為了工業(yè)鍋爐安全、高效運(yùn)行,使用普通水相當(dāng)于在鍋爐內(nèi)部“埋雷”,而超純水則是為了拆除這些“雷”。主要原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn),都與普通水中所含的雜質(zhì)有關(guān):
1. 防止結(jié)垢普通水的問題: 普通水中含有鈣、鎂等硬度離子。在高溫高壓下,這些離子會(huì)與碳酸根、硫酸根等結(jié)合,形成堅(jiān)硬、致密的水垢(主要成分為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等)。
結(jié)垢的四大危害:嚴(yán)重降低熱效率: 水垢的導(dǎo)熱能力極差,不到鋼材的1%。1毫米厚的水垢就能使燃料消耗增加5%~8%。這會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi)。導(dǎo)致金屬過熱,引發(fā)爆管: 水垢像一層“保溫棉”,阻礙熱量傳遞給爐水,導(dǎo)致金屬管壁溫度急劇升高。鋼材在高溫下強(qiáng)度下降,在內(nèi)部壓力作用下,可能發(fā)生鼓包、變形,終導(dǎo)致爆管等災(zāi)難性事故。影響水循環(huán): 水垢會(huì)堵塞管道,破壞鍋爐正常的水循環(huán)。縮短鍋爐壽命: 反復(fù)的結(jié)垢和清洗(尤其是酸洗)會(huì)腐蝕和損傷鍋爐本體。
2. 防止汽水共騰(起泡、帶水)普通水的問題: 水中的溶解性鹽類、油脂、膠體、硅化物等雜質(zhì)會(huì)提高爐水的表面張力,在蒸發(fā)面產(chǎn)生大量、穩(wěn)定的泡沫。汽水共騰的危害: 這些泡沫會(huì)隨著蒸汽一起進(jìn)入蒸汽管道和下游設(shè)備(如汽輪機(jī))。這會(huì)導(dǎo)致:蒸汽品質(zhì)惡化: 濕蒸汽會(huì)損壞精密設(shè)備(如汽輪機(jī)葉片)。水位控制失靈: 虛假水位導(dǎo)致自動(dòng)控制系統(tǒng)誤動(dòng)作。鹽分在過熱器和汽輪機(jī)中沉積: 泡沫中的鹽分在高溫部位析出,形成更難處理的鹽垢,危害更大。
3. 防止腐蝕普通水的問題: 水中溶解的氧氣和二氧化碳是主要的腐蝕性氣體。在高溫下,它們會(huì)與鋼鐵發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),造成氧腐蝕和酸性腐蝕,使鍋爐金屬壁變薄、穿孔。超純水的處理: 除了去除離子,水處理過程還會(huì)通過除氧器、添加化學(xué)除氧劑(如亞硫酸鈉)等手段,幾乎完全除去水中的溶解氧,從根本上抑制腐蝕。
4. 防止硅酸鹽沉積普通水的問題: 水中的二氧化硅(硅酸鹽) 在高壓鍋爐中溶解度很高,會(huì)溶解在蒸汽中。當(dāng)蒸汽在低壓的汽輪機(jī)中做功時(shí),二氧化硅會(huì)析出,在汽輪機(jī)葉片上形成玻璃狀堅(jiān)硬沉積物,嚴(yán)重破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡,影響出力和效率,清理極其困難。什么是“超純水”?工業(yè)上如何獲得?工業(yè)鍋爐用水(尤其是中高壓鍋爐)并非理論意義上的絕對純水,而是經(jīng)過嚴(yán)格處理的除鹽水或高純水。
主要制備工藝包括:預(yù)處理: 過濾、沉淀,去除懸浮物、膠體。軟化/除鹽:離子交換法: 使用樹脂去除鈣、鎂、鈉等陽離子和氯根、硫酸根等陰離子。反滲透法: 利用高壓使水通過反滲透膜,截留絕大部分(>98%)的溶解鹽和有機(jī)物,這是目前主流的預(yù)脫鹽技術(shù)。深度處理: 將反滲透產(chǎn)水再進(jìn)行電去離子(EDI) 或二級(jí)離子交換,得到電阻率高達(dá)10-18 MΩ·cm的高純水。除氧: 通過熱力除氧器或真空除氧器,物理去除大部分溶解氧。