鍋爐爐水水質(zhì)分析

段淑花

(山西省中小企業(yè)監(jiān)測鑒定中心，山西 太原 030045)

引 言

鍋爐是一種燃料燃燒的化學(xué)能變?yōu)闊崮艿臒釀恿υO(shè)備，其傳能介質(zhì)原料是水。鍋爐用水的水質(zhì)對其安全運行及能源消耗有很大的影響，若水質(zhì)不達(dá)要求，鍋爐就會結(jié)垢或腐蝕，不僅浪費燃料，而且會造成設(shè)備事故。鍋爐爐水處理就是用化學(xué)或物理方法清除水中的雜質(zhì)，防止鍋爐結(jié)垢，保持鍋爐內(nèi)部的清潔，提高鍋爐的熱效率，保證鍋爐的生產(chǎn)能力和蒸汽品質(zhì)，防止鍋爐的金屬腐蝕，保障鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運行。

1 工藝流程簡述

來自1#線的工業(yè)水或來自2#線的合成冰機(jī)退水首先進(jìn)入軟水站，依次除去水的暫時硬度、水中陽離子、水中陰離子以及CO2后進(jìn)入淺除鹽水箱。用淺除鹽水泵通過219線將合格的淺除鹽水送入真空除氧。將除氧后的淺除鹽水由除氧水泵打入預(yù)熱線，預(yù)熱后進(jìn)入大氣除氧器。大氣除氧后的水經(jīng)高壓泵加溫、加壓送入鍋爐，滿足鍋爐生產(chǎn)用水。

普通蒸汽鍋爐是以水為介質(zhì)的。水質(zhì)評價指標(biāo)可分為2類:一類是客觀反映水中某些雜質(zhì)含量的成分指標(biāo)，如氯離子、鈣離子等;另一類是為了技術(shù)上的需要而反映水質(zhì)某一方面特性的技術(shù)指標(biāo)，通常用來表示某一物質(zhì)的總含量，如堿度、磷酸根等。

日常工作中，通常往鍋爐內(nèi)投加磷酸三鈉，以保證鍋爐各項工藝指標(biāo)的正常。爐內(nèi)加藥的目的是，通過向鍋爐內(nèi)或鍋爐給水中投加一定量的防垢藥劑，使?fàn)t水中的結(jié)垢物質(zhì)轉(zhuǎn)變成松散的沉渣，通過定期排污將其排出爐外，從而減緩和防止鍋爐內(nèi)結(jié)生水垢。該種方法主要是通過向鍋爐給水中投藥完成水質(zhì)處理的，因而被人們稱為鍋爐投藥水處理。

2 鍋爐水質(zhì)分析

2.1 堿度的測定(容量法)

堿度是鍋爐水處理中一項非常重要的指標(biāo)。只有準(zhǔn)確地測定原水堿度，才能確定水中硬度的組成，為合理選擇有效的水處理方法提供依據(jù)。水的堿度是指水中含有能接受氫離子的堿性物的物質(zhì)的量，如，氫氧根、碳酸鹽、重碳酸鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、硅酸鹽、硅酸氫鹽、亞硫酸鹽、氨等，這些物質(zhì)都是水中常見的堿性物質(zhì)，它們都能與酸進(jìn)行反應(yīng)，故可用適宜的指示劑以標(biāo)準(zhǔn)溶液對它們進(jìn)行滴定。

堿度可分為酚酞堿度和全堿度2種。酚酞堿度是以酚酞作指示劑時所測出的值，其終點的pH值約為8.3;全堿度是以甲基橙作指示劑測出的值，其終點的pH值約為4.2。若堿度＜0.5 mmol/L，全堿度宜以甲基紅-亞甲基藍(lán)作指示劑，終點的pH值約為5.0。

2.1.1 堿度測定所用試劑

酚酞指示劑，化學(xué)試劑，北京芳草醫(yī)藥化工研制公司;甲基橙指示劑，化學(xué)試劑，北京芳草醫(yī)藥化工研制公司;鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)貯備液，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)藥品研究所。

2.1.2 實驗方法

取100 mL透明水樣注入錐形瓶中，加入2滴～3滴1%酚酞指示劑。此時，若溶液顯紅色，則用0.1 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至恰好無色為止，記錄耗酸體積a。在上述錐形瓶中加入甲基橙指示劑，繼續(xù)用0.1 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈橙紅色為止，記錄第2次耗酸體積b(不包括a)。

水樣酚酞堿度(JD)酚、甲基橙堿度(JD)甲和全堿度(JD)全按式(1)～式(3)計算。

式中:M——硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L;

a，b——滴定堿度所消耗硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL;

V——水樣體積，mL。

水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為爐水堿度≤10 mmol/L。

2.1.3 實驗數(shù)據(jù)(見表1)

表1 堿度測定實驗數(shù)據(jù)

由表1可知，a、b標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為式(4)和式(5)。

a、b的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.0%和2.4%。

2.1.4 數(shù)據(jù)分析

本實驗中所得數(shù)據(jù)處理后的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.0%和2.4%，而一般實驗室要求同一試樣分析數(shù)據(jù)間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.4%，說明此實驗分析方法的精密度不高，存在系統(tǒng)誤差。因此，只有消除測定過程中的系統(tǒng)誤差，才能提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

鍋爐水的總堿度太低，即pH值低，會造成鍋爐的酸性腐蝕和CaSO4水垢;鍋爐水總堿度太高，則會使鍋爐表面產(chǎn)生泡沫，惡化蒸汽品質(zhì)，引起汽水共騰。同時，水解所得 OH－太多，造成鍋爐的堿性腐蝕。

為了確保防垢效果，防止鍋爐腐蝕和蒸汽品質(zhì)惡化，必須把鍋爐的堿度控制在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.2 磷酸根的測定(磷釩鉬磺比色法)

2.2.1 測定原理

在c(1/2H2SO4)=0.6 mol/L的酸度下，磷酸鹽與鉬酸鹽、偏釩酸鹽形成黃色的磷釩鉬酸，其反應(yīng)式為(Ⅰ)。

磷釩鉬酸可在420 nm的波長下測定。

2.2.2 儀器和試劑

721分光光度計，上海菁華科技有限公司。

磷酸鹽貯備溶液，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)藥品研究所;磷酸鹽工作溶液，使用時現(xiàn)配;鉬酸銨，分析純 ，北京化工廠;偏釩酸銨，分析純，北京化工廠;硫酸，分析純，北京化工廠。

2.2.3 實驗方法

取水樣于50 mL比色管中，加入5 mL釩鉬酸銨，搖勻，放置2 min后同標(biāo)準(zhǔn)色進(jìn)行比色。水中磷酸鹽質(zhì)量濃度按式(6)計算。

式中:a——與水樣顏色相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)色中加入的磷酸工作溶液的體積，mL;

V——水樣的體積，mL。

水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為ρ(爐水鹽段磷酸根)＞75 mg/L。

2.2.4 實驗數(shù)據(jù)(見表2)

表2 磷酸根測定實驗數(shù)據(jù)

由表2可得標(biāo)準(zhǔn)偏差為式(7)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 8.3%。

2.2.5 數(shù)據(jù)分析

本實驗中所得數(shù)據(jù)處理后的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為8.3%，而一般實驗室內(nèi)要求同一試樣分析數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)低于5%，說明此實驗分析方法的精密度不高，存在系統(tǒng)誤差。因此，必須消除測定過程中的系統(tǒng)誤差，才能提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.3 pH值的測定(酸度計法)

當(dāng)氫離子選擇電極——pH值電極與甘汞參比電極同時浸入水溶液后，即組成測量電池。其中，pH值電極的電位隨溶液中氫離子的活度而變化。用一臺高輸入阻抗的毫伏計測量，即可獲得同水溶液中氫離子活度相對應(yīng)的電極電位，以pH值表示。

2.3.1 儀器及藥品

酸度計，pHS-2F型，上海精密科學(xué)儀器有限公司;復(fù)合玻璃電極，E-201-C-9型，上海羅素科技有限公司。

鄰苯二甲酸氫鉀，pH緩沖劑，上海虹北試劑有限公司;混合磷酸鹽，pH緩沖劑，上海虹北試劑有限公司;四硼酸鈉，pH緩沖劑，上海虹北試劑有限公司。

2.3.2 實驗方法

將復(fù)定位后的電極和測試燒杯反復(fù)用蒸餾水沖洗2次以上，再用被測水樣沖洗2次以上，將電極浸入被測溶液中，即可讀取儀表指示的pH值。測定完畢后，將電極用蒸餾水反復(fù)沖洗干凈，并將pH值電極浸泡在蒸餾水中備用。

水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):pH=9.0 ～11.5。

2.3.3 實驗數(shù)據(jù)(見表3)

表3 pH值測定實驗數(shù)據(jù)

由表3可得標(biāo)準(zhǔn)偏差為式(8)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.35%。

2.3.4 數(shù)據(jù)分析

pH值的測定是判斷爐水指標(biāo)的一個重要因素。爐水的pH值低，水中氫離子濃度大，會造成氫離子的去極化腐蝕，即酸性腐蝕;太低時，還會結(jié)CaCO3水垢。爐水的pH值太高，爐水中有過多的氫氧根離子存在，會使鍋爐金屬表面的Fe3O4保護(hù)膜遭到破壞，金屬表面裸露在高溫水中，引起堿性腐蝕。而且，鐵與NaOH會直接反應(yīng)生成亞鐵酸鈉。亞鐵酸鈉在高pH值的溶液中是可溶性的，腐蝕愈強(qiáng)烈。所以，pH值太高時，說明爐水中有過量的NaOH存在，不僅會惡化蒸汽品質(zhì)，而且可能使?fàn)t水的相對堿度增高，成為造成苛性脆化的條件。

本實驗中所得數(shù)據(jù)處理后的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為0.35%，而一般實驗室要求同一試樣分析數(shù)據(jù)間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.4%，說明此實驗分析方法的精密度高，不存在系統(tǒng)誤差，符合實驗室內(nèi)要求的同一試樣分析。

3 結(jié)束語

1)加入各種試劑的量對測定靈敏度有影響。各種試劑加入的順序也很重要，不能隨意更改。

2)此方法適合于對爐水的一般工業(yè)分析。為了維持鍋爐系統(tǒng)使用壽命，必須嚴(yán)格控制好各項工藝指標(biāo)，從而指導(dǎo)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運行。

3)此分析方法的精密度不高，還需進(jìn)一步改進(jìn)，以盡可能地消除系統(tǒng)誤差，提高分析的準(zhǔn)確性。

［1］國家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［2］鄒學(xué)賢.分析化學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.