电厂锅炉补给水处理技术.

第三章电厂锅炉补给水处理技术内容提要：扼要介绍火电厂水汽循环系统及水处理的重要性，着重讨论制备锅炉补给水的预处理和离子交换的原理，主要工艺及设备；凝结水的净化处理；锅炉水的处理原理和技术；循环冷却水系统及处理原理、工艺和主要设备。目录第一节火力发电厂中水处理的作用第二节水的预处理第三节水的离子交换处理第四节凝结水的净化处理第五节锅内处理第六节冷却水处理第一节火力发电厂中水处理的作用火力发电厂是利用燃料燃烧产生的热能转变成电能的，这种能量的转换是通过水来实现的。因此，水在火力发电厂中起着极重要的作用，水处理是火力发电厂生产过程的不可缺少的组成部分。火力发电厂的水汽循环系统水处理的重要作用火力发电厂的水汽循环系统火力发电厂的水汽循环系统可分为凝汽和凝汽兼供热两种形式。凝汽式是指只发电不供热的凝汽式发电厂的水汽循环系统，这种系统正常运行的锅炉补给水量很小，一般为锅炉蒸发量的2~4%。凝汽兼供热式是指除发电外，兼向附近工业区、生活区供热的水汽循环系统，锅炉补给水量要大得多，如热力发电厂水汽循环系统。热力发电厂水汽循环系统主要流程见图3-1。图3-1热力发电厂水汽循环系统主要流程实际运行中，任何水汽循环系统都要有一部分汽水损失，大致有如下几个方面：(1)系统内水汽循环损失：如汽包锅炉的排污，各种排汽损失——锅炉安全门、过热器放汽门、汽轮机轴封、抽汽器、除氧器等的排汽，各种水箱的溢流和管道的跑冒滴漏等等。(2)对外供汽损失对非生产、生活供汽大部分不能返回。(3)厂内其它用汽损失如采暖、生活用汽等等。根据水在水汽循环系统中所经历的过程，我们赋予这些水以不同的名称。(1)生水生水是未经处理的天然水，如地下水、江河水、水库湖泊水等等。(2)锅炉补给水生水经水处理车间净化后，用于补充发电厂水汽损失的水，叫锅炉补给水。(3)汽轮机凝结水蒸汽在汽轮机中做功后在凝汽器中冷凝的水。(4)疏水各种用汽设备、蒸汽管道中凝结的蒸汽凝结水，一般汇集到输水箱，也有的并入凝结水系统。(5)返回凝结水它是生产或生活用户返回的蒸汽凝结水，简称返回水。(6)给水给水是指进入锅炉的水，对于热电厂，它包括汽轮机凝结水、锅炉补给水、疏水和返回水。(7)锅炉水锅炉水又叫炉水，是指锅炉本体的蒸发系统中流动的水。(8)冷却水是指用作冷却介质的水，在电厂中主要指在凝汽器中用于冷却汽轮机排汽的水。水处理的重要作用在火力发电厂的热力系统中，水的品质是影响热力设备安全、经济运行的重要因素。天然水中含有许多杂质。若把这些水不经净化处理就引入热力设备，将会由于汽水品质不良引起各种危害，主要是热力设备的结垢、腐蚀和积盐。结垢结垢极易发生在热负荷较高的部位，如锅炉的炉管、各种热交换器。水垢的导热性比金属差几百倍，结垢的金属管壁就会产生过热，强度下降，引起管道的损坏。冷却水处理不当，会使凝汽器铜管结垢，降低换热效率，从而降低汽轮机出力。腐蚀水质不良会引起热力设备的腐蚀，主要是电化学腐蚀，容易发生在给水管道、省煤器、水冷壁、过热器、汽轮机和凝汽器等经常与水接触的金属部位。腐蚀将大大减少设备的使用年限。积盐含有大量杂质的蒸汽通过过热器和汽轮机时，杂质会沉积下来，这叫做过热器、汽轮机的积盐。过热器的积盐有可能引起爆管，汽轮机的积盐将大大降低汽轮机的出力。因此，为了保证安全、经济运行，各电厂对锅炉用水的水质都规定了严格的要求。火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下：(1)净化生水净化生水的目的是制备所需质量的锅炉补给水，这个处理过程也叫做炉外水处理。包括预处理，软化或除盐。(2)高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。(3)对给水的除氧、加药。(4)汽包锅炉的锅内水处理。(5)冷却水的处理。(6)热电厂对返回水的除油、除铁。(7)热力系统的水汽质量监督。(8)锅炉及其他热力设备的清洗。第二节天然水中的杂质与水质指标一、天然水的特点二、杂质的分类在水处理工艺中，我们通常按这些杂质颗粒的大小。将其分成三类：悬浮物、胶体和溶解物质。1.悬浮物：悬浮物是颗粒粒径约在10-4mm以上的微粒2.胶体：胶体是颗粒粒径在10-6一10-4mm之间的微粒3.溶解物质：在水中呈真溶液状态的物质有离子和分子，其颗粒粒径不大于10-6mm。天然水中的溶解物质大都为离子和一些溶解气体.a.呈离子状态的杂质b.溶解气体三、水质指标水质指标可以分为两种类型。一种是明确表示水中某些具体物质含量的指标通常叫做成分性指标。另一种类型称为技术性指标，它是一种指标来表示水中某一类物质总的含量或者是某一类物质的某种性质表示水中悬浮物及胶体的指标•1、悬浮物•按定义水中悬浮物是指水中颗粒粒径大于0.1μm的固体。•2、浊度•浊度是用水的某种光学性质来表征水中悬浮物和胶体等粗分散颗粒对水清晰透明的影响程度。•3、透明度•表示水透明程度的指标表示水中溶解性物质的指标及相互关系•1、含盐量•含盐量表示水中所含盐类的总和，可以通过水质的全分析，用计算法求得。•2、蒸发残渣与溶解固形物•蒸发残渣可近似表示溶解固形物的量•3、灼烧残渣、矿物残渣和有机物•A灼烧残渣可近似表示矿物残渣的量•B灼烧残渣和矿物残渣的差值可近似表示有机物的量•4、电导率•电导率是测定水中溶解盐类多少的一种指标.•表示电导率的单位为西／厘米(S/cm)，它是电阻率单位欧·厘米(Ω·cm)的倒数。实用上，由于水的电导率常常很小，所以经常用μS/cm单位，它是S/cm的1／106。表示水中易结垢物的指标•1、硬度•对于天然水来说，这些物质主要是钙、镁离子，所以通常把硬度看作是这两种离子。因此，总硬度(或简称硬度)就表示钙、镁离于含量之和，)21()21(22MgcCacH•2、碳酸盐硬度(HT)•碳酸盐硬度是指水中与碳酸氢盐、碳酸盐相结合的钙、镁的量。•碳酸盐硬度又叫暂时硬度。•3、非碳酸盐硬度(HF)•水的总硬度和碳酸盐硬度之差就是非碳酸盐硬度，它们是指水中与氯化物和硫酸盐结合的钙、镁的量。水沸腾时不能除去又称为永久硬度表示水中碱性物质的指标——碱度•碱度是水中能与强酸中氢离子反应的物质的量。•讲完了硬度与碱度，我们来看一下两者之间的关系•H=HCa+HMg=HT+HF•在碱性水中，碱度硬度H=HT，HF=0•在非碱性水中，碱度硬度，A=HT，HF≠0表示水中酸性物质的指标—酸度•酸度是指水中能与强碱（如NaOH、KOH等）中氢氧根离子反应的物质的量。•在天然水中，酸度有H2CO3和HCO3―的盐类。在水净化过程中，有时还可能出现强酸。•水中既存在酸度又可同时存在碱度。•酸度与pH值的区别：表示水中有机物的指标•1．耗氧量•利用耗氧量来表征有机物多少的原理是基于有机物具有可氧化的共性。用COD来表示。•常用的高锰酸钾指数法和重铬酸钾法•通常高锰酸钾指数用于地表水和饮用水中有机物的测量，而重铬酸钾法则主要用于工业废水、生活污水等含有机物较多的水样的测量。•2．生化需氧量•生化消氧量表示用微生物氧化水中有机物所消耗的氧量，通常用符号“BOD”表示•3、总有机碳•总有机碳(TOC)，是以碳的含量友示水体中有机物质总量的综合指标。表示水中有机物的指标四、天然水中主要化合物•（一）碳酸化合物•（二）硅酸化合物•（三）铁的化合物•（四）氮的化合物五、天然水按水质指标进行分类第三节补给水的预处理天然水中常含有大量的悬浮物和胶态杂质。电厂水处理的第一步就是要除去这些杂质，即预处理。它包括悬浮物的自然沉降、混凝处理、沉淀软化和过滤等内容。水的混凝处理水的沉淀软化水的过滤处理给水系统水的混凝处理胶态杂质和一部分粒径小的悬浮物，由于沉降速度小，以至于相当长时间仍滞留于水中，而且这部分杂质也不能用过滤的方法除去。因此实际应用中，通常是加入一种称之为混凝剂的化学药剂，使它们相互吸附粘结成较大的絮状物，然后从水中沉降分离。混凝处理原理..\胶核.swf..\胶体的脱稳—加电解质.swf现在以Al2(SO4)3为例，简要说明混凝过程。Al2(SO4)3投入水中，首先发生的是它的电离和水解。当pH3时，离解出的铝离子以的形式存在。如果pH升高，就逐步水解，形成一系列含有羟基的简单配离子。326()AlHO326()AlHO反应如下：(1)(2)(3)最终生成Al(OH)3凝絮。水解过程中生成的被原水中的碱度中和，这种中和作用又促进了的水解，使水中的含有羟基的配离子增加，有利于它们之间发生高分子缩聚反应，称为羟基桥联，形成多核配离子。如(4)这种交叉进行的水解和桥联作用，最终生成难溶的聚合度极大的[Al(OH)3]∞凝絮。32262253Al(HO)HO[Al(OH)(HO)]HO3HO326()AlHO22522243[Al(OH)(HO)]HO[Al(OH)(HO)]HO22423233[Al(OH)(HO)]HO[Al(OH)(HO)]HO422222544OH2AlOHHOHOAlAlHO2HOOH影响混凝处理效果的因素混凝处理效果是以水中胶态杂质和悬浮物的去除率评价的。混凝过程十分复杂，影响因素很多：(1)pH及碱度的影响投药后的pH对铝盐处理效果影响很大，还影响水中有机物以及胶体的凝聚速度。(2)水温的影响用铝盐作混凝剂时，水温的影响很大；用铁盐作混凝剂时，水温对处理效果影响不大。(3)原水水质的影响1）水中微粒的浓度杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。2）水中有机物部分有机物会阻碍水中微粒的脱稳凝聚，有机物含量高时，为改善混凝效果，应改善混凝条件。（4）接触介质（5）水和混凝剂的混合速度先快后慢（6）混凝剂投加量的影响最优投药量与水中胶体含量有关，必须通过实验确定并在运行中调整。常用混凝剂常用混凝剂有铝盐和铁盐两大类，它们是一些分子中有高价阳离子的无机盐类。铝盐有硫酸铝、明矾、偏铝酸钠和聚合铝等。铁盐有硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁和聚合硫酸铁等。近年来人工合成了一些有机高分子絮凝剂，一般都是线型的高分子聚合物。有机高分子絮凝剂是一种电解质，根据电离后聚合离子所带电荷的性质，可分为阴离子型，阳离子型和非离子型三类。水的沉淀软化水的沉淀软化，是将天然水中钙、镁离子转化成难溶化合物，然后分离以降低水的硬度。沉淀软化有热力软化法和石灰处理法，但前者不能除去非碳酸盐硬度，电厂一般不采用。石灰处理原理Ca(OH)2可以和水中各种形式的碳酸化合物反应生成沉淀除去：石灰软化法主要除去了水的碱度和碳酸盐硬度，但不能除去非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度：反应前后非碳酸盐硬度和过剩碱度不变。2232()CaOHCOCaCOHO23232()()22CaOHCaHCOCaCOHO2442()()CaOHMgSOCaSOMgOH2323222()()2()2CaOHMgHCOCaCOMgOHHO3232322()2NaHCOCaOHCaCONaCOHO石灰处理的沉淀过程经石灰处理的水，从理论上讲，碳酸盐硬度应达到CaCO3的溶解度。但是由于CaCO3结晶生成之后，并不能完全以大颗粒沉降下来，有相当一部分是以胶体和悬浮物形式滞留水中，使CaCO3残留量过大。因此，在处理工艺上常采用两种措施以保证沉淀完全和有效的分离。一是利用先期沉淀物（称泥渣）作为接触介质，使CaCO3在泥渣表面上吸附并以泥渣为结晶核心，加快沉淀速度并使沉淀完全。二是在沉淀的同时进行混凝处理。沉淀处理设备沉淀处理设备可分为沉淀池和澄清池两类。(1)沉淀池沉淀池是用来分离水中悬浮物的池子，有间歇式和连续式之分。按水流方向分为平流式、竖流式、辐流式和斜板(管)式等。平流式沉淀池见图3-2，斜板(管)式沉淀池见图3-3。按水流和泥渣沉降方向不同，斜板(管)式沉淀池可分为异向流、同向流和横向流三种运行方式，见图3-4。图3-2平流式沉淀池图3-3斜板(管)式沉淀池图3-4斜管(板)中水与泥渣的流向(2)澄清池澄清池带有悬浮泥渣层，以泥渣为接触介质，分离水中悬浮物