壹、水質管理判斷基準
一、水質管理標準
1.各項類別之用水，應視用水設備之特性，依照本文中所列之水質標準，加以管制，以確保設備使用壽命與能源效率。
2.鍋爐給水應預先作適當的處理，循環鍋爐爐水則須添加內處理劑，其添加量應視水質情況而加以調整，並採用連續添加方式，保持適當之濃度。
3.爐水排放控制，不一定受限於總固體量(TS)，在水質標準中，任何一項目(如鹼性度、氯化物等)超過上限時，都應列為控制之重要因素。
4.必須大量用水或使用冷卻水之設備，應採取循環方式重複使用，但須經去除雜質，或降低溫度之處理。
二、水質管理需要之測試與紀錄
對於各項類別之用水，須定期化驗分析水質中所含不純物之濃度，並作成記錄，以做為水質調整之依據。
三、改善措施
1.充分回收蒸汽冷凝水，供鍋爐使用，除了利用熱能外，亦須保持良好之爐水水質。
2.對於經過各種處理及改善措施後，鍋爐爐水水質仍然不良，必須以大量排放來處理時，可採取連續排放方式，並利用熱回收裝置，預熱補充水。
3.循環使用之冷卻水，當判斷水質不佳時，可藉由調整pH值、硬水軟化、鹼性度、及排放量等方式，來控制其飽和指數。
4.冷卻水系統在設計時，若超過實際使用量數倍時，應降低冷卻水之循環量，以節省幫浦及冷卻水塔風扇之耗電量。
貳、鍋爐用水
由於鍋爐用水有其一定之要求，否則會因結垢、腐蝕等引起鍋爐效率的減降、破裂等問題。
一、鍋爐水質指標
對不同行業之工業用水，其水質要求也不盡相同，鍋爐用水亦是之，其主要水質指標有如下表1所示。於這些指標中，一類是反映水液中某一具體成分，如各種離子含量；另一類是表示某些物質之總量或某種性能，此是因技術上的須要而訂定者，如水液中之硬度，故這種指標又稱之為技術指標。
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 | mmol/l |
| 溶解固體含量 | mg/l | 鎂 | mg/l | 硫酸根 | mg/l | 非碳酸鹽硬度 | mmol/l |
| 懸浮物 | mg/l | 鈉 | mg/l | 根 | mg/l | 化學耗氧量 | mg/l |
| 濁度 | FTU | 鐵 | mg/l | 二氧化矽 | mg/l | 生物須氧量 | mg/l |
| 含鹽量 | mg/l | 鋁 | mg/l | 亞根 | 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 | mmol/l | 溶存氧含量 | mg/l |
| pH值 | 碳酸根 | mg/l | 總硬度 | mmol/l |
註：1.硬度單位各國不盡相同，美國採ppmCaCO3，德國採德國度(1德國度表1公升水液中含10mg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 ppmCaCO3
2.鈣鹽為Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、CaCl2等之總稱，鎂鹽為Mg(HCO3)、MgCO3、MgSO4、MgCl2等之總稱。鈣鹽、鎂鹽屬陽離子，碳酸鹽、非碳酸鹽屬隂離子。
3.一水樣中氫氧鹼度與重碳酸鹽不會同時存在，因此只能存在氫氧鹼度與重碳酸鹼度或碳酸鹽鹼度與重碳酸鹽，及三種鹼度中單獨存在一種。其彼此間之關係為
| 鹼度成分 | 測定結果 | ||||
| P > M | P = M | P = 0 | P < M | M = 0 | |
| 含量；mmol/l | |||||
| 氫氧根 | P - M | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 碳酸根 | 2M | 2M | 0 | 2P | 0 |
| 重碳酸根 | 0 | 0 | M | M - P | 0 |
4.硬度與鹼度具有如下之關係
| 分析結果 | HF | HT | HS |
| H > B H = B H < B | H - B 0 0 | B H = B H | 0 0 B - H |
二、鍋爐用水處理概說
1.鍋爐水內處理
(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1 | 磷酸鹽處理2 | 蟹行劑處理 | 揮發性物質處理 |
| 必須之處理 | 達到給水爐水標準所須之處理 | 純水製造、脫氧 | 純水製造、脫氣 | 純水製造、脫氣 |
| 鍋爐運轉壓力範圍 | 0~70kgf/cm2 | 50kgf/cm2以上 | 65 kgf/cm2以上 | 125 kgf/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，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 | |
| 須要處理劑 | 氫氧化鈉、各種磷酸鹽類、 | 各種磷酸鈉鹽類、聯氨 | Na4、EDTA、NTA | 聯氨、氫氧化氨、morpholine |
2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-如表3所示者
表3 鍋爐內處理藥劑(清鍋劑)之種類與作用
| 處理目地 | 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.因不含碳酸鹽而蒸汽中不產生CO2。 2.剩餘NaOH易起荷性脆化，應注意調整其鹼度。 |
| 碳酸納 | 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。 | |
| 矽酸納 | 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，以防止腐蝕。 | |
| 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，亦有與氫氧化鐵並用。 | |
| 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 | 有各種結購之有機物 | 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.減少氣水共騰。 | 可與鈣、鎂、水垢之結晶起作用，但無直接調整之能力。 |
(3)各種脫氧劑之種類與功能-如表4所示者
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 | 聯氨 | 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.約達180℃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。 |
(4)冷凝水處理藥劑之種類與功能-如表5所示者
表5 冷凝水處理藥劑之種類與功能
| 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‧6 H2O | 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 | 被金屬表面吸着，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.磷酸鈉與亞硫酸鈉之添加方法(鍋爐使用)
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純氧之腐蝕(蝕點pitting)。
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4
(2)磷酸鈉做為給水(爐水)之軟化劑與pH調整劑。
3Ca++ Ca3
2Na3PO4+ 3Mg++ → Mg3 (OP4)2+6Na+
→爐水排放
至於其添加量與注入量則有如下表６所示者。
表6 磷酸鈉與亞硫酸鈉添加劑之添加量與注入量
| 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+0.0158 S0b |
| Na2SO3‧7H2O | 15.8DF+3.2S0B | 15.8D+0.032 S0b | |
| 磷酸鈉 | Na2PO4 | 0.98HF+1.7S0B | 0.98H+0.017 P0b |
| Na2PO4‧12H2O | 2.3HF+4S0B | 2.3H+0.04 P0b | |
(2)符號說明
| 符號 | 單位 | 說明 | 符號 | 單位 | 說明 |
| D | ppm | 給水中溶解氧的濃度 | b | % | 鍋爐水連續排放率(對給水) |
| F | t/h | 給水流量 | H | Ppm as CaCO3 | 給水中之Ca硬度 |
| S0 | Ppm | 某時刻鍋爐水中之SO- 2 3濃度 | P0 | ppm | 某時刻鍋爐水中之P-3 4濃度 |
| B | t/h | 鍋爐水的連續排放流量 |
3.鍋爐排放率
(1)鍋爐爐水排放率計算
B=F×(C1/C2) 或 B=S×(C1/C2-C1)
式中B為鍋爐排水流量(kg/h)，F為鍋爐給水流量(kg/h)，S為鍋爐蒸汽流量(kg/h)，C1為給水中之總固體量或導電度(ppm or μ S/cm)，C2為爐水中充許最高總固體量或導電度(ppm or μ S/cm)
導電度(μ S/cm)×0.71=總固體量(ppm)
(2)各種爐水控制濃度之排放率-可參考下圖1所示者以讀取之
4.鍋爐水排放時之熱損失及水垢厚度與燃料損失之關係-此概約值可利用圖2及圖3以讀取之
5.鍋爐水質異常之影響
給水中之雜質會對鍋爐產生不良之影響，其可能發生之情形大致有如表7所示者。
表7 給水中雜質對鍋爐之不良影響
| 對鍋爐產生不良影響之雜質 | 該雜質之物理形態 | 該雜質之來源與給水水質之關連 | 主要處理部位 |
| (1)碳酸鈣
(2)硫酸鈣 (3)矽酸鈣 (4)複合磷酸鈣
(5)氫氧化鎂 (6)矽酸鎂 (7)氯化物酸類 (8)氧化鐵
(9)矽酸鐵鈉 (10)氧化鋁或氫氧化鋁
(11)矽酸鋁納 (12)矽 (13)油份 (14)銅與氧化銅 (15)氧
(16)二氧化碳
(17)氨 (18)天然有機物質
(19)界面活化劑
(20)氫氧化鈉(荷性鈉)
(21)溶解固體物 (22)懸浮固體物 | 鍋泥 水垢 水垢 水垢 鍋泥 水垢 鍋泥 鍋泥 溶液 鍋泥或水垢
水垢 鍋泥與水垢
水垢 水垢 皂油性鍋泥 金屬與氧化物 銹蝕物
銹蝕物
銅之銹蝕物 沉積物或溶液
溶液
溶液
溶液 懸浮固體物、沉澱之鍋泥 | 鈣質硬度 鈣質硬度 鈣質硬度 鈣質硬度與矽 鈣質硬度 鈣質硬度 鎂質硬度 鎂質硬度與矽 氯化物 系統內所生之銹蝕、給水中溶解或不溶解之鐵質鐵與矽 鐵與矽 原水、處理水及冷凝水中之鋁質 鋁與矽 矽 污染 冷凝與給水系統之銹蝕 給水中溶解或攜帶之氧
游離CO2、碳酸鹽及碳酸氫鹽之分解 補給水與回流之冷凝水 前期及後期之腐酸、補給水衍生物 原水、給水或冷凝水中之合成清潔劑 氫氧化鈉、碳酸鈉及碳酸氫納 溶解物質之累積 原已存在之不溶性固體物或化學作用所生成之不溶性固體物 | 鍋爐 鍋爐、給水系統、節煤器 鍋爐 鍋爐 鍋爐 鍋爐、給水系統、節煤器 鍋爐 鍋爐、給水系統、節煤器 鍋爐 鍋爐
鍋爐 鍋爐
鍋爐 汽輪機、鍋爐 鍋爐、汽輪機、過熱器 鍋爐 鍋爐、節煤器、給水系統、冷凝水系統 給水系統、節煤器、冷凝水系統 給水及冷凝水系統 鍋爐
鍋爐、過熱器、汽輪機
鍋爐、過熱器、汽輪機
鍋爐、過熱器、汽輪機 鍋爐、過熱器、汽輪機、給水系統、節煤器、鍋爐 |
6.鍋爐水質異常可能發生之障害-參表8所示者
表8 鍋爐水質異常可能發生之障害
| 水質 | 異常情形 | 可能發生障害 | 預防措施 | |
| 給 水 | pH | 偏高 | 低濃縮比 | 爐外處理(pH調整劑) |
| 偏低 | 腐蝕 | |||
| 硬度 | 偏高 | 結垢 | 給水軟化或純化，回收冷凝水使用，清罐劑調 | |
| 油脂 | 偏高 | 結垢、起泡 | 防止油脂污染，更換水源 | |
| 爐 水 | pH | 偏高 | 荷性脆化 | 爐內處理加pH調整劑，如排放異常應先矯正 |
| 偏低 | 腐蝕 | |||
| M-鹼度 | 偏高 | 起泡、結垢或腐蝕 | 改用脫鹼軟化或純水，如排放異常應先矯正 | |
| 偏低 | 排放過量 | |||
| P-鹼度 | 偏高 | 起泡、結垢或腐蝕 | 配合M-鹼度數據做矯正措施 | |
| 偏低 | 腐蝕 | |||
| 總固體量 (TS) | 偏高 | 結垢，蒸汽帶水 | 矯正排放異常，回收冷凝水使用 | |
| (無下限) | 排放過量 | |||
| 導電度 | 同上 | 同上 | 同上 | |
| 氯離子 | 偏高 (無下限) | 腐蝕，低濃縮比 | 矯正排放量，回收冷凝水使用 | |
| 磷酸根 | 偏高 | 增加TS，低濃縮比 | 調整清罐劑量 | |
| 偏低 | 結垢 | |||
| 全鐵份 | 偏高 | 腐蝕、結垢 | 爐外除鐵處理，添加脫氧劑 | |
| 總硬度 | 偏高 | 結垢 | 給水軟化，罐內加清罐引用冷凝水回收 |
三、低壓鍋爐之水質標準
試用於額定出口蒸汽壓力≦2.54MPa之固定式蒸汽鍋爐及熱水鍋爐(不包含貫流鍋爐)。蒸汽鍋爐之給水以採用爐外化學處理為主；對於使用固體燃料之爐胴鍋爐與額定蒸發量不大於2t/h，且額定出口蒸汽壓力不大於0.98MPa之水管鍋爐亦可採用爐內加藥處理。不同類型之鍋爐其水質標準規定大致如下。
1.立式水管鍋爐、立式煙管鍋爐、臥式內燃鍋爐等使用固體燃料之爐胴鍋爐者-如表9所列式之規定
表9 立式水管鍋爐、立式煙管鍋爐、臥式內燃鍋爐(使用固體燃料)之水質標準
| 項目 | 給水 | 爐水 | ||
| 爐內加藥處理 | 爐外化學處理 | 爐內加藥處理 | 爐外化學處理 | |
| 懸浮物含量；mg/l | ≦20 | ≦5 | ||
| 總硬度；mmol/l1 | ≦4.0 | ≦0.03 | ||
| 總鹼度；mmol/l2 | 10~20 | ≦22 | ||
| pH值(25℃) | ≧7 | ≧7 | 10~12 | 10~12 |
| 溶解固體含量；mg/l3 | <5,000 | <5,000 | ||
| 相對鹼度(游離NaOH/溶解固體含量) | <0.24 | <0.24 |
2鹼度(mmol/l)之基本單元為M(H+)。
3如果測定溶解固體含量有困難時，則可改採測定氯化物(Cl-)，唯彼此間之比例關係須依據實驗來確定。
4當相對鹼度≧0.2時應採防止荷性脆化之處理措施。
2.使用固體燃料之水管鍋爐、煙管組合鍋爐及燃油、燃氣內燃鍋爐爐胴鍋爐者-如表10所列示之規定
表 10水管鍋爐、煙管組合鍋爐(使用固體燃料)及燃油、燃氣內燃鍋爐爐之水質標準
| 項 目 | 給 水 | 爐 水 | |||||
| 工作壓力；MPa | ≦0.981 | >0.98 ≦1.57 | >0.98 ≦2.54 | ≦0.98 | >0.98 ≦1.57 | ||
| 懸浮物含量；mg/l | ≦5 | ≦5 | ≦5 | ||||
| 總硬度；mmol/l | ≦0.03 | ≦0.03 | ≦0.03 | ||||
| 總鹼度；mmol/l | 無過熱器 | 6~26 | 6~24 | 6~16 | |||
| 有過熱器 | ≦14 | ≦12 | |||||
| pH值(25℃) | ≧7 | ≧7 | ≧7 | 10~12 | 10~12 | 10~12 | |
| 油脂量；mg/l | ≦2 | ≦2 | ≦2 | ||||
| 溶解固體含量；mg/l2 | 無過熱器 | <4,000 | <3,500 | <3,000 | |||
| 有過熱器 | <3,000 | <2,500 | |||||
| 溶存氧含量；mg/l3 | ≦0.13 | ≦0.13 | ≦0.05 | ||||
| SO2-4含量；mg/l | 10~30 | 10~30 | 10~30 | ||||
| PO3-4含量；mg/l | 10~304 | ||||||
| 相對鹼度(游離NaOH5/溶解固體含量 | <0.2 | <0.2 | <0.2 | ||||
25同前(1)之表註3及4者。
3鍋爐額定蒸發量不大於2 t/h者，均須除氧；額定蒸發量不大於2 t/h之鍋爐應盡量除氧與注意防蝕。對於供蒸汽渦輪機用之蒸汽鍋爐其溶存氧含量應不大於0.05mg/l，若採用化學除氧實則須監測爐水之亞硫酸根含量。
4僅用於供蒸汽渦輪機用之蒸汽鍋爐者。
至於不同壓力下CO2-3/SO2-4值與應維持之PO3-4含量則有如下表11(A)及(B)所示之要求。
表 11(A)不同壓力下CO2-3/SO2-4值
| 鍋爐壓力；MPa | CO2-3/SO2-4值 | 鍋爐壓力；MPa | CO2-3/SO2-4值 |
| 0.69 | >0.045 | 2.06 | >0.285 |
| 1.03 | >0.088 | 2.40 | >0.370 |
| 1.37 | >0.145 | 2.75 | >0.460 |
| 1.72 | >0.216 |
表 11(B)不同壓力下應維持之PO3-4含量
| 鍋爐壓力；MPa | 磷酸根；mg/l | ||
| 單段蒸發 | 分段蒸發 | ||
| 淨段 | 鹽段 | ||
| 3.82~5.78 | 5~15 | 5~12 | ≦75 |
| 5.88~16.66 | 2~10 | 2~10 | ≦75 |
| >0.98~15.68 | 10~30 | ||
| >15.68~24.50 | |||
3.熱水鍋爐者-如表12所示之規定
表 12熱水鍋爐之水質標準
| 項 目 | 供 水 溫 度 | |||
| ≦95℃者，採用爐內加藥處理1 | >95℃者，採用爐外加藥處理 | |||
| 補 給 水 | 爐 水 | 補 給 水 | 爐水 | |
| 懸浮物含量；mg/l | ≦20 | ≦5 | ||
| 總硬度；mmol/l | ≦4.0 | ≦0.6 | ||
| pH值(25℃)2 | ≧7 | 10~12 | ≧7 | 8.5~10 |
| 油脂量；mg/l | ≦0.1 | ≦0.1 | ||
| 溶存氧含量；mg/l | ≦2 | ≦2 | ||
2經由補加藥劑，使鍋爐爐水pH值控制在10~12。
至於熱水鍋爐或其他水加熱器出口最高水溫與配水點之最低水溫要求則有如下表13所列示之規定。
表 13熱水鍋爐或其他水加熱器出口最高水溫與配水點之最低水溫要求
| 水 質 處 理 | 熱水鍋爐或其他水加熱器出口最高水溫 | 配水點之最低水溫 |
| 無須軟化處理或有軟化處理 | ≦75 | ≧60 |
| 須軟化處理但無軟化處理 | ≦65 | ≧50 |
發佈在 2010年1月 - 水質管理
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