余热发电水处理.

1、余热发电水处理1. 余热发电用水概述1.1 余热发电中水的作用 余热发电中电能的产生实际上是一个能量转换的过程。余热发电将窑中煅烧 后的废气的热能传给锅炉中的水，使水转变为具有一定压力和温度的蒸汽，导入 汽轮机；在汽轮机中，蒸汽膨胀做功，将热能转化为机械能，推动汽轮机转子旋 转；汽轮机转子带动发电机转子一起高速旋转，将机械能转变为电能送至电网。 因此，在余热发电过程中，水的一个重要作用就是传递能量。另外，水在余热发电的生产过程中，还担负着冷却介质的作用。例如，冷却 汽轮机排出的蒸汽，冷却转动机械设备的轴瓦等等。1.2 余热发电水、汽循环及损失 余热发电中，水进入锅炉后吸收燃料燃烧放出的热，转变

2、为具有一定压力和 温度的蒸汽，送入汽轮机中膨胀做功，使汽轮机带动发电机转动。做完功的蒸汽 排入凝汽器 （蒸汽在凝汽器铜管的外侧，馆内通以冷却水 ）被冷却水冷却变为凝结 水。凝结水由凝结水泵送到低压加热器加热，加热后送至除氧器除氧。除氧后的 水再由给水泵送至高压加热器加热，然后经省煤器进入锅炉汽包。这就是凝汽式 发电厂水汽循环。在水、汽循环的过程中，虽然管道都是密封的，但总免不了损失。造成水、 汽损失的主要因素有以下几点：锅炉部分：锅炉的排污放水，安全门和过热器放汽门向外排汽，蒸汽吹灰和 燃油时采用蒸汽雾化等。汽轮机部分：汽轮机的轴封处窑向外排汽，抽气器和除氧器的排气口处也会 随空气排出一些蒸汽

3、。另外，用蒸汽加热或用蒸汽推动附属机械（如加热器、汽 动给水泵）等，也会造成水、汽损失。各种水箱：各种水箱（如疏水箱、给水箱等）有溢流和热水的蒸发等损失。 管道系统：各种管道系统中法兰盘结不严实和阀门泄露等原因，都造成水、 汽损失。为了维持余热发电热力系统的正常水、汽循环运行，就要不断的用水来补充 这些损失，这部分水称为补给水。补给水必须经过沉淀、过滤、除盐（或软化） 等水处理设备把水中有害的杂质去除后再补入除氧器。补给水量不超过锅炉额定 蒸发量的 2%-4%。1.3 余热发电用水分类 由于水在余热发电的水、汽循环系统中所经历的过程不一样，所以其水质存 在较大的差别。余热发电用水主要包括以下几

4、种：生水：生水是未经处理的天然水（如江、河、湖泊、地下水等） 。在余热发电 中，生水是制取补给水的原料，或用来做冷却介质，以及供消防用等。补给水：生水经过各种方法处理后，用来补充发电水、汽循环系统中损失的 水。补给水按其处理方法的不同，又可分为软化水、蒸馏水和除盐水等。凝结水：在汽轮机中做功后的蒸汽经过凝汽器冷凝成的水，称作凝结水。 疏水：各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结水，称为疏水。它经疏水器汇 集到疏水箱或并入凝结水系统。返回凝结水： 热电厂向用户供热后， 回收的蒸汽凝结水， 称为返回凝结水 （简 称返回水）。其中又有热网加热器凝结水和生产返回凝结水之分。给水：送往锅炉的水称为给水。凝汽

5、式发电厂的给水，主要由汽轮机凝结水、 补给水和各种疏水组成。热电厂的给水组成中，还包括返回凝结水。锅炉水：在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水，称为锅炉水，简称炉水。 冷却水：作为冷却介质的水称为冷却水。在余热发电中冷却水主要是通过凝 汽器用以冷却汽轮机排汽的水。1.4 余热发电水处理的重要性 余热发电热力系统中水、汽质量的好、坏，是影响发电热力设备（如锅炉、 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，这种水是不允许进入水、汽循环系统的。为了保证热力系统中有良好的 水质，必须对天然水进行适当的净化处理和严格的监督水、汽质量，否则就会引 起下列危害：1、热力设备

6、结垢如果进入锅炉或其他热交换器中的水，含有杂质（特别是高价金属离子） ，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。结垢对锅炉（或交换器）的安全、经济运 行有很大危害。这是因为水垢的导热性能比金属差几百倍，而这些水垢又极易在 热负荷很高的锅炉炉管中生成。这时，会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。结垢不仅影响到设备安全运行，而且还会大大降低发电厂的经济性。2、热力设备腐蚀 发电厂热力设备的金属经常和水接触，若水质不良，则会引起金属的腐

7、蚀。 发电给水管道、各种加热器、锅炉的省煤器、水冷壁、过热器和汽轮机凝汽器等， 都会因水质不良而引起腐蚀。腐蚀不仅要缩短设备本身的使用期限，造成经济损 失，同时还由于金属的腐蚀产物转入水中，使给水中杂质增多，从而又加剧在高 热负荷热面上的结垢过程，而结成的垢转而又会促进锅炉炉管的腐蚀。在此种恶 性循环，会迅速导致锅炉爆管事故。此外，如金属的腐蚀产物被蒸汽带到汽轮机 中沉淀下来，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。过热器内积盐会引 起金属管壁过热、变形

8、、鼓包甚至爆管，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 机内积盐严重是，还会使推力轴承负荷增大，隔板弯曲，造成事故停机。发电厂水处理工作，就是为了保证热力系统各部分有良好的水、汽品质，以 防止热力设备的结垢、积盐和腐蚀。因此，在火力发电厂中，水处理工作对保证 发电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。1.5 水的基本处理方法1.5.1 过滤水的过滤是把浊度较高的水，通过一定厚度的粒状和非粒状材料，而有效地 除去悬浮杂质，使水澄清的过程。这种过滤材料称为滤

9、料。由滤料堆积起来的过 滤层称滤层，起过滤作用的设备称为滤器或滤池。用过滤方法除去悬浮固体是一个较复杂的过程。过滤过程主要取决于悬浮物 和过滤介质的物理化学特征、过滤速度以及水的化学特性等因素。粒状过滤除去悬浮物是基于下述两个过程的作用，既表面过滤（或薄膜过滤） 和渗透过滤（或称接触混凝过滤）的综合过程。首先，当带由悬浮物的水自上部进入过滤层时，在滤层表面由于吸附和机械 阻留作用，悬浮物被截留下来，于是它们发生彼此重叠和架桥作用，其结果好像 形成一层附加的滤膜，在以后的过滤过程中，此滤膜就起主要的过滤作用。这种 过滤过程就叫表面过滤（又称薄膜过滤） 。当带有悬浮物的水流入滤层中间和下部时，也可

10、以起到截留悬浮物的作用。 这种过滤作用称为渗透过滤。渗透过滤的原理离子交换和混凝过程中用泥渣作为 接触介质相似。由于滤层中的沙粒壁澄清池中悬浮颗粒排列的更紧密，所以当由 悬浮物的水流经过过滤层中弯弯曲曲的空隙时，在水力学因素的作用下，有更多 的机会和沙粒相接触，水中悬浮物接触时，由于彼此间具有一定吸力，彼此互相 粘附，好像在砂层中进行了进一步混凝过程，故此过程又称接触混凝过程。为了保证过滤的效果，滤料的选择十分重要。作为滤料的物质，应当化学性 能稳定，不影响出水水质，机械强度良好，在使用中不至碎裂，粒度适中；还应 当价格低廉，便于取材等。1.5.2 离子交换 离子交换处理，是用一种称作离子交换

11、剂的物质来进行的。处理时，离子交换剂遇水，可将本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换，如钠型离子交换剂遇到含有Ca2+的水时，就发生如下交换反应：Ca2+2RNAR 2Ca+2Na+反应结果，水中的Ca2+吸附在交换剂上，交换剂转变成 Ca型，而交换剂中 原有的Na+进入水中，这样水中的Ca2+就被除去。转变成Ca型的交换剂，可以用 钠盐溶液（如NaCI）通过，使其Ca型的交换剂再变成Na型，重新使用，反应如 下：R2Ca+2NaJ 2RNa+Ca2+离子交换剂是一种反应型的高分子电解质。内部含有活性基团，活性基团能 离解出可交换离子。这种离子能够和溶液中的同符号的离子相互交换。所以凡

12、含 有可交换离子，具有离子交换能力的物质，均称为离子交换剂。1.5.3 反渗透 反渗透是一种新兴的水处理工艺。目前，反渗透已经在城市用水、锅炉补给 水、工业废水处理、海水淡化和各种溶液中溶质分离等方面得到广泛应用。渗透是一种物理现象， 当两种含有不同浓度盐类的水， 如用一张半渗透性 （只允许水分子通过，而不允许盐类物质通过）的薄膜分开就会发现，含盐量少的一 边水会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含盐分并不渗透，这样逐渐就有把两边 的含盐浓度融和到均等的趋势。这一过程叫作自然渗透，简称渗透。但是，在渗透过程中，由于盐水侧的液位越来越高，而淡水侧的液位越来越 低，导致两侧产生液位差，这一液位差产生的

13、压力阻碍了淡水的渗透，当这个压 力达到一定程度，使得淡水渗透倾向被抵消时，淡水侧和盐水侧的液位都不再变 化，渗透最终达到一个动态平衡，此时盐水侧和淡水侧的高度差值称为渗透压。根据半透膜的特性，我们可以在盐水侧施加一个外加压力，迫使盐水侧的水 分子透过半透膜进入淡水的一侧，这种渗透过程与正常的自然渗透方向相反，故 称为反渗透。渗透和反渗透的原理示意图如图1-1所示：图1-1渗透与反渗透原理示意图2. 余热发电用水的处理2.1锅炉用水处理2.1.1锅炉用水的处理流程为了防止锅炉结垢，锅炉用水必须经过严格的处理，锅炉用水大致流程如图2-1所示：生水生水箱机械过 滤器W活性炭 过滤器一清水箱1r汽轮机

14、锅炉M除氧器疏水箱-软化器凝汽器J图2-1余热发电锅炉用水的流程示意图其中软化器部分可以用反渗透和混床结合来代替。软化器只能除去水中的钙、 镁离子；而反渗透和混床结合处理可以除去水中绝大部分的离子，比软化器处理 水的水质好很多。1、机械过滤器机械过滤的作用是除去生水中的悬浮物、机械杂质、细菌等有害物质。机械 过滤器的操作如下：反洗后，每次投运前必须进行正洗，合格后方可投运；开启 正进门、空气门，空气门溢水后关空气门，开正排门 ，调整流量，出水澄清，无悬浮 杂质时正洗合格；开出口门，关正排门，向活性炭过滤器供水，控制压力为0.2MPa； 进出口压差为0.05MPa时判为失效，停止运行。2、活性炭

15、过滤器活性炭过滤器的作用是吸附水中余氯、有机物、色度、悬浮物等杂质。活性 炭过滤器的操作如下：反洗后，每次投运前必须进行正洗，合格后能投运；开进 水门，空气门，空气门溢水时关空气门，开正排门，调整流量20t/h，压力为0.2MPa 出水澄清时正洗合格；开出口门，关正排门，向清水箱供水；出口有机物超标， 判为失效，停止运行。3、软化器软化器的作用是通过离子交换剂除去水中的钙、镁离子，降低水的硬度，防 止在钙、镁在锅炉和管道中结垢。软化器的操作步骤是：正常运行，在所有阀门 关闭的情况时，首先开启清水泵入口门，启泵待压力稳定以后，开启泵出水门， 向软化器供水，开软化器进水阀上进阀，上排阀，待上排阀将

16、柱内空气排尽并出水时，打开下排阀同时关闭上排阀。然后调整流量：正常流量为8-10 T/H。运行5分钟后，化验水质，合格后打开出水阀，同时关闭下排阀，合格水便进入软化器， 开始正常运行。正常运行中，操作人员必须经常观察运行情况，注意流量，压力， 出水水质，每小时必须化验水质1次，发现出水不合格时应立即停机再生。停机 时首先停运清水泵，关闭进水阀，出水阀，上进阀。停机时必须经常观察树脂层， 防止由于渗漏而树脂层脱水而损坏树脂。本设备可以二柱同时运行，也可以一柱 运行一柱再生，本设备运行压力为 0.2 MPa单柱产水量周期为250吨左右。由于软化器只能除去水中的钙、镁离子，对其他离子没有净化作用，所

17、以有 条件的情况下可以用反渗透和阴阳离子交换混床结合使用来代替软化器。反渗透 和混床结合使用得到的水各指标都远远优于软化器。两种处理方法得到水的水质 指标如表2-1所示：表2-1软化器和反渗透结合混床制水指标对比水质指标碱度(mmol/ L)PH氯根(mg/ L)磷酸根 (mg/ L)软化器处理12V 12w生水10 20反渗透+混床0.5 29.010.5w45152.2.2锅炉用水的各指标及测定方法锅炉用水的水汽控制指标如下：(1) 锅炉给水质量标准：硬度w 30微摩尔； 溶氧w 50微克/升；溶解固形物7(2) 锅炉水质量标准：磷酸根 10-20mg/L; PH： 10-12; 总碱度：

18、2-12 mmol/L ; Cl-三生水 mg/L(3) 蒸汽指标标准：电导 w 15us/cm 钠值 w 20ug/L PH7;(4) 凝结水指标标准：溶氧 w0.05mg/L 硬度 w0.03mmol/L 电导 w 10us PH： 6.86(5) 软化水指标标准；硬度三 0.03mmol/L； Cl-=生水 mg/L锅炉用水各指标的测定方法如下：1、Na+浓度测定Na+浓度用的是 DWS-51型钠离子浓度计，测定时环境温度为 5 C 35 C,相对湿度不大于 80%被测溶液温度为5 C35 C且与标定溶液温差不 超过1 C。测定步骤为：将电极充分淋洗后，用被测液淋洗一次，将电极插入被测液

19、中，等读数稳定 后，仪器的显示值即为样品溶液的 PNafi，再将仪器上“选择”开关置于(Na+) 档位置，则显示值即为Na+的浓度。其单位根据仪器面板上的g/L、mg/L的指示灯 亮为单位，如被测溶液呈酸性，则应预先加入二异丙胺，使其呈碱性即可。2、PH 值测定PH值的仪器为PHS-2 (A)型，测定环境温度为0 C 40 C,空气相对 湿度不大于 85%，无显著振动和磁场干扰影响。操作程序如下：将功能开关置于PH档，接上PH复合电极，以去离子水清洗电极并用滤纸吸 干，插入被测溶液中，调节温度补偿旋钮，使旋钮箭头所指温度和被测溶液温度 一致，仪器显示的即为被测溶液的 PH值。3、电导率测定电导

20、率所用的仪器为 DDS-11A/C 型数字电导仪，测定环境温度为 0 C 40 C,空气相对湿度不大于85%，无显著振动和磁场干扰影响。操作程序如 下：将测量开关置于“测量”档，选用适当的量程档，将清洁的电极插入被测溶 液中，仪器显示被测溶液在测定温度下的电导率值。4、溶解氧的测定溶解氧的测定仪器为 OX-12B型携式测氧仪，环境温度为5 C 35 C,相对湿 度不大于85%，电源为DC (9-1.5V )，被测介质温度5 C 40 C,大气压力为85 KPa-106 KPa。仪器校正：接通电源后，讲仪器置于 %档，氧电极置于空气中，待显示稳定后 (2-3)分钟，调节校正器，使仪器显示 20.

21、6%即可。测定方法：仪器校正后，装上阳电极流通池，将样品进入流通池，样品保持 流速大于10cm/s,将气氧/溶氧开关按下，置于 mg/L档，待仪器显示稳定后 2-3 分钟，记录读数(mg/L)即为被测样品的溶解氧。5、磷酸根 锅炉水中应当维持一定量的磷酸根，主要是为了防止钙垢，还起到防止碱性腐蚀的作用向炉水加入磷酸盐，并保持一定的过剩量，使炉水中的钙盐在有足够的氢氧 碱度的条件下，与磷酸盐生成难溶性的泥状沉淀物。10Ca2+6P043-+20H- Ca10(OH) 2(PO4)6 J炉水中的镁盐与磷酸盐和药性碱相结合也可生成泥状沉淀物3Mg2+2SiO32-+2OH -+H2O3MgO 2Si

22、O2 2H2O J 生成的碱式磷酸钙是一种松软的水渣，易随锅炉排污排除，且不会粘附在锅 炉内变成水垢。采用磷酸盐对锅炉进行处理，商用的药硫酸三钠(Na3PO4 12出0)。 以钠离子交换水作为补给水，有时因补给水率大而使锅炉水碱度高，为了降低锅 炉碱度，可采用硫酸氢二钠(Na2HPO4)进行处理。可以除去一部分游离的NaOH， 其反应如下：NaOH+ Na 2HPO4 Na3PO4 +H2O为了维持一定量的磷酸根，必须对炉水中的磷酸根进行监督，磷酸根的测定 是用眼睛比较被测溶液和标准溶液的颜色深浅来判断含量的，这种方法叫做目测 比色法。方法如下：取 0、0.10、0.20、0.40、0.60、

23、0.80、1.00、 1.50、2.00、2.50mL 磷酸盐工作 溶液(1 mL含0.1 mgPO3-4)及5 mL水样，分别注入一组25 mL比色管中，用蒸 馏水稀释至约20 mL,摇匀。于上述比色管中各加入 2.5mL 钼酸铵 -硫酸混合溶液，用蒸馏水稀释至刻度， 摇匀。于每支比色管中加入 23 滴氯化亚锡甘油溶液， 摇匀，待 2 min 后进行比色。 找出与被测试样颜色深浅相近的标准溶液，查出其加入磷酸盐工作溶液的体积a (mL)，则试样中磷酸盐(PO3-4)含量按下式计算：PO43-=0.1a / VX 1000=a / VX mo/ L式中V水样的体积，mL。6、碱度 水的碱度是指

24、水中含有能接受氢离子的物质的量。碱度分为酚酞碱度和全碱度，酚酞碱度是以酚酞作为指示剂时所测得的量，其终点的 PH 值约为 8.3。全碱 度是以甲基橙为指示剂时测得的量，终点的 PH 值约为 4.2。若碱度小于 0.5 mol/L 时，全碱度宜以甲基红亚甲基蓝作为指示剂，终点的 PH 值约为 5.0。( 1)取 100 mL 水样注入锥形瓶中。2）加入 23 滴酚酞指示剂，此时溶液显红色，用硫酸标准溶液滴定至恰无色。（3）在上述锥形瓶中加入 2 滴甲基橙指示剂，继续用硫酸标准溶液滴定至溶 液呈橙红色为止，记录硫酸标准溶液消耗量计算公式全碱度=硫酸标准溶液的浓度X硫酸标准溶液的消耗体积/V水样体积

25、X10007、硬度 硬度主要是反应水中的钙、镁离子的浓度，测量硬度可以很好的监督锅炉水中钙、镁离子，防止钙、镁结垢。测量硬度的试剂为： 0.05 M EDTA 标准溶液， 氨水-氯化铵溶液， 0.5%铬黑 T 试剂， 0.5%酸性铬蓝 K 指示剂。测量方法：（1）水样硬度大于 0.5 毫克当量/升的测量量取50 mL或100 mL水样注入250 mL的锥形瓶中，加3-5 mL氨水-氯化铵 缓冲溶液和2-3滴0.5%的铬黑T指示剂，以0.05 M EDTA标准溶液滴定至溶液由 酒红色变为蓝色即为终点。记下消耗体积 V1。（2）水样硬度小于等于 0.5毫克当量/升的测量量取 100 mL 水样注入

26、 250 mL 的锥形瓶中，加 3 mL 氨水-氯化铵缓冲溶液和 2-3滴0.5%的铬黑 T 指示剂，以 0.005 M EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫色变为蓝 色即为终点。记下消耗体积 V1。（3）计算公式：YD=MV 1X 1000 /VMEDTA 标准溶液的摩尔浓度（ mol/L）Vi滴定消耗的EDTA标准溶液的体积（mL）V水样体积（mL）8、氯根 氯根的测定是用沉淀滴定法，氯离子和银离子反应会生产白色的氯化银沉淀，因此可采用硝酸银来滴定。滴定时用铬酸钾作为指示剂。反应如下：Ag+CI-=AgCI J （白色）2Ag+Cr2O42-=Ag 2Cr2O4 J（红色）其中AgCl比Ag

27、2C2O4的溶解度低，所以滴定开始时只生成白色的 AgCl沉淀，而没有Ag 2C2O4沉淀。滴定终点时，氯离子完全沉淀，银离子就和铬酸根反 应生成了红色的Ag 2CtO4沉淀。白色的AgCI沉淀和红色的Ag 2。2。4沉淀共同存 在使滴定终点呈橙色。氯根的测定步骤如下：（1）量取100 mL水样注入锥形瓶中，加23滴酚酞指示剂，若显红色，用 硫酸溶液中和至无色，若无色，则用氢氧化钠溶液中和至微红色，然后以硫酸滴 定回至无色。（2）在上述锥形瓶中加入1 mL铬酸钾指示剂，用硝酸银标准溶液滴定至橙 红色，记录硝酸银标准溶液消耗的体积。计算公式：氯根=硝酸银标准溶液浓度X硝酸银标准溶液的消耗体积/水

28、样体积x10002.2循环水处理余热发电中，冷却水主要是用来作为凝汽器的冷却介质。而冷却水的供水方 式大致可以分为开放式和循环式两中。开放式供水，是由水源来的生水一次性地 经过凝汽器设备后，排掉不再利用，一般在水源充足的地方，如由江、河、湖、 海和水库的地方，大都采用这种方式；循环式供水，是冷却水经凝汽器后，通过 冷水塔或喷水池，降低温度后再作为冷却介质使用。这种供水方式的冷却水又称 为循环水。在凝汽器的冷却系统中形成的水垢，通常只有碳酸盐水垢，这是因为 在运行条件下，通常只发生 Ca （HCO3） 2受热分解而生成CaCO3水垢。循环冷却水的处理流程如图2-2所示：补充水排污损失图 2-2

29、循环冷却水流程图如图 2-2 所示，由于蒸发、风吹、泄漏以及排污的损失，导致作为冷却介质 的水越来越少，所以要不断地补充水。冷却系统的补充水必须经过加阻垢剂、剥 离剂、杀菌剂等处理并过滤后才能送入。3. 设备再生与维护3.1 过滤器的反洗 过滤器长时间使用会失去过滤能力，若要恢复其过滤能力，必须对过滤器进 行反洗。机械过滤器的反洗操作如下：开启空气门，反排门；待反排门水排净后，开启反洗进水门；控制反洗压力不超过 0.25 MPa，注意反洗以不跑石英沙为基础， 控制反洗强度，太小悬浮物等洗不掉，太大容易冲走石英砂造成滤料流失；反洗 时间控制30 min,观察反洗水澄清，浊度同进水即可；关闭反洗进水门和反排门； 待石英沙滤层稳定后，开启正洗进水门，待空气门溢水后，开启正排门，关空气 门，控制压力0.2 MPa进行正洗，时间为30 min，如浊度合格，即可投运或停下 作备用。活性炭过滤器的反洗操作同机械过滤器，一定要注意观察防止滤料流失。3.2 软化器再生反洗 :开启上排阀，下排阀，使交换柱内的水排至树脂层上 5-10 公分时进行反 洗，（一般 20 周期进行一次）目的是把树脂层上部的颗粒性杂志从上排阀口排出， 使树脂松散，一般操作，启清水泵，打开进水阀