節能技術手冊.五、水質管理 (2)二.~二 -2
鍋爐用水
節能技術手冊.五、水質管理—(主索引) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
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水處理技術系列：1.空調水質污染計算、2.EER問題與改善方法.原理、3~4.化工技術解說(1)、(2)、5.空調技師-水處理設計技術、6承包商水處理技術、7水處理.實用技術及市場狀況
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工程效益系列：費用展開表、工程經濟效益評比、偷工減料、損害業主權益
EER改善成效檢驗系列：懶人包(0)、(1)、(2)、穩態EER技術(1)、(2)、(3)
成效驗析實務系列：EER驗證分析實務(1)、(2)、EER驗證分析系統畫面(新版)
趨近溫度系列：趨近溫度的謬思(1)、(2)、(3)原來一直都錯了、(4)謬思的實證
防蝕技術系列：1腐蝕測試.SOP、2腐蝕試片、3腐蝕照片與防蝕效益、4冷卻水管腐蝕破管
防蝕效益系列：1冷卻水處理腐蝕率標準、2水處理防蝕經濟效益技術
法令系列：1水處理採購與法令、2水處理與能源管理法、3水處理與技師法、4.EER工程帶動空調產業發展、5.ESCO產業發展的契機、6水處理與偽造文書、7承商水處理技術
業主系列：1主機EER改善.第一步、2業主進階技術、3基本功、4業主再進階技術、5運轉EER改善專案、6精明購買家.知識經濟、7.CUS/EUS發包範例.解說、8水處理送審範例解說
監造系列：搶標下.業主監造技術(1)、(2)、(3)
【大綱】 在假貨充斥空調水處理業中，新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
(二) 鍋爐用水 二-1. 鍋爐水質指標 二-2. 鍋爐用水處理概說
2.1. 鍋爐水內處理
2.2. 磷酸鈉與亞硫酸鈉之添加方法(鍋爐使用)
2.3. 磷酸鈉與亞硫酸鈉添加之操作和控制技術
註：本文含有1個有機物中文學名 ，以網路htm格式表達成為？符號，無法正確顯示，因此將文字拆成左右兩半(酉太)，括號內的兩字合併即為問號內的字。請讀者自行合併。
【內文】 在假貨充斥空調水處理業中，新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
30~40年來空調業界的雙重困擾之處，尤其是施工採購送審未達CNS 12575防垢成效標準卻假冒者，就是不真、就是假貨，充斥在空調水處理工項中，毋庸贅述。
要言之，防垢成效檢驗技術如下，此可由本公司研發成功的M&V節能量測驗析軟體的518,400筆/年運轉資料庫依序提供：
1. EER量測(CNS 12575)取得動態EER→
2. 依水溫負載群組→取得穩態EER→
3. 依相同水溫負載及週、月、季、半年、年之時序做比較分析→
4. 由比較分析結果確定防垢成效；之此系列技術。
進言之，本技術之實務與解說參見超連結；又，M&V節能量測驗析軟體為其進階的應用實務技術，可提供快速且正確的防垢成效檢驗結果。
(二)鍋爐用水
鍋爐用水有一定之要求，否則會因結垢、腐蝕等引起鍋爐效率的下降、爐管破裂等問題。
二-1.鍋爐水質指標
表1 鍋爐水質指標
|
水質指標 |
常用單位 |
水質指標 |
常用單位 |
水質指標 |
常用單位 |
水質指標 |
常用單位 |
|
總固體含量 |
mg/l |
鈣 |
mg/l |
氯離子 |
mg/l |
碳酸鹽硬度 |
mg/l |
|
溶解固體含量 |
mg/l |
鎂 |
mg/l |
硫酸根 |
mg/l |
非碳酸鹽硬度 |
mg/l |
|
懸浮物 |
mg/l |
鈉 |
mg/l |
硝酸根 |
mg/l |
化學需氧量 |
mg/l |
|
濁度 |
FTU |
鐵 |
mg/l |
二氧化矽 |
mg/l |
生物需氧量 |
mg/l |
|
含鹽量 |
mg/l |
鋁 |
mg/l |
亞硝酸根 |
mg/l |
油脂量 |
mg/l |
|
燃燒殘渣 |
mg/l |
氨 |
mg/l |
磷酸根 |
mg/l |
二氧化碳 |
mg/l |
|
導電度 |
μS/cm |
碳酸氫根 |
mg/l |
總鹼度 |
mg/l |
溶存氧含量 |
mg/l |
|
pH值 |
|
碳酸根 |
mg/l |
總硬度 |
mg/l |
|
|
註：1.硬度單位各國不盡相同，美國採ppm as CaCO3，德國採德國度(1德國度表1公升水液中含10 mg之氧化鈣者)，日本採mg CaCO3/l。此些單位間之關係為
1 mmol/l＝2.8°G(德國度)＝50 ppm as CaCO3
2. 鈣鹽為Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、CaCl2等之總稱，鎂鹽為Mg(HCO3)2、MgCO3、MgSO4、MgCl2等之總稱：碳酸鹽為Ca(HCO3)2、CaCO3、Mg(HCO3)2、MgCO3等之總稱，非碳酸鹽為CaSO4、CaCl2、MgSO4、MgCl2等之總稱。鈣鹽、鎂鹽屬陽離子，碳酸鹽、非碳酸鹽屬陰離子。
3. 一水樣中氫氧鹼度與碳酸氫鹽不會同時存在，因此只能存在氫氧鹼度與碳酸氫鹼度或碳酸鹽鹼度與碳酸氫鹽，以及三種鹼度中單獨存在一種。其彼此間之關係為
|
鹼度成份 |
測定結果 |
||||
|
P＞M |
P＝M |
P＝0 |
P＜M |
M＝0 |
|
|
含量 mg/l as CaCO3 |
|||||
|
氫氧根 |
不存在 |
M |
0 |
0 |
0 |
|
碳酸根 |
0 |
0 |
2P |
0 |
|
|
碳酸氫根 |
0 |
M |
M－2P |
0 |
|
註：M鹼度為總鹼度，為滴定至甲基橙（methyl orange，pH約4.3～4.5）終點之酸消耗量，P鹼度為滴定至酚酉太（phenol phathalate）終點之酸消耗量。
4.硬度與鹼度之關係如下
為瞭解水中碳酸鹽硬度與非碳酸鹽硬度的成分，下表列出簡易判別的計算式，其中，HF為非碳酸鹽硬度，HT為碳酸鹽硬度，HS為其他陽離子濃度。
|
分析結果 |
HF |
HT |
HS |
|
H＞M H＝M H＜M |
H－M 0 0 |
M H＝M H |
0 0 M－H |
註：H為硬度，M為M鹼度
二-2.鍋爐用水處理概說
2.1.鍋爐水內處理
中低壓鍋爐由於對水質要求較低，但鍋爐負載變化較大，採用化學處理時，必須顧及鍋爐負載改變時化學劑量必須隨之改變，以避免在高溫條件下，因劑量不足造成結垢或腐蝕之損害。採用物理處理時必須選用性能佳、處理能力充足者，避免因選用不當造成損害。高壓鍋爐則因鍋爐操作之故，必須使用純水及加強水質之pH緩衝能力，通常使用複合磷酸鹽處理。特別是高壓鍋爐中單位面積熱傳量高，瞬間熱傳量大，在爐管表面可能瞬間產生大量蒸汽氣泡，爐水濃度在此極端情形下，以微觀角度分析氣泡邊緣之水質，濃縮後界面局部濃度上升高達數百倍或千倍以上，pH值上升3，若爐水的原來pH過高，在9.5以上（現行標準值為8.5－9.5），例如：爐水pH高達10以上，則在此極端情況下局部爐管表面之pH可能高達13以上（甚至14）。爐管材質受如此高溫併同強鹼之侵蝕，且鍋爐長期處於高壓操作下，此時容易有造成爐管苛性脆化的潛在危險，必須特別注意防範。
複合磷酸鹽處理有緩衝性的反應，如下式所示，在pH上升時吸收OH- 產生H2O，減少pH急遽上升的危險。
HPO4-2+OH-→PO4－3＋H2O
以下列出鍋爐水各種化學處理方法及選用藥劑
(1) 循環鍋爐水各種內處理方式之差異——如表2所示者
表2 循環鍋爐水內處理方式比較
|
處理方式 水處理 |
鹼性處理? |
磷酸鹽處理? |
蟹形劑處理 |
揮發性物質處理 |
|
必須之處理 |
達到給水爐水標準所需之處理 |
純水製造、 |
純水製造、 |
純水製造、 |
|
鍋爐運轉壓力範圍 |
0~70kgf/cm2 |
50kgf/cm2以上 |
65kgf/cm2以上 |
125kgf/cm2以上 |
|
爐水pH控制範圍 |
10.5~11.8 |
9.0~10.5 |
|
8.5~9.0 |
|
禁止添加之藥劑 |
無特別限制，40kgf /cm2以上，不宜採用亞硫酸鈉。 |
含鹼性藥劑(如氫氧化鈉)，水中生成鹼性藥劑(如碳酸鈉)。 |
|
固體物處理劑 |
|
處理劑 |
氫氧化鈉、各種磷酸鹽類、亞硫酸鈉、聯胺。 |
各種磷酸鈉鹽類、聯胺。 |
Na4、EDTA、NTA |
聯胺、氫氧化氨、morpholine |
註：?中壓以上之鍋爐與冷凝水系統，避免添加碳酸鈉。
?如完全採用磷酸鹽處理時，避免採用亞硫酸鈉。
(2) 鍋爐內處理藥劑(清鍋劑)之種類與作用
表3 鍋爐內處理藥劑(清鍋劑)之種類與作用
|
處理目的 |
名 稱 |
分 子 式 |
作 用 |
備 註 |
|
防止腐蝕 |
氫氧化鈉 |
NaOH |
1.增高鹼度與pH值。 2.軟化鎂鹽硬度。 |
1.因不含碳酸鹽，蒸汽中不產生CO2。 2.剩餘NaOH易起苛性脆化，應注意調整其鹼度。 |
|
碳酸鈉 |
Na2CO3 |
1.提升鹼度與pH值。 2.軟化硬度。 |
1.比NaOH易於調整，且費用較廉。 2.調整其鹼度，並以排水調整其淤泥。 |
|
|
矽酸鈉 |
Ns2SiO3 |
於鍋爐金屬表面形成保護膜。 |
使用於軟化水之低壓鍋爐中，具有保護防蝕作用。 |
|
|
氫氧化氨 |
NH4OH |
防止因CO2之腐蝕 |
伴隨蒸汽混入冷凝水系統，防止腐蝕。 |
|
|
亞硫酸鈉 |
Na2SO3 |
防止因O2之腐蝕。 |
脫氣處理無法完全排除O2時使用， 亦有與氫氧化鐵併用。 |
|
|
軟化 |
磷酸鈉鹽類 |
NaH2PO4 Na2HPO4 Na3PO4 |
軟化生成磷酸鈣Ca3(PO4)2與氫氧化鈣Ca(OH)2之沉澱物。 |
1.為使反應完全，pH值應保持9.5以上。 2.選定適當藥劑以調整pH值。 3.應調整排出沉澱之淤泥。 |
|
鋁酸鈉 |
Na2Al2O4 |
軟化鈣鎂而沉澱。 |
形成膠狀物。 |
|
|
鍋(淤)泥調整 |
單寧酸木質素 |
有各種結構型態之有機物 |
1.防止給水管線系統內析出鍋泥。 2.防止鍋垢結晶，附?於鋼材上。 |
1.通常與碳酸鈉或磷酸鹽類併用。 2.並無直接軟化能力，且加熱時將失去其效果。 |
|
澱粉 |
(C6H10C5)x |
同上。 |
1.形成粘性皮膜以防鍋垢附?。 2.加熱時將失去其效果。 |
|
|
反應性膠質 |
複合有機物 |
1.使鍋泥易於流動。 2.減少汽水共騰。 |
可與鈣、鎂等水垢之結晶起作用，但無直接調整之能力。 |
(3)各種脫氧劑種類與功能
表4 各種脫氧劑之種類與功能
|
處理目的 |
名稱 |
分 子 式 |
功 能 |
備 註 |
|
防止鍋爐 腐蝕 |
聯胺 |
N2H4‧H2O |
1.除去水中溶存氧。 2.還原氧化鐵。 |
1.與水中溶存氧反應產生N2與H2O，故不會增高總固體量。 2.達180°C將分解成氨。 |
|
亞硫酸鈉 |
Na2SO3 |
除去水中溶存氧。 |
1.其反應生成物為Na2SO4，故會增高爐水之總固體量。 2.無還原氧化鐵功能。 3.應注意反應速率，與催化劑併用。 |
註：聯胺脫氧反應較慢，亞硫酸鈉雖較快，但仍宜注意添加位置離開鍋爐愈遠愈好（如給水槽），以便脫氧反應盡量完全，否則一旦進入鍋爐，脫氧劑被大量爐水稀釋，脫氧反應就沒有了。
(4) 冷凝水處理藥劑種類與功能
表5 冷凝水處理藥劑種類與功能
|
處理目的 |
名 稱 |
分子式 |
功 能 |
備 註 |
|
防止冷凝 水系統腐 蝕 |
Morpholine |
C4H9NO |
中和碳酸 |
使用含有碳酸鹽給水時則蒸汽中將含有CO2。 |
|
Cyclohexyl-amine |
C6H11NH2 |
中和碳酸 |
中和CO2，以防止冷凝系統腐蝕。 |
|
|
Piperazine |
C4H10N2‧6H2O |
中和碳酸 |
|
|
|
氫氧化氨 |
NH4OH |
中和碳酸 |
冷凝水系統如有銅合金設備，應注意使用。 |
|
|
Hexadecyl-amine |
C16H33NH2 |
被金屬表面吸?，形成保護皮膜 |
注入蒸汽系統中使金屬表面形成單分子皮膜。 |
|
|
Octadecyl-amine |
C18H37NH2 |
2.2.磷酸鈉與亞硫酸鈉之添加方法(鍋爐使用)
中低壓鍋爐通常使用磷酸鈉與亞硫酸鈉作為處理藥劑。本節說明靜態的使用，下節進一步說明藥劑在實際應用上的動態操作和控制技術。
此二藥劑主要之基本作用為
(1)亞硫酸鈉做為脫氧劑以防止給水中溶存氧之腐蝕(點蝕pitting)。
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4
(2)磷酸鈉做為給水(爐水)之軟化劑與pH調整劑。
2Na3PO4 ＋3Ca++→Ca3(PO4)2＋6Na+ (爐水排放)
2Na3PO4 ＋3Mg++→Mg3(PO4)2＋6Na+ (爐水排放)
表6列出二者之添加量與注入量。添加時必須特別注意劑量需求隨時間變化時添加的精確性，否則鍋爐的高溫反應迅速，將因結垢及腐蝕控制劑量不精確、處理不當而造成危險。
表6 磷酸鈉與亞硫酸鈉之添加量與注入量
|
處 理 劑 名 稱 |
處 理 劑 連 續 注 入 量 |
||
|
g/h |
g/t給水 |
||
|
亞硫酸鈉 |
Na2SO3 |
7.9DF＋1.58S0B |
7.9D＋0.0158S0b |
|
Na2SO3‧7H2O |
15.8DF＋3.2S0B |
15.8D＋0.032S0b |
|
|
磷酸鈉 |
Na3PO4 |
0.98HF＋1.7P0B |
0.98H＋0.017P0b |
|
Na3PO4‧12H2O |
2.3HF＋4P0B |
2.3H＋0.04P0b |
|
註：(1)在1大氣壓20°C時，給水溶解氧之濃度約9 ppm。
(2)符號說明
2.3. 磷酸鈉與亞硫酸鈉添加之操作和控制技術
本節接續上節進一步說明藥劑在實際應用上的動態操作和控制技術。參見下文(3) 。
節能技術手冊.五、水質管理—0介紹與主索引、1水質管理判斷基準、2鍋爐用水、3鍋爐水管理與節能關係、4高壓鍋爐給水之水質標準、5鍋爐用水處理相關規定、6冷卻水水質管理、7常用藥劑、8冷卻水管理與空調主機能源效率關係、9常見工業用水水質要求
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