成的火力发电厂的锅炉给水(对于热电厂还包括生产返回水)，在汇集起来之前均分别经过了处理，达到各自的水质标准，汇集起来的给水水质，已经是含盐量很少的高纯水或软化水。因此，给水系统一般不会由于盐类析出形成沉积物，可能出现的问题是金属腐蚀。腐蚀对热力系统的安全运行是非常有害的，给水系统内的设备因腐蚀可能造成穿孔，腐蚀产物被带进锅炉会引起锅炉腐蚀和结垢，这些问题的出现轻则减少设备的寿命，重则引发事故造成停机，必须对其作相应的处理。

1.锅炉给水处理的任务

造成给水系统设备腐蚀的原因是水中的溶解气体——氧气和二氧化碳。这两种溶解气体的存在，起氧化剂的作用和导致水的p H 值偏低，在给水系统中形成了发生腐蚀的条件。给水处理的任务，就是除去或控制水中溶解氧以及为中和二氧化碳而采取的p H值调节，保持一个有利于在金属表面形成和修复保护型氧化膜的环境，同时也为了保证蒸汽的质量，提高机组运行的可靠性。

2.锅炉给水的除氧处理

如前所述，锅炉给水中的溶解氧是造成热力设备腐蚀的主要因素之一，给水进入锅炉前必须采取有效措施去除和控制溶解氧含量。

常用的给水除氧方法有两种——热力法和化学法。在火力发电厂中以热力除氧为主，化学除氧为辅。

(1)热力除氧。热力除氧是一种物理除氧方法。热力除氧所根据的原理是气体溶解定律，即亨利定律。该定律反映了溶解在液体中的气体会在相应压力的沸腾温度下解析出来的规律，即在一定压力下，随着水温升高，水蒸气的分压力增大，而空气和氧气的分压力将变小，水中的溶解氧也越来越低，直至水沸腾的时候，溶解氧降到零。据此，火力发电厂锅炉给水系统采取的方法是将给水和蒸汽直接接触，用蒸汽将含氧给水加热到相应压力下的沸腾温度，使溶于水的氧和其他气体析出。根据这一原理方法建立的设备称为混合式热力除氧器(deaerator)，混合式热力除氧器常用的工作压力有0.02MPa和0.49MPa两种。热力除氧器有淋水盘式、喷雾填料式和膜式等不同结构。其中喷雾填料式除氧器除氧效率较高，对负荷和水温变化的适应条件较好；膜式除氧器的传热、传质方式是射流和旋膜，除具有喷雾填料式除氧器的优点外，还具有运行稳定的特点。通过在水箱内加装再沸腾装置，可进一步提高除氧效果。

(2)化学除氧。化学除氧是利用加入化学药品产生化学反应除去水中所含的氧气的方法。在火电厂，化学除氧被用作经过物理除氧后为提高水质而进一步除氧的措施。

化学除氧通过在除氧器出口添加还原剂消除残留在给水中的溶解氧。亚硫酸钠和联氨是火力发电厂常用的锅炉给水化学除氧剂。

亚硫酸钠适用于压力为6.18MPa以下的锅炉，加入亚硫酸钠后的反应如下：

利用亚硫酸钠除氧的优点是速度快、效率高，价廉又无毒；缺点是亚硫酸钠处理后，将增加给水的含盐量。当锅炉压力为6.18MPa以上时，亚硫酸钠会分解为有腐蚀性的硫化氢和二氧化硫，因此不能使用。

高压及以上锅炉一般使用联氨作为化学除氧剂。联氨是一种还原剂，与水中的氧发生如下反应：

联氨处理(Hydrazine treatment)的优点是处理后不增加给水的含盐量，且可钝化钢和铜表面。联氨不仅广泛用于高压及以上的锅筒锅炉，还用于直流锅炉。对于高压及以上的大型机组，当处理温度为205～225℃，控制联氨的过剩量为10～30mg/L时，可得到良好的处理效果。加入点经常设在高压除氧器出口的给水管道上(如凝结水泵出口)。

联氨除氧的缺点是需要较高的反应温度，而且还被怀疑为致癌物质，进入水体后造成污染。为此，后来一些新型化学除氧剂，如：碳酰肼、甲基乙基铜肟、异抗坏血酸和对苯二酚等被陆续开发并付诸应用。

(3)电化学除氧。电化学除氧是利用电化学保护的原理，使一种易氧化的金属发生电化学腐蚀，让水中的氧消耗掉，以达到除氧的目的，这种方法与上述氧化法相比设备简单、操作容易、运行费用低，可用于低压锅炉和热水炉，虽然经济性明显，但目前尚无十分成熟的经验。(www.xing528.com)

3.锅炉给水的氨处理

因补给水携带和凝结水系统泄漏而造成的CO2进入给水系统，将使给水的p H值降低，添加碱性中和剂调节p H值 (使其保持在9.2～9.4范围)，是解决问题的一条途径。

氨是火电厂常用的一种碱性中和剂。向给水中添加一定量的氨水，调节p H值的方法称为氨处理(ammonia treatment)法。氨除了有防腐的作用外，还能减缓锅炉受热面的结垢速度。

除了氨之外，火电厂常用的碱性药剂还有吗啉、环己胺和乙二基氨基乙醇等，也可起到调节p H值的作用。氨对钢铁的防腐效果明显，吗啉和环己胺除能对钢铁防腐，还能抑制铜腐蚀，但价格较贵。

采用氨处理的条件是给水中的二氧化碳含量必须很小，因为加氨量的增加有可能导致系统中黄铜管受腐蚀危险的增大。

添加氨和(或)胺及联氨的还原性运行方式，由于氨、胺与联氨均为挥发性药剂，故又称为全挥发性处理(All Volatile Treatment，AVT)或零固体物处理 (zero solid treatment)。全挥发性处理是为直流炉和压力高的汽包炉开发出来的，它是以除盐水作为补给水的锅炉的给水—锅水处理方式之一。

4.锅炉给水的加氧处理

加氧处理(Oxygenated Treatment，OT)是将以氧气为代表的氧化剂 (氧或过氧化氢)额外地加入给水中，这种技术以在高纯水中保持最有利于保护性氧化铁膜生成和维持的溶氧机理为出发点，它与传统的添加还原性药剂，维持低O2、高p H的方式相反，是在氧化环境中运行的一种氧化性运行方式。加氧处理的适用条件因要求锅炉给水为中性，所以又称为中性水处理(Neutral Water Treatment，NWT)。

加氧处理是20世纪六七十年代德国首先开发并应用的。他们发现在高纯度且呈中性的锅炉给水中加入适量的氧(氧气或过氧化氢)，可以起到防腐的作用。这是因为钢材在有氧的中性高纯水中，会生成Fe2O3和Fe3O4作为保护膜。在以往传统的方法中，运行人员的目标是将水中的氧含量降至零或至少十亿分之几。低氧水平使得给水典型的氧化还原电位为-350m V。这种还原环境导致了正常的氧化保护膜的溶解，从而氧化层变薄，增大了腐蚀速率，因此加剧了铁在给水中的含量。而采用在汽包炉给水中加入少量氧气的方法，可以明显减少腐蚀产物在给水中的含量，这项工作成果在世界范围内的应用得到了证实，使设备运行故障大大降低。现在已被世界各国越来越广泛地采用。

OT与AVT相比，有明显的优点：①减少了腐蚀产物的迁移；②减少了锅炉的压损；③减少了凝结水精处理再生的频率；④减少/消除了锅炉的化学清洗；⑤减少了凝汽器中铜的腐蚀；⑥增加了热传导；⑦减少了与氧化物沉积有关的锅炉爆管；⑧停止使用联胺这种对环境有害的物质。

加氧处理的缺点是中性纯水的缓冲性低，如有CO2漏入将引起腐蚀。加氧处理要求运行中要十分注意加氧量的控制，同时要求给水质量要达到相应标准，因炉水的浓缩使得汽包内含盐量很高，当溶氧不能有效控制在要求范围内时，将有可能产生腐蚀。汽包炉加氧处理的化学控制参数要比直流炉要求还高。由于凝结水再生系统的缺陷，凝汽器泄漏，差的给水品质化学污染物等所带来的化学偏差必须在采用加氧处理前消除。

5.锅炉给水的联合水处理

为了对加氧处理的上述问题进行改进，原联邦德国在加氧处理的基础上，改为加入氧的同时加入少量的氨，使p H值由原来的6.5～7.5提高到8.5～8.8。提高后的p H值范围又是铜合金最不易发生腐蚀的范围，所以，不仅对钢合金制造的低压加热器，而且对铜合金制造的低压加热器也能起到提高防腐能力的作用。这种既加氧又加氨的水处理工艺又被称为联合水处理(Combined Water Treatment，CWT)。

此项技术自1977年在德国问世以来，很快被意大利、荷兰和丹麦等许多欧洲国家用于火电厂的给水处理，美国和日本也将此项技术推广应用于火电厂以及核电厂的给水处理。它被认为是当前直流炉机组最佳和最有应用前景的给水处理方式。