化学水处理培训教材

电厂化学水处理培训教材温馨提示★请将手机调至静音状态。★上课期间认真做好笔记。★请自觉维护课堂秩序。能源管控中心安兰均发电厂中水处理的重要性长期的实践使人们认识到，热力系统中水的品质，是影响发电厂热力设备（锅炉、汽轮机等）安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水如进入水汽循环系统，将会造成各种危害。为了保证热力系统中有良好的水质，必须对水进行适当的净化处理和严格地监督汽水质量。现将由于汽水品质不良而引起的危害，简述如下：（1）热力设备的结垢。如果进入锅炉或其他热交换器的水质不良，则经过一段时间运行后，在和水接触的受热面上，会生成一些固体附着物，这种现象称为结垢，这些固体附着物称为水垢。因为金属的导热性比水垢的高几百倍，而这些水垢又极易在热负荷很高的锅炉炉管中生成，所以结垢对锅炉（或热交换器）。的危害性很大。它可使结垢部位的金属管壁温度过高，引起金属强度下降，这样在管内压力的作用下，就会发生管道局部变形、产生鼓包，甚至引起爆管等严重事故。结垢不仅危害安全运行。而且还会大大降低发电厂的经济性。（2）热力设备的腐蚀。发电厂热力设备的金属经常和水接触，若水质不良，则会引起金属腐蚀。热力发电厂的给水管道、各种加热器、锅炉省煤器、水冷壁、过热器和汽轮机凝汽器等，。都会因水质不良而腐蚀。腐蚀不仅要缩短设备本身的使用期限，造成经济损失。同时腐蚀产物又会转入水中污染水质，从而加剧在高热负荷受热面上的结垢过程，结成的垢又会加速锅炉炉管腐蚀。”此种恶性循环，会迅速导致爆管事故。此外，金属的腐蚀产物被蒸汽带到汽轮机中沉积下来后，也会严重地影响汽轮机的安全、经济运行。（3）过热器和汽轮机的积盐。水质不良会使锅炉不能产生高纯度的蒸汽，随蒸汽带出的杂质就会沉积在蒸汽通过的各个部位，如过热器和汽轮机，这种现象称为积盐。过热器管内积盐会引起金属管壁过热甚至爆管；汽轮机内积盐会大大降低汽轮机的出力和效率，特别是高温高压大容量汽轮机，它的高压部分蒸汽流通的截面积很小，所以少量的积盐也会大大增加蒸汽流通的阻力，使汽轮机的出力下降。当汽轮机积盐严重时，还会使推力轴承负荷增大，隔板弯曲，造成事故停机。。因此，在发电厂中，化学工作对保证发电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。工业水处理用途很多，根据需要我分两章简单讲一下锅炉用水处理工艺及汽水监督第一章水处理工艺第一节水中杂质及其分类：●水中杂质：♠悬浮物：悬浮物是构成水中混浊度的主要因素，一般粒径在100nm以上。♠胶体物质：是由许多分子或离子组成的集合体，其颗粒直径一般为1nm~100nm之间。♠溶解物质：天然水中溶解物质大都以离子或溶解气体的形式存在。♠溶解离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3－、CI－、SO42－等。♠溶解气体：主要有O2、CO2等。类别低含盐量水中等含盐量水较高含盐量水高含盐量水含盐量（mg/L）200200~500500~10001000类别极软水软水中等硬度水硬水极硬水硬度（mmol/L）1.01.0~3.03.0~6.06.0~9.09.0按含盐量分类按硬度分类●水的分类：●根据电厂用水所含杂质不同将水分为：原水：原水就是锅炉的水源水。通常包括地表水和地下水。给水：直接进入锅炉供锅炉蒸发或加热的水称为锅炉给水。补给水：生水经过各种水处理工艺处理后补充锅炉汽水损失的水称为补给水。生产回水或凝结水：蒸汽的热能被利用后，所回收的冷凝水通常称为生产回水或凝结水。炉水：锅炉体内加热或蒸发系统中流动着的水称为炉水或称锅水。排污水：由于炉水经相当长时间循环运行，水中的微量杂质被浓缩，为保证炉水的质量，必须排污，这就是排污水。冷却水：用作冷却介质的水称为冷却水。●水质指标与水质技术指标：▲锅炉用水中水质指标的表达方式通常有两种：♠一种是表示水中所含有的离子或分子来表示，如钠离子、氯离子、磷酸根离子、溶解氧等等,一般称为水质指标。♠另一种则并不代表某种单纯的物质，而是表示某些化合物的组合或表征某种特性的。如硬度、碱度、溶解固形物、电导率等，这种指标是由于技术上的需要而拟定的。故称为技术指标。▲水质技术指标♠悬浮物和浊度，悬浮物是指经过滤后分离出来的不溶于水的固体混合物，可以通过重量法测定，由于方法很麻烦，在实际中常采用测浊度的方法来衡量悬浮物和胶体物质的含量。浊度的单位通常用“福马肼”（FTU、NTU、JTU）表示。♠硬度及其单位。硬度：水中所有高价金属离子的总和都称硬度（YD）。常用的硬度的定义式为：YD（1/2Ca2++1/2Mg2+）硬度的单位：通常以碳酸钙或氧化钙或德国度表示。①量浓度，mol/L.C(1/2CaCO3)=C(1/2CaO)=C(1/2Ca2+)mol/L③ppm（mg/L），1mg/LCaCO3称为1ppm硬度。由于1/2CaCO3的摩尔质量为50g/L，1mmol/L的（1/2CaCO3）硬度就相当于50mg/L即50ppm硬度。♠碱度和酸度♠碱度表示水中能接受氢离子的一类物质的量，在水中碱度主要是OH－、1/2CO32－、HCO3－。天然水中的碱度主要是HCO3－。♠酸度表示水中能接受氢氧根离子的一类物质的量，在水中酸度主要有各种酸类及强酸弱碱盐，天然水中的酸度主要是H2CO3。阳床出水的酸度主要是强酸HCI、H2SO4。及碳酸H2CO3。♠有机物与化学耗氧量：表示水中有机物及还原性物质含量的一项指标。COD的测定就是利用有机物可氧化这一特性，在一定的条件下，用一定的强氧化剂与水中各种有机物及亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等作用，然后将所消耗的氧化剂的量，计算折合成氧的质量浓度，称为化学耗氧量，单位以mg/L来表示。一般说COD越高，水中有机物污染越严重。不同测定方法测得的结果会有所不同。因此表示有机物含量时应注明测定方法。一般情况下，有机物含量较低时采用高锰酸钾法，而有机物含量高时采用重铬酸钾法。同一水样，用重铬酸法测定比用高锰酸钾测定结果要高一些。●水质指标间的关系★碱度与硬度1、硬度大于碱度：这种水称为非碱性水，钙、镁离子将首先与HCO3－形成碳酸盐硬度（YDT），剩余硬度离子即钙镁离子与SO42－、CI－等其它阴离子形成非碳酸盐硬度（YDF）。2、硬度等于碱度：在这种水中，钙、镁离子全部与HCO3－形成碳酸盐硬度。既没有非碳酸盐硬度也没有剩余碱度。3、硬度小于碱度：在这种碱性水中，硬度将全部形成碳酸盐硬度，剩余的碱度则与Na+、K+形成钠碱度（JDNa）称为负硬度，此时无非碳酸盐硬度。★碱度与碱度离子碱度（JD）：碱度是表示水中能接受氢离子的一类物质的量。根据酸碱滴定法测定水中的碱度，这时所用的标准溶液是HCI或H2SO4溶液，酸与各种碱度离子的三个反应是：OH－+H+=H2OCO32－+H+=HCO3－HCO3－+H+=H2O+CO2根据所加指示剂不同，碱度又可分为甲基橙碱度(JD甲)和酚酞碱度(JD酚)。加酚酞指示剂时只能完成上述两个反应；加甲基橙指示剂时三个反应全部完成。称(JD甲)为全碱度。在实际的滴定分析中往往是先加酚酞指示剂，滴至终点pH约为8.2，再加甲基橙指示剂继续滴至终点pH值为4.2。此时的总碱度应为(JD全)=(JD)酚+(JD)甲。★离子碱度可能存在的五种不同情况假设滴定中消耗的酸量分别用a（酚）、b（甲）（单位：mL)1.ab碱度离子为CO3－和OH－，没有HCO3－；2.ab碱度离子为CO3－和HCO3－，没有OH－；3.a=b碱度离子只有CO3－；没有HCO3－，OH－；4.a=0,b0碱度离子只有HCO3－；没有CO32－，OH－；5.b=0,a0碱度离子只有OH－。锅炉用水中碱度主要由OH－、CO32－、HCO3－及其它少量的弱酸盐类组成。碱度的计量单位为mmol/L，其基本单元为：OH－、1/2CO32－、HCO3－炉水中基本上不存在HCO3－，因为在高温高压下HCO3－→CO32－+H2O+CO2↑CO32－+H2O→2OH－+CO2↑当氢氧根和碳酸氢根共存时，相互作用发生以下反应：HCO3－+OH－→CO32－+H2O所以炉水中的碱度主要是CO32－、OH－。生水中的碱度主要是HCO3－。★碱度与PH值pH值是表征溶液酸碱性的指标，pH值越大，OH－浓度越高。而碱度中，除了OH－含量外，还包含了CO32－和HCO3－含量。所以，它们之间既有区别又有联系。其联系是：在一般情况下，pH值会随着碱度的提高而增大，但这还取决于OH－碱度占总碱度的比例；区别是：pH值大小只取决于OH－与H+的相对含量，而碱度大小则反映了组成碱度的各离子的总含量。因此，对于pH值合格的锅炉用水，有时碱度不一定合格；反之，碱度合格的水，pH值也不一定合格。第二节水处理工艺1、预处理★一体化净水器主要是依据浅层沉淀理论，设置了斜管加速沉降。下部沉降快速形成的大颗粒絮状体，在两层斜管之间，由于流速方向发生改变，将会增加小颗粒絮体间的接触机会，在流经上层斜管时，进一步提高水质，沉淀池中污源，一部分回流到絮凝反应池，剩余部分入污泥区，污泥定期排放。斜管清水区得出水经波形多孔集水板集水，均匀分配给分配水箱，分配水箱出水进入滤池进行过滤，去除泄漏的微量悬浮物，出水经冲洗水箱进入清水池，该滤池采用反射布水、多空板集水，滤料为石英砂，反冲洗为达到额定水头损失后，自动虹吸反冲。★双介质过滤器2、一级除盐系统+混床1—水泵；2—阳离子交换器；3—除碳器；4—中间水箱；5—中间水泵；6—阴离子交换器；7—混床出水进水7▲阳离子交换进入一级除盐系统的水是经预处理，水中只含有少量的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。其中水中的阳离子主要由Ca2+、Mg2+、K+、Na+和极少量的Al3+、Fe3+离子组成，阴离子主要由HCO3－、SO42-、Cl－和少量的NO3-、HSiO3-离子组成。当水通过强酸性H型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性H型树脂吸收，活性基团上的H+被置换到水中，与水中的阴离子组合生成酸。其反应式：1/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO41/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3CIHCINaHCO3Na1/2H2CO3阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会有其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故习惯上称之为漏钠。当出水中的Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失效，需停运再生后才能投入运行。为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏Ca2+或Mg2+离子？这是因为水中各种阳离子与树脂中H+发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的Ca2+，次层以Mg2+为主，下层就是Na+。强酸性阳树脂的选择性顺序为：Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+▲阳离子交换器进水装置的作用：是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水。压脂层的作用：过滤掉水中的悬浮物及机械杂质；使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面；防止树脂在逆流再生中乱层。中间排液装置的作用：中间排液装置对逆流再生离子交换器运行效果有较大影响，其作用是均匀排出再生液，防止树脂乱层、流失外，还应有足够的强度，安装时应保证在交换器内呈水平状态，排水装置的作用：是均匀收集处理好的水；另一个作用是均匀分配反洗进水。排水装置压脂层200mm进水装置反洗空间中间排液装置树脂层逆流再生阳离子交换器结构图当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的Ca2+比Mg2+、Na2+与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的Ca2+-离子可和已吸收了Mg2+的树脂进行交换反应，使Ca型树脂层向下扩展，而被置换下来的Mg2+一起与Na+型树脂发生交换，使Mg2+型树脂层下移而Na+的交换区域也逐渐下移。▲树脂的再生无顶压逆流再生的操作步骤：1）小反洗。只对压脂层进行反洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。用水为该级交换器的进口