為了工業鍋爐安全、高效運行,使用普通水相當于在鍋爐內部“埋雷”,而超純水則是為了拆除這些“雷”。主要原因可以歸結為以下幾點,都與普通水中所含的雜質有關:
1. 防止結垢普通水的問題: 普通水中含有鈣、鎂等硬度離子。在高溫高壓下,這些離子會與碳酸根、硫酸根等結合,形成堅硬、致密的水垢(主要成分為碳酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等)。
結垢的四大危害:嚴重降低熱效率: 水垢的導熱能力極差,不到鋼材的1%。1毫米厚的水垢就能使燃料消耗增加5%~8%。這會造成巨大的能源浪費。導致金屬過熱,引發爆管: 水垢像一層“保溫棉”,阻礙熱量傳遞給爐水,導致金屬管壁溫度急劇升高。鋼材在高溫下強度下降,在內部壓力作用下,可能發生鼓包、變形,終導致爆管等災難性事故。影響水循環: 水垢會堵塞管道,破壞鍋爐正常的水循環。縮短鍋爐壽命: 反復的結垢和清洗(尤其是酸洗)會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、硅化物等雜質會提高爐水的表面張力,在蒸發面產生大量、穩定的泡沫。汽水共騰的危害: 這些泡沫會隨著蒸汽一起進入蒸汽管道和下游設備(如汽輪機)。這會導致:蒸汽品質惡化: 濕蒸汽會損壞精密設備(如汽輪機葉片)。水位控制失靈: 虛假水位導致自動控制系統誤動作。鹽分在過熱器和汽輪機中沉積: 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,它們會與鋼鐵發生電化學反應,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,水處理過程還會通過除氧器、添加化學除氧劑(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,會溶解在蒸汽中。當蒸汽在低壓的汽輪機中做功時,二氧化硅會析出,在汽輪機葉片上形成玻璃狀堅硬沉積物,嚴重破壞轉子的動平衡,影響出力和效率,清理極其困難。什么是“超純水”?工業上如何獲得?工業鍋爐用水(尤其是中高壓鍋爐)并非理論意義上的絕對純水,而是經過嚴格處理的除鹽水或高純水。
主要制備工藝包括:預處理: 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%)的溶解鹽和有機物,這是目前主流的預脫鹽技術。深度處理: 將反滲透產水再進行電去離子(EDI) 或二級離子交換,得到電阻率高達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。