锅炉炉水水质分析

段淑花

(山西省中小企业监测鉴定中心，山西 太原 030045)

引 言

锅炉是一种燃料燃烧的化学能变为热能的热动力设备，其传能介质原料是水。锅炉用水的水质对其安全运行及能源消耗有很大的影响，若水质不达要求，锅炉就会结垢或腐蚀，不仅浪费燃料，而且会造成设备事故。锅炉炉水处理就是用化学或物理方法清除水中的杂质，防止锅炉结垢，保持锅炉内部的清洁，提高锅炉的热效率，保证锅炉的生产能力和蒸汽品质，防止锅炉的金属腐蚀，保障锅炉安全、经济运行。

1 工艺流程简述

来自1#线的工业水或来自2#线的合成冰机退水首先进入软水站，依次除去水的暂时硬度、水中阳离子、水中阴离子以及CO2后进入浅除盐水箱。用浅除盐水泵通过219线将合格的浅除盐水送入真空除氧。将除氧后的浅除盐水由除氧水泵打入预热线，预热后进入大气除氧器。大气除氧后的水经高压泵加温、加压送入锅炉，满足锅炉生产用水。

普通蒸汽锅炉是以水为介质的。水质评价指标可分为2类:一类是客观反映水中某些杂质含量的成分指标，如氯离子、钙离子等;另一类是为了技术上的需要而反映水质某一方面特性的技术指标，通常用来表示某一物质的总含量，如碱度、磷酸根等。

日常工作中，通常往锅炉内投加磷酸三钠，以保证锅炉各项工艺指标的正常。炉内加药的目的是，通过向锅炉内或锅炉给水中投加一定量的防垢药剂，使炉水中的结垢物质转变成松散的沉渣，通过定期排污将其排出炉外，从而减缓和防止锅炉内结生水垢。该种方法主要是通过向锅炉给水中投药完成水质处理的，因而被人们称为锅炉投药水处理。

2 锅炉水质分析

2.1 碱度的测定(容量法)

碱度是锅炉水处理中一项非常重要的指标。只有准确地测定原水碱度，才能确定水中硬度的组成，为合理选择有效的水处理方法提供依据。水的碱度是指水中含有能接受氢离子的碱性物的物质的量，如，氢氧根、碳酸盐、重碳酸盐、磷酸盐、磷酸氢盐、硅酸盐、硅酸氢盐、亚硫酸盐、氨等，这些物质都是水中常见的碱性物质，它们都能与酸进行反应，故可用适宜的指示剂以标准溶液对它们进行滴定。

碱度可分为酚酞碱度和全碱度2种。酚酞碱度是以酚酞作指示剂时所测出的值，其终点的pH值约为8.3;全碱度是以甲基橙作指示剂测出的值，其终点的pH值约为4.2。若碱度＜0.5 mmol/L，全碱度宜以甲基红-亚甲基蓝作指示剂，终点的pH值约为5.0。

2.1.1 碱度测定所用试剂

酚酞指示剂，化学试剂，北京芳草医药化工研制公司;甲基橙指示剂，化学试剂，北京芳草医药化工研制公司;盐酸标准溶液，标准贮备液，环境保护部标准药品研究所。

2.1.2 实验方法

取100 mL透明水样注入锥形瓶中，加入2滴～3滴1%酚酞指示剂。此时，若溶液显红色，则用0.1 mol/L硫酸标准溶液滴定至恰好无色为止，记录耗酸体积a。在上述锥形瓶中加入甲基橙指示剂，继续用0.1 mol/L硫酸标准溶液滴定至溶液呈橙红色为止，记录第2次耗酸体积b(不包括a)。

水样酚酞碱度(JD)酚、甲基橙碱度(JD)甲和全碱度(JD)全按式(1)～式(3)计算。

式中:M——硫酸标准溶液的浓度，mol/L;

a，b——滴定碱度所消耗硫酸标准溶液的体积，mL;

V——水样体积，mL。

水质标准为炉水碱度≤10 mmol/L。

2.1.3 实验数据(见表1)

表1 碱度测定实验数据

由表1可知，a、b标准偏差分别为式(4)和式(5)。

a、b的相对标准偏差分别为2.0%和2.4%。

2.1.4 数据分析

本实验中所得数据处理后的相对标准偏差分别为2.0%和2.4%，而一般实验室要求同一试样分析数据间的相对标准偏差≤0.4%，说明此实验分析方法的精密度不高，存在系统误差。因此，只有消除测定过程中的系统误差，才能提高分析结果的准确度。

锅炉水的总碱度太低，即pH值低，会造成锅炉的酸性腐蚀和CaSO4水垢;锅炉水总碱度太高，则会使锅炉表面产生泡沫，恶化蒸汽品质，引起汽水共腾。同时，水解所得 OH－太多，造成锅炉的碱性腐蚀。

为了确保防垢效果，防止锅炉腐蚀和蒸汽品质恶化，必须把锅炉的碱度控制在水质标准规定的范围内。

2.2 磷酸根的测定(磷钒钼磺比色法)

2.2.1 测定原理

在c(1/2H2SO4)=0.6 mol/L的酸度下，磷酸盐与钼酸盐、偏钒酸盐形成黄色的磷钒钼酸，其反应式为(Ⅰ)。

磷钒钼酸可在420 nm的波长下测定。

2.2.2 仪器和试剂

721分光光度计，上海菁华科技有限公司。

磷酸盐贮备溶液，环境保护部标准药品研究所;磷酸盐工作溶液，使用时现配;钼酸铵，分析纯 ，北京化工厂;偏钒酸铵，分析纯，北京化工厂;硫酸，分析纯，北京化工厂。

2.2.3 实验方法

取水样于50 mL比色管中，加入5 mL钒钼酸铵，摇匀，放置2 min后同标准色进行比色。水中磷酸盐质量浓度按式(6)计算。

式中:a——与水样颜色相当的标准色中加入的磷酸工作溶液的体积，mL;

V——水样的体积，mL。

水质标准为ρ(炉水盐段磷酸根)＞75 mg/L。

2.2.4 实验数据(见表2)

表2 磷酸根测定实验数据

由表2可得标准偏差为式(7)，相对标准偏差为 8.3%。

2.2.5 数据分析

本实验中所得数据处理后的相对标准偏差值为8.3%，而一般实验室内要求同一试样分析数据的相对标准偏差应低于5%，说明此实验分析方法的精密度不高，存在系统误差。因此，必须消除测定过程中的系统误差，才能提高分析结果的准确度。

2.3 pH值的测定(酸度计法)

当氢离子选择电极——pH值电极与甘汞参比电极同时浸入水溶液后，即组成测量电池。其中，pH值电极的电位随溶液中氢离子的活度而变化。用一台高输入阻抗的毫伏计测量，即可获得同水溶液中氢离子活度相对应的电极电位，以pH值表示。

2.3.1 仪器及药品

酸度计，pHS-2F型，上海精密科学仪器有限公司;复合玻璃电极，E-201-C-9型，上海罗素科技有限公司。

邻苯二甲酸氢钾，pH缓冲剂，上海虹北试剂有限公司;混合磷酸盐，pH缓冲剂，上海虹北试剂有限公司;四硼酸钠，pH缓冲剂，上海虹北试剂有限公司。

2.3.2 实验方法

将复定位后的电极和测试烧杯反复用蒸馏水冲洗2次以上，再用被测水样冲洗2次以上，将电极浸入被测溶液中，即可读取仪表指示的pH值。测定完毕后，将电极用蒸馏水反复冲洗干净，并将pH值电极浸泡在蒸馏水中备用。

水质标准:pH=9.0 ～11.5。

2.3.3 实验数据(见表3)

表3 pH值测定实验数据

由表3可得标准偏差为式(8)，相对标准偏差为 0.35%。

2.3.4 数据分析

pH值的测定是判断炉水指标的一个重要因素。炉水的pH值低，水中氢离子浓度大，会造成氢离子的去极化腐蚀，即酸性腐蚀;太低时，还会结CaCO3水垢。炉水的pH值太高，炉水中有过多的氢氧根离子存在，会使锅炉金属表面的Fe3O4保护膜遭到破坏，金属表面裸露在高温水中，引起碱性腐蚀。而且，铁与NaOH会直接反应生成亚铁酸钠。亚铁酸钠在高pH值的溶液中是可溶性的，腐蚀愈强烈。所以，pH值太高时，说明炉水中有过量的NaOH存在，不仅会恶化蒸汽品质，而且可能使炉水的相对碱度增高，成为造成苛性脆化的条件。

本实验中所得数据处理后的相对标准偏差值为0.35%，而一般实验室要求同一试样分析数据间的相对标准偏差为0.4%，说明此实验分析方法的精密度高，不存在系统误差，符合实验室内要求的同一试样分析。

3 结束语

1)加入各种试剂的量对测定灵敏度有影响。各种试剂加入的顺序也很重要，不能随意更改。

2)此方法适合于对炉水的一般工业分析。为了维持锅炉系统使用寿命，必须严格控制好各项工艺指标，从而指导锅炉安全、经济运行。

3)此分析方法的精密度不高，还需进一步改进，以尽可能地消除系统误差，提高分析的准确性。

［1］国家环保总局.水和废水监测分析方法［M］.第4版.北京:中国环境科学出版社，2002.

［2］邹学贤.分析化学［M］.北京:化学工业出版社，2006.