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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 学习期间认真做好笔记 请自觉维护讲课秩序 化水专业廖川侠 2020 3 18 1 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 2020 3 18 2 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 2020 3 18 3 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 2020 3 18 4 按含盐量分类 按硬度分类 水的分类 2020 3 18 5 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 2020 3 18 6 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 2020 3 18 7 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 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 量浓度 mol L C 1 2CaCO3 C 1 2CaO C 1 2Ca2 mol L ppm 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 2020 3 18 8 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 2020 3 18 9 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 2020 3 18 10 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 2020 3 18 11 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 2020 3 18 12 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 a b碱度离子为CO3 和OH 没有HCO3 2 a0碱度离子只有HCO3 没有CO32 OH 5 b 0 a 0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 2020 3 18 13 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 2020 3 18 14 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 2020 3 18 15 双介质过滤器 2020 3 18 16 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 2020 3 18 17 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 2020 3 18 18 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 2020 3 18 19 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 2020 3 18 20 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 2020 3 18 21 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水 流速树脂不乱层为宜 一直反洗至出水清澈为为止 2 放水 待树脂颗粒下沉后 放掉中间排液装置以上的水 3 进再生液 将再生液放入交换器内 严格控制其流速和浓度4 逆流再生 进完再生液 关闭再生液计量箱出口阀 按再生液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗 直至出水指标合格为止 关闭进水阀 5 小正洗 水从上部进入 控制适当的流速 洗去再生后压脂层中残留的再生废液和杂质 小正洗用水为运行时的进口水 6 正洗 用水自上而下进行正洗 直到出水水质合格 即可投运运行 交换器经过多周期运行后 下部树脂层也会受到一定程度的污染 必须定期对整个树脂层进行大反洗 大反洗前先进行小反洗 在大反洗时流量应由小到大 逐步增大 从下步进水废液由上部的反洗排水阀排出 2020 3 18 22 除碳器 除碳原理水通过阳离子交换器 水中的HCO3 与从树脂上交换下来的H 结合 形成H2CO3极不稳定 随即分解生成的CO2 H2CO3 H2O CO2水中的CO2 可以看作是溶解在水中的气体 它的溶解度与气体分压的关系符合亨利定律 即在一定的温度下气体在液体中的溶解度与该气体在液面上的分压成正比 只要降低水面上CO2的分压力 溶于水中的游离CO2就能解吸出来 降低液面CO2气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两种 因空气中CO2含量很小 约0 03 在水中溶解达平衡时不到0 45mg L 这样水与空气接触时 水中的CO2便会析出 2020 3 18 23 阴离子交换器 阴离子交换实质上是阴树脂中的OH与酸性水 经过阳离子交换及除碳 中的负离子进行交换 所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为 1 2H2SO41 2SO4HNO3NO31 2H2CO3 ROH R1 2CO3 2H2OHClCI1 2H2SiO3HSiO3 根据强碱阴树脂的交换规律 HSiO3 集中在交换器中树脂的底部 所以当强碱性OH型阴离子交换器失效时 HSiO3 先漏出来 致使出水的硅含量升高 因强碱阴树脂的选择性顺序为 SO42 NO3 Cl OH F HCO3 HSiO3 2020 3 18 24 混合离子交换器 由于阳 阴树脂混合均匀 所以阳 阴离子交换反应几乎是同时进行的 置换出的H 和OH 立即生成水 都不会积累 消除了反离子作用 交换反应进行得十分彻底 出水水质很好 交换反应如下 交换器内有无数对阴阳树脂 运行过程中阳树脂吸附水中的阳离子放出H 阴树脂吸附阴离子放出OH 同时H和OH反应成H2O 交换器内有无数对阴阳树脂 运行过程中阳树脂吸附水中的阳离子放出H 阴 2020 3 18 25 混合床结构示意图 混合床是圆柱型密闭容器 其内部有进水装置 排水装置 中部有再生时排再生废液的中间排水装置等 为了便于阳 阴树脂分层 混合床中阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于0 15 0 20g cm3 国内混合床采用的阳 阴树脂的体积比为1 2 经过一级复床处理后的水质 一般电导率小于0 2 S cm pH接近中性 含硅量 以SiO2计 在20 g L以下 2020 3 18 26 过热蒸汽 7 生水 补给水 凝结水 冷却水 冷却水水 排汽 11 10 788 11 11 2 44 12 7 5 99 2 33 给水 6 6 2 1 锅炉 2 汽轮机 3 发电机 4 凝汽器 5 凝结水泵 6 凝结水精处理设备 7 低压加热器 8 除氧器 9 给水泵 10 高压加热器 11 补给水处理设备 12 冷却水泵凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程 第二章汽水监督工作 2020 3 18 27 在上述系统中 汽水的流动虽呈循环状 但这是主流 并非全部 在实际运行中总不免有些损失 造成汽水损失的主要原因有如下几个方面 1 锅炉部分 锅炉的排污放水 锅炉安全门和过热器放汽门的向外排汽 用蒸汽推动附属机械 如汽动给水泵 蒸汽吹灰和燃烧液体燃料 如油等 时采用蒸汽雾化法等 都要造成汽水损失 2 汽轮机机组 汽轮机的轴封处要连续向外排汽 在抽气器和除氧器排气口处会随空气排出一些蒸汽 造成损失 3 各种水箱及采样器 有溢流 长流等损失 4 管道系统 各管道系统法兰盘连接处不严密和阀门漏泄等原因 也会造成汽水损失 为了维持发电厂热力系统的水汽循环运行正常 凝汽式发电厂在正常运行情况下 补给水量不超过锅炉额定蒸发量的2 4 2020 3 18 28 水 汽质量标准的控制指标说明 1 蒸汽 1 为了防止蒸汽通流部分 特别是汽轮机内积盐 必须对锅炉蒸汽汽质进行监督 饱和蒸汽和过热蒸汽应同时监督的原因是 便于检查蒸汽汽质劣化的原因 例如 饱和蒸汽汽质较好 而过热蒸汽汽质不良 表明蒸汽在减温器内被污染 可以判断饱和蒸汽中的盐类在过热器内的沉积量 2 由于钠盐和硅酸往往是蒸汽携带的主要杂质 所以对钠和硅含量的监测是监督蒸汽品质的主要指标 3 电导率的测定 操作简便 灵敏度高 因此高压以上的锅炉为了及时掌握蒸汽中的含盐量 常将蒸汽经冷凝后通过氢离子交换柱 连续测定其电导率的大小 从而反映出蒸汽含盐量的状况 采用氢离子交换后的电导率而不采用总电导率 是为了避免蒸汽中氨的干扰 对凝结水电导率测定也是如此 2020 3 18 29 2 给水 为了防止锅炉及给水系统的腐蚀 结垢 并且在锅炉正常排污的情况下 能保证锅水水质量合格 必须对给水水质进行监督 标准中各项指标的监测意义如下 1 硬度 为防止锅炉及给水系统的结垢 避免锅水中产生过多的水渣 须严格控制给水硬度 2 油 由于给水中若含有油质 将有可能造成炉管内和过热器内生成导热系数极少的附着物 危及锅炉安全运行 同时油质还易使锅水形成泡沫 劣化蒸汽品质 因此 须对给水中油质进行监督 3 溶解氧 为了防止系统发生氧腐蚀 监督除氧器的除氧效果而进行监测 4 联氨 给水中加联氨时 应监督给水中的过剩的联氨 以确保除去残余的溶解氧 并消除因给水泵不严密等异常情况时偶然漏入的氧量 2020 3 18 30 5 pH值 为了防止给水系统腐蚀 给水pH值应控制在规定范围内 若给水pH值在9 2以上 虽对防止钢材的腐蚀有利 但因为提高给水pH值通常是用加氨的方法 所以有时给水pH值过高意味着水汽系统中氨含量较高 有可能会引起铜部件的氨蚀 所以给水最佳pH值应以保证热力系统铁 铜腐蚀产物最少为原则 6 铁和铜 为了防止炉中产生铁垢和铜垢 必严格监督给水中的铁和铜含量 另外 给水中铁和铜含量 还可作为评价热力系统金属腐蚀情况的依据之一 7 钠 硅 电导率 为了在锅炉排污率不超过规定值的情况下 保证锅水中的钠 硅 电导率不超过允许值 应监督和控制给水中的钠 硅 电导率 2020 3 18 31 3 凝结水 凝结水质量标准中各项指标的监测意义如下 1 硬度 由于凝汽器泄漏时会造成凝结水中硬度含量升高 并导致给水硬度不合格 所以应对凝结水硬度进行监督 2 溶解氧 在凝汽器和凝结水泵不严密处漏入空气 是凝结水增高的原因 凝结水含量较大时 易引起凝结水系统腐蚀 还会使随凝结水进入给水的腐蚀产物增多 影响给水水质 所以应监督凝结水中的溶解氧 3 电导率 为了能及时发现凝汽器的泄漏 测定凝结水的电导率是最方便的方法 通常当发现电导率比正常测定测大得多时 就表明凝汽器发生了泄漏 4 含钠量 由于钠度计比电导率仪更为灵敏 因此监凝结水含钠量可迅速及时地发现凝汽器微小的泄漏 2020 3 18 32 4 炉水 为了防止锅内结垢 腐蚀 保证蒸汽品质良好 必须对锅水水质进行监督 锅水质量标准中各项指标监测意义如下 1 pH值 锅水的pH值应不低于9 0 主要原因是 pH值低时 水对锅炉钢材的腐蚀性增强 锅水中磷酸根和钙离子的反应只有在pH值足够高的条件下 才能生成容易排除的水渣 从而较好地达到防垢的目的 为了抑制锅水中硅酸盐的水解 减少硅酸在蒸汽中的溶解携带量 但是 锅水中的pH值也不能太高 以免锅水中游离氢氧化钠引起碱性腐蚀 2020 3 18 33 2 总含盐量 二氧化硅 电导率 限制锅水中这些指标的含量 是为了保证蒸汽汽质合格 锅水中这些指标的最大允许含量不仅与锅炉汽水品质的参数 汽包内部装置的结构有关 而且还与运行工况有关 测定炉水含硅量 还可测算锅炉的排污率 并了解炉水中含硅量对蒸汽的影响 3 磷酸根 锅炉水中应维持有一定量的磷酸根 以防止受热而结生钙垢 磷酸根太少不利防垢 而过多则会产生易溶盐 隐藏 现象 故应将磷酸根控制在合适的范围内 4 氯离子 炉水的氯离子超标时 可能会破坏水冷壁管的保护膜并引