锅炉节能节水及废水近零排放技术

1.《锅炉节能节水与废水近零排放技术》的技术先进，为工业锅炉节能减排提供了新工艺、新技术。
2.《锅炉节能节水与废水近零排放技术》作者是锅炉节能节水运行、防腐及清洗方面的专家。2005年被授予中国防腐蚀大师。获得多项国家技术发明奖。
3.该书解密了一项国家专利，是锅炉节水与废水方面的重要发明。
 

《锅炉节能节水及废水近零排放技术》公开了一项国家发明的秘密，诠释了GB/T 29052的源技术锅炉节能节水及废水近零排放的原理和实施方法，包括锅炉闭路循环运行新工艺开发、系统平衡技术、核态清洗强化技术、加氧防腐阻垢技术、乏汽热及凝结水回收技术、露点腐蚀控制及烟气余热回收技术、锅炉闭路循环运行新工艺的应用等。
本书可作为从事锅炉运行操作、管理的技术人员的培训教材，也可供大专院校锅炉、暖通、能源、环境、材料、化工等专业师生及专业设计人员使用参考。

魏刚，北京化工大学，教授，主任，1944年出生，教授，北京化工大学水处理工程研究中心主任，金属表面工程系主任。从1976年中国水处理技术起步起，一直从事水污染防治的科研与教学工作，在大型化工装置试车废水污染防治、尿素生产装置工艺废水污染防治、废水零排放等领域取得了一系列成果，获得国家发明奖三等奖3项，国家技术发明奖二等奖1项，国家优 秀新产品奖1项，国家发明专利授权16项。其科技成果已在全国23个省市推广应用，成为中国蓝星等500余家企业的技术支撑，某些技术已推广到美国等发达国家。1986年被授予国 家 级有突出贡献专家，1991年享受政府特殊津贴，2005年被授予中国防腐蚀大师。已发表学术论文130余篇，合著8部。其著作与科研紧密结合，反映本领域理论和技术发展的前沿。其专著《热水锅炉防腐阻垢技术》被作为新技术推广的教材，对提升行业技术水平起了重大作用，出版后供不应求，2010年已脱销；其参编的《水处理化学品手册》获化工部图书奖；其参编的《化工百科全书》获国家图书奖。

第1篇基础篇001

第1章锅炉与锅炉运行技术基础002

1.1锅炉的定义、组成及分类002

1.1.1锅炉的定义002

1.1.2锅炉的组成002

1.1.3锅炉的分类002

1.2锅炉型号003

1.3锅炉分类005

1.3.1烟管锅炉006

1.3.2烟管水管组合锅炉009

1.3.3水管锅炉010

1.4锅炉水处理017

1.4.1锅炉水处理的必要性017

1.4.2国内外现状017

1.4.3离子交换法阻垢技术018

1.4.4膜分离法阻垢技术019

1.4.5除氧器除氧剂法防腐技术019

1.4.6锅内加药法防腐阻垢技术020

1.4.7凝结水回收技术021

1.4.8停用锅炉的防腐保养021

1.4.9锅炉水处理技术的发展方向021

参考文献022

第2章锅炉腐蚀与防护技术基础023

2.1概述023

2.2化学腐蚀024

2.2.1金属的高温氧化倾向024

2.2.2金属的高温氧化膜024

2.2.3锅炉金属的高温氧化025

2.3电化学腐蚀026

2.3.1电极电位026

2.3.2电化学腐蚀的发生029

2.3.3腐蚀电池的概念029

2.3.4氢去极化腐蚀035

2.3.5氧去极化腐蚀037

2.3.6氢去极化腐蚀与氧去极化腐蚀的简单比较039

2.3.7不同控制情况下的腐蚀极化图039

2.4金属的钝化040

2.4.1钝化现象040

2.4.2金属钝化的理论041

2.4.3钝性金属的极化特性041

2.4.4影响金属钝化的因素042

2.5锅炉腐蚀评定043

2.5.1概述043

2.5.2评定方法043

2.5.3腐蚀速度的表示方法048

2.5.4腐蚀评定标准050

2.6腐蚀控制051

参考文献053

第2篇传统的锅炉运行技术054

第3章传统的锅炉防腐蚀技术055

3.1除氧器法锅炉防腐技术055

3.1.1概述055

3.1.2热力除氧器055

3.1.3真空除氧器059

3.1.4解吸除氧器059

3.1.5树脂除氧器062

3.1.6钢屑除氧器064

3.1.7海绵铁除氧器065

3.1.8小结065

3.2除氧剂法锅炉防腐技术066

3.2.1除氧剂法066

3.2.2除氧剂068

3.2.3亚硫酸盐法075

3.2.4催化亚硫酸盐法078

3.2.5稳定亚硫酸盐法079

3.2.6亚硫酸盐的氧化失效机理及防止方法081

3.2.7亚硫酸盐的防腐蚀机理084

3.3缓蚀剂法锅炉防腐技术089

3.3.1概述089

3.3.2缓蚀原理093

3.3.3品种097

3.3.4应用105

3.4停用锅炉腐蚀控制110

3.4.1停用锅炉的腐蚀原因110

3.4.2停用锅炉的传统保护方法111

3.4.3气相缓蚀剂法113

3.4.4DICHAN用于设备保护的研究117

3.4.5CHC用于设备的防腐保护126

3.4.6BF605用于设备保护130

3.4.7TH901法136

3.4.8水溶性缓蚀剂法137

参考文献138

第4章传统的锅炉阻垢技术141

4.1软化法锅炉阻垢技术141

4.1.1概述141

4.1.2离子交换树脂142

4.1.3离子交换装置150

4.1.4离子交换装置的选择159

4.1.5离子交换法的局限性160

4.2反渗透法162

4.2.1概述162

4.2.2反渗透膜的理论模型162

4.2.3反渗透膜及反渗透膜元件163

4.2.4反渗透的技术性能164

4.2.5影响反渗透分离性能的因素166

4.2.6典型的反渗透工艺167

4.2.7反渗透膜的污染与处理168

4.2.8反渗透装置进水的预处理169

4.2.9反渗透装置的清洗170

4.3连续电解除盐技术171

4.3.1概述171

4.3.2EDI组成171

4.3.3EDI工作原理172

4.3.4EDI工作参数173

4.3.5EDI装置的优缺点173

参考文献174

第3篇锅炉闭路循环运行新工艺175

第5章锅炉闭路循环运行新工艺开发176

5.1锅炉大量排污的成因分析176

5.2实现废水近零排放的总体方案与原理176

5.2.1基本方案与原理176

5.2.2低压蒸汽锅炉177

5.2.3热水锅炉177

5.2.4中压锅炉及其热电联产机组179

5.2.5高压锅炉及其发电机组179

5.3实现废水近零排放的前提条件180

参考文献181

第6章系统平衡技术183

6.1概述183

6.2相与相平衡183

6.3相图184

6.4相图研究中的重要原理和规则184

6.5相平衡体系的有关特性185

6.5.1单组分体系186

6.5.2多组分体系187

6.6相图的绘制及分析187

6.6.1(NH4)2SO4H2O体系相图187

6.6.2NaClH2O体系相图189

6.7系统平衡装置190

6.7.1D系列系统平衡装置190

6.7.2W系列系统平衡装置191

6.7.3Z系列系统平衡装置192

6.7.4G系列系统平衡装置193

参考文献194

第7章核态清洗强化技术196

7.1概述196

7.2化学清洗技术196

7.2.1化学清洗的目的和意义196

7.2.2化学清洗的一般过程196

7.2.3清洗剂199

7.2.4清洗缓蚀剂209

7.2.5润湿剂228

7.2.6钝化剂233

7.2.7其他助剂234

7.2.8化学清洗的发展趋势238

7.3化学清洗时机的确定239

7.3.1新装设备的清洗239

7.3.2定期清洗239

7.3.3根据结垢量决定清洗时机240

7.3.4根据设备运行参数决定清洗时机241

7.3.5从经济上考虑241

7.4主流水清洗和核态清洗242

7.4.1主流水清洗242

7.4.2核态清洗242

7.5核态清洗强化244

参考文献245

第8章加氧防腐阻垢技术246

8.1概述246

8.2阻垢剂技术246

8.2.1阻垢剂的种类246

8.2.2阻垢剂的作用原理249

8.2.3阻垢剂251

8.2.4阻垢剂的可生物降解性265

8.2.5绿色化学与水处理剂的发展方向270

8.3超纯水加氧防腐阻垢技术273

8.3.1超纯水加氧防腐阻垢技术开发273

8.3.2加氧处理原理274

8.3.3加氧处理的影响因素274

8.3.4加氧处理的优点275

8.3.5加氧技术的应用275

8.3.6加氧技术的主要特点276

8.3.7加O2还是加H2O2276

8.3.8AVT与CWT的比较276

8.4非超纯水加氧防腐阻垢技术277

8.4.1加氧防腐阻垢剂研发277

8.4.2加氧防腐阻垢剂性能测试278

8.4.3性能测试结果279

8.4.4加氧剂的防腐蚀机理282

8.4.5加氧剂的阻垢作用机理282

8.4.6加氧防腐阻垢剂的使用方法284

8.4.7加氧防腐阻垢剂的使用效果284

参考文献285

第9章乏汽热及凝结水回收技术287

9.1概述287

9.2凝结水回收系统的设计287

9.2.1开式回收系统287

9.2.2闭式回收系统288

9.2.3凝结水的利用方式289

9.3凝结水回收设备290

9.3.1疏水器290

9.3.2凝结水泵295

9.3.3凝结水箱与凝结水回收器296

9.3.4热泵297

9.4凝结水系统的腐蚀与防护300

9.4.1凝结水系统的腐蚀300

9.4.2凝结水腐蚀的传统防护方法301

9.4.3超分子缓蚀剂法防腐蚀技术302

9.5污染凝结水的精制303

9.5.1凝结水的腐蚀产物污染303

9.5.2凝结水的油污染303

9.5.3凝结水除铁304

9.5.4凝结水除油305

参考文献307

第10章露点腐蚀控制及烟气余热回收技术308

10.1概述308

10.2露点腐蚀308

10.2.1烟气中三氧化硫的发生308

10.2.2烟气的露点309

10.2.3烟气的露点腐蚀310

10.3烟气露点腐蚀控制及烟气余热回收的一般方法311

10.4纳米膜法烟气露点腐蚀控制及烟气余热回收方法312

参考文献314

第11章锅炉闭路循环运行新工艺的应用315

11.1概述315

11.23×35t/h蒸汽锅炉示范工程316

11.2.1基础资料和参数316

11.2.2工程方案317

11.2.3实施效果319

11.2.4直接经济效益320

11.2.5环境效益321

11.33×20t/h蒸汽锅炉示范工程321

11.3.1基础资料和参数321

11.3.2首期工程322

11.3.3二期工程323

11.3.4实施效果324

11.3.5直接经济效益324

11.3.6环境效益325

11.44×7MW热水锅炉示范工程326

11.4.1基础资料和参数326

11.4.2工程方案326

11.4.3实施效果327

11.4.4直接经济效益328

11.52×60t/h中压热电联产机组示范工程328

11.5.1基础资料和参数328

11.5.2工程方案329

11.5.3实施效果331

11.5.4直接经济效益331

11.5.5环境效益333

11.62×300MW火力发电机组示范工程333

11.6.1概述333

11.6.2基础资料和参数333

11.6.3工程方案335

11.6.4预期技术经济指标337

11.6.5预期直接经济效益337

11.6.6预期环境效益339

参考文献339

锅炉是工业的心脏，是火力发电行业、热力生产和供应行业的核心设备，我国的用量达60余万台。
水是锅炉的工质。但自来水中含有钙、镁等能够导致结垢的物质，含有溶解氧等能够导致腐蚀的物质，存在碱度等可能引起蒸汽污染的物质。为了保证锅炉安全，锅炉用水必须精制到一定标准并在运行中必须排污以除掉残留杂质和腐蚀产物。正如文献描述：锅炉排污是瓦特发明蒸汽机后人们用血的教训换来的经验。排污向来被看成天经地义的工序，保证锅炉运行安全必不可少的措施。
目前锅炉先进的运行模式是软化（除盐）除氧排污技术，即采用软化（除盐）法除去水中的钙、镁等成垢离子以防止结垢，采用除氧法除去水中的溶解氧以防止腐蚀，采用连续排污和定期排污除去锅炉水中过高的悬浮物、碱度和溶解固形物等杂质以防止锅炉腐蚀、结垢和蒸汽污染，保证锅炉水质和工况。
软化（除盐）除氧排污工艺使锅炉的安全性、经济性大大提高，同时使锅炉系统在使用过程中需要排放大量废水。我国工业蒸汽锅炉行业用水量的统计数据为每吨蒸汽1.4～1.8m3。这一数据稍高于发达国家，低于发展中国家，且已被包括我国在内的许多国家列入用水量定额，以法规的形式固定下来。我国已发布的用水量定额是每吨蒸汽1.5～1.7m3。国家环境保护总局（现环保部）发布的火力发电行业的废水排放标准为3.5m3/（MW·h）。
早在20世纪70年代，美国一些州就制定了限制离子交换废水和锅炉水直排以防止淡水咸化、腐蚀产物污染和热污染的法律。其后，类似法规在发达国家相继出台，锅炉废水近零排放成为业界一直追求的目标，美国、英国、日本、德国、加拿大等国均在致力研究，在水软化（除盐）技术、除氧技术等单项技术上获得了不少成果，但由于零排放技术的难度十分大，技术集成要求高，至今在总体技术上尚未取得重大进展。
“十五”期间，在国家科技部和北京市科技委员会支持下，本课题组完成了“工业蒸汽锅炉节水成套技术开发及应用研究”。该项目突破了锅炉必须排污的观念和传统，首创了废水排放近零的锅炉闭路循环运行新工艺和实施方法，主要技术经济指标显著优于国内外同类技术，解决了锅炉水耗、能耗居高不下等难题，经济社会效益十分显著，对锅炉的安全运行，节水节能，保护环境，提升行业技术水平具有重大意义，于2007年获得国家技术发明奖二等奖，以本成果为源技术的新的国家标准（GB/T 29052—2012）已经发布，目前已建立低压锅炉、中压热电联产机组应用示范工程120余套，部分技术已在火电厂高压发电机组应用。
《锅炉节能节水及废水近零排放技术》公开了该项国家发明的秘密，诠释了GB/T 29052的源技术锅炉节能节水及废水近零排放技术的原理和实施方法，包括锅炉闭路循环运行新工艺开发、系统平衡技术、核态清洗强化技术、加氧防腐阻垢技术、乏汽热及凝结水回收技术、露点腐蚀控制及烟气余热回收技术、锅炉闭路循环运行新工艺的应用等。为执行新的国家标准，使科技成果尽快转化为生产力，实现我国锅炉运行技术的更新换代，特将该发明的资料总结成册。全书分为3篇11章，第1、4、7章由王骄玲、郭元亮撰写，第2、3、6章由李文军、胡迁林、刘久贵、魏刚撰写，第5、8、9、10、11章由魏云鹏、金广见、辛岳红、苗金明撰写，后由魏刚统筹修改审定。
本书撰写过程中得到国家科技部、国家环境保护部、国家质量技术监督检验局、中国石油和化学工业协会、中国锅炉水处理协会等部门的许多领导的关心和支持，在此表示深切的感谢。
由于作者工作繁忙，本书只能利用业余时间完成，再加上作者水平有限，不妥之处在所难免，望读者批评指正。

编著者
2016年5月