蒸汽锅炉的水处理、储存和排污

了解水源的化学特性，包括硬度和pH值。

在讨论和理解锅炉排污之前，有必要确定水的定义及其杂质和相关术语，如硬度、pH等。

水是地球上最重要的原材料。它对生命至关重要，用于运输，并储存能量。它也被称为”万能溶剂”。 纯水（H2O）在纯净状态下无味、无色、无臭；然而，纯水非常少见。所有天然水都含有各种类型和数量的杂质。 好的饮用水不一定是好的锅炉给水。饮用水中的矿物质容易被人体吸收，对我们的健康至关重要。然而，锅炉的承受能力较弱，如果这些矿物质留在蒸汽锅炉中，将造成损坏。 在世界水资源中，97%存在于海洋中，其中相当大一部分被困在极地冰川中——仅有0.65%可用于家庭和工业用途。 如果没有水循环（见图3.9.1），这一小部分很快就会被消耗。蒸发后，水变成云，在其旅程中部分凝结，然后以雨的形式降落到地面。然而，认为雨水是纯净的假设是错误的；在降落过程中，它会吸收杂质，如碳酸、氮以及工业区的二氧化硫。 携带这些成分，水渗透过地球的上层到达地下水位，或流过地球表面溶解并收集额外的杂质。 这些杂质可能在传热表面上形成沉积物，可能：

• 导致金属腐蚀。
• 降低传热速率，导致过热和机械强度损失。 表3.9.1显示了杂质的技术和常用名称、化学符号及其影响。

原水质量和区域差异

水质因地区不同而有很大差异，取决于水源和当地矿物质（见图3.9.2）。表3.9.2给出了像英国这样相对较小的国家中不同地区的一些典型数据。 原水中的常见杂质可分为以下几类：

• 溶解固体 - 这些是可溶于水的物质。 主要的是钙和镁的碳酸盐和硫酸盐，加热时会形成水垢。 还有其他不形成水垢的溶解固体。 实际上，任何在锅炉内形成水垢的盐都应通过化学方法改变，使其产生悬浮固体或污泥而非水垢。
• 悬浮固体 - 这些是以悬浮颗粒形式存在于水中的物质。 它们通常是矿物或有机来源。 这些物质通常不是问题，因为可以过滤掉。
• 溶解气体 - 氧气和二氧化碳容易被水溶解。 这些气体是腐蚀的积极促进因素。
• 浮渣形成物质 - 这些是形成泡沫或浮渣的矿物杂质。 一个例子是碳酸盐、氯化物或硫酸盐形式的纯碱。 存在的杂质量极少，通常在任何水质分析中以百万分之几（ppm）的重量或毫克每升（mg/l）的形式表示。 本模块中的以下章节描述了水的特性。

硬度

水被称为”硬水”或”软水”。硬水含有形成水垢的杂质，而软水含有很少或不含此类杂质。差异可以通过水对肥皂的效果轻易识别。硬水比软水需要更多的肥皂才能产生泡沫。 硬度是由钙和镁的矿物盐的存在引起的，正是这些矿物质促进了水垢的形成。 硬度有两种常见的分类：

• 碱性硬度（也称为暂时性硬度） - 钙和镁的碳酸氢盐是碱性硬度的成因。这些盐溶于水形成碱性溶液。当加热时，它们分解并释放二氧化碳和软水垢或污泥。 “暂时性硬度”这一术语有时使用，因为硬度可以通过煮沸去除。 这种效果通常可以在电水壶内部看到水垢。 见图3.9.3和3.9.4——后者代表锅炉内的情况。
• 非碱性硬度和碳酸盐（也称为永久性硬度） - 这也是由钙和镁的盐存在引起的，但以硫酸盐和氯化物的形式。这些盐由于温度升高而溶解度降低，从溶液中沉淀出来，形成难以去除的硬水垢。 此外，锅炉水中二氧化硅的存在也可能导致硬水垢，它可以与钙和镁盐反应形成硅酸盐，严重抑制火管的传热并导致过热。

总硬度

总硬度不被归类为一种硬度类型，而是钙和镁离子浓度之和（当两者均表示为CaCO3时）。如果水呈碱性，则一部分硬度（等于总碱度，也表示为CaCO3）被视为碱性硬度，其余为非碱性硬度（见图3.9.5）。

非结垢盐

非硬度盐，如钠盐也存在，其溶解度远高于钙或镁的盐，通常不会在锅炉表面形成水垢，如图3.9.6所示。 比较单位 当盐溶于水时，它们形成带电粒子，称为离子。 金属部分（钙、钠、镁）可被识别为阳离子，因为它们被吸引到阴极并携带正电荷。 阴离子是非金属的并携带负电荷——碳酸氢盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐，被吸引到阳极。 每种杂质通常表示为化学当量的碳酸钙，其分子量为100。 pH值 另一个需要考虑的术语是pH值；它不是杂质或成分，而仅仅是表示水中潜在氢含量的数值——这是衡量水的酸性或碱性程度。水（H2O）有两种离子——氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）。 如果氢离子占主导，溶液将呈酸性，pH值在0至6之间。如果氢氧根离子占主导，溶液将呈碱性，pH值在8至14之间。如果氢氧根离子和氢离子数量相等，则溶液呈中性，pH值为7。酸和碱会增加水的电导率，高于中性样品。例如，pH值为12的水样将比pH值为7的水样具有更高的电导率。 表3.9.3显示了pH图表，图3.9.7以数值和日常物质关系说明了前面提到的pH值。