电厂锅炉补给水处理技术PPT课件

1、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。第1页/共114页目录目录第一节 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2页/共114页第一节 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

2、环系统 水处理的重要作用 第3页/共114页u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24%。 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3-13-1。第4页/共114页图3-1 3-1 热力发电厂水汽循环系统主要流程第5页/共114页 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)(1)系统内水汽循环损失

3、： 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)(2)对外供汽损失 对非生产、生活供汽大部分不能返回。 (3)(3)厂内其它用汽损失 如采暖、生活用汽等等。第6页/共114页 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)(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)(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)(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)(4)疏水 各种用汽设

4、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。 第7页/共114页 (5)(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)(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)(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)(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。第8页/共114页u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

5、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。第9页/共114页 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

6、，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。第10页/共114页结垢第11页/共114页腐蚀第12页/共114页结垢第13页/共114页腐蚀第14页/共114页腐蚀第15页/共114页积盐第16页/共114页积盐第17页/共114页积盐第18页/共114页 火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下： (1)(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)(2)高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。 (3)(3)对给水的除氧、加药。 (4)(4)汽包锅炉的锅内水处

7、理。 (5)(5)冷却水的处理。 (6)(6)热电厂对返回水的除油、除铁。 (7)(7)热力系统的水汽质量监督。 (8)(8)锅炉及其他热力设备的清洗。第19页/共114页第二节 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 第20页/共114页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

8、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 第21页/共114页u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0.1m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 第22页/共114页u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

9、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第23页/共114页 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(cm)的倒数。实用上，由于水的电导率常常很小，所以经常用S/cm单位，它是S/cm的1106。第24页/共114页u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(22M

10、gcCacH第25页/共114页 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 第26页/共114页u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，HF0第27页/共114页u表示水中酸性物质的指标酸度 酸度是指

11、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：第28页/共114页u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。第29页/共114页 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

12、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。u表示水中有机物的指标 第30页/共114页四、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31页/共114页第三节 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 给水系统给水系统第32页/共114页u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

13、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pHAl3+Ca2+Mg2+K+= NH4+ Na+Li+ SO42-NO3-Cl-HCO3-HSiO3- * H和OH的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。 对于强酸阳树脂：H+Li+ 而对于弱酸阳树脂：H+Fe3+第70页/共114页当OH离子交换树脂失效后，用碱进

14、行再生时，即对于进水是浓碱溶液、阴离子的选择性顺序为：据此，可以推知，强碱性OH型阴树脂对于水中常见阴离子的吸着顺序，遵循以下三条规律： (1)在强弱酸混合的溶液中，易吸取强酸的阴离子。 (2)浓溶液与稀溶液相比，前者利于低价离子被吸取，后者利于高价离子被吸取。(3)在浓度和价数等条件相同的情况下，选择性系数大的易被吸取。第71页/共114页 (5)(5)交换容量 离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。有两种表示法：质量表示法( (单位质量树脂吸着能力) )和体积表示法( (单位体积吸着能力) )。 在表示交换容量时，为了统一起见，一般阳离子交换树脂以Na型为准(也有以H型为准的)，

15、阴离子交换树脂以Cl型为准。 全交换容量(Q) 此指标表示离子交换树脂中所有活性基团的总量。 中性盐分解容量 树脂能与中性盐进行交换反应的交换容量。表示强碱基团量的多少。 弱酸（碱）基团交换容量 两者之差第72页/共114页 离子交换平衡 离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。 RA + B- - RB +A+ 离子交换选择系数为： KAB= RBA+/RAB+ 该值越大，有利于交换反应的进行。(1)平衡常数 以H型阳离子交换树脂与水中Na+进行交换为例，加以讨论： RH+Na+RNa+H+ 第73页/共114页 如果此反应不伴随有反应物质的吸附或解吸等过程，则可得如下平衡常数式 由于K值要

16、受吸附和解吸过程的影响，而且还因离子交换树脂相中的离子活度系数现在还无法测定。 第74页/共114页(2)选择性系数 这里， 用来代表 ，它称为选择性系数。此系数只表示离子交换平衡时，各种离子间一种量的关系，没有更多的物理化学意义。选择性系数可以进行换算：1.等价离子 KAB=KACKBC2.不等价离子 KAB=KAC（KBC）2 A2价 B、C1价NaHKRHNaRNaHffKff第75页/共114页u水的离子交换软化和除碱 如果经预处理后的清水，仅仅需要除去Ca2+、Mg2+（即软化），可以采用钠离子交换法。如果不仅要求除去Ca2+、Mg2+，还要求除去碱度，则采用氢钠离子交换法。 钠离子

17、交换法 钠离子交换过程如下式表示： 钠离子交换剂层中离子分布示意见图3-93-9。 水通过一个钠离子交换器叫一级钠离子交换，出水残留硬度可满足低压锅炉要求，如果要求进一步降低残留硬度，可采用二级钠离子交换，即将两个钠离子交换器串联。2222()()2RNaCaMgR Ca MgNa第76页/共114页图3-9 3-9 钠离子交换剂层中离子分布示意第77页/共114页 氢钠离子交换法 为了弥补钠离子交换不能除碱的缺点，可以在出水中加酸，如加H2SO4。 生成的CO2由除碳器除去，但这种方法却增加了水的含盐量。因此火电厂中更多地采用氢钠离子交换的方法。 (1)(1)氢钠离子交换原理 当采用强酸性H

18、离子交换树脂时，交换过程为： Ca (HCO3)2 Ca 2H2CO3 2RH+Mg Cl2 R2 Mg + 2HCl Na2 SO4 Na2 H2SO43242422222NaHCOH SONa SOCOH O第78页/共114页 因此，H型交换器产生了强酸，并且强酸酸度与进水中强酸阴离子的量相当。 氢离子交换剂层中离子分布示意见图3-103-10。 如果我们利用H型交换器出水的强酸中和Na型交换器出水的碱度，生成的CO2用除碳器除去，这样就达到软化和除碱的目的。 氢钠离子交换系统有串联和并联两种方式。 (2)(2)并联H-Na离子交换系统 如图3-113-11，该系统进水分别入H型交换器的

19、强酸性出水中和Na型交换器出水的碱度。第79页/共114页图3-103-10 氢离子交换剂层中离子分布示意第80页/共114页图3-113-11 并联H-Na离子交换系统第81页/共114页 (3) (3)串联H-Na离子交换系统 如图3-123-12，该系统用H型交换器的出水，中和另一部分原水的碱度，然后进入除碳器除去CO2，最后用泵打入Na型交换器。 除碳器置于Na型交换器之前，是为防止CO2进入Na型交换器，重新生成NaHCO3。 与并联系统相同的是，串联系统也必须调整进入H型交换器的水量，维持中和后出水一定的残留碱度。 使用弱碱性树脂的H-Na离子交换系统采用串联的方式。第82页/共1

20、14页图3-12 串联H-Na离子交换系统第83页/共114页 除碳器 除碳器的作用是除去CO2。 原水中碳酸盐碱度，经过H离子交换，即转化为H2CO3并存在平衡 pH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交换器出水pH较低，使CO2从水中游离，如果我们能降低水面上CO2的分压，即可使CO2从水中逸出，这就是除碳器的工作原理。 常用的鼓风式除碳器的结构如图3-133-13。32322HHCOH COCOH O第84页/共114页图3-133-13 鼓风式除碳器第85页/共114页第86页/共114页第87页/共114页H-OH离子交换法 如果既要去除水中阳离子又要去除水中阴离子，则可

21、以用氢氢氧离子交换法。 2H2CO3 2 RHCO3 2ROH+ 2 HCl 2RCl +2H20 H2SO4 R2SO4 2 H2SiO3 2 RHSiO3第88页/共114页u离子交换除盐系统 一级复床除盐 将预处理后的清水，一次顺序通过H型和OH型交换器的系统叫一级复床除盐系统，如图3-143-14。 一级复床除盐系统的运行监督，是分别监督H型和OH型交换器的出水。 混合床除盐 混合床是在一个交换器内，把已再生好的H H型和OHOH型离子交换树脂按一定比例混合均匀，所以混床就相当于一个多级复床。 混床的优势在于水的阳、阴离子交换是交错进行，出水水质好而且水质稳定；由于交换未期，出水电导率

22、上升很快，终点容易判断；运行周期也较长。缺点是树脂的损耗大；再生操作比较复杂。第89页/共114页图3-143-14 一级复床除盐系统第90页/共114页 常见的化学除盐主系统及其选择 采用阳、阴离子交换器组成主系统时，通常参照下面的原则： (1)(1)第一个交换器应是H H型交换器。 (2)(2)弱酸性阳树脂；适用于处理碱度大或碳酸盐硬度大的水。 (3)(3)弱碱性阴树脂；是用于处理强酸阴离子含量大的水。 (4)(4)除硅必须采用强碱性阴树脂。 (5)(5)水质要求高时应设混床。 (6)(6)除碳器应置于强碱性阴树脂之前，以保证除硅效果。第91页/共114页u离子交换装置及其运行 离子交换装

23、置按运行方式不同可分为固定床和连续床。 固定床离子交换装置 固定床离子交换是把离子交换树脂固定在一个装置( (称固定床) )中，水流经树脂完成交换过程。 完成离子交换过程的设备，叫做离子交换器。 固定床离子交换，按其再生方式不同，可分为顺流再生和逆流再生固定床。 (1)(1)顺流再生床 顺流再生是指运行时水流方向和再生液流动方向一致，通常都是自上而下的。第92页/共114页 离子交换器结构 交换器是一个密封的圆柱体，设有进水装置，进再生液装置、排水装置，装有一定高度的离子交换树脂。 进再生液装置示意见图3-153-15。 交换器的运行 交换器的运行可分为反洗、再生、正洗、交换四个步骤。 反洗：

24、用水在与进水相反的方向上通过交换剂层，使交换剂层松动，清除由于过滤作用而截留在交换剂上的杂质。 再生：使失效的交换剂恢复交换能力。第93页/共114页图3-153-15 进再生液装置示意图第94页/共114页第95页/共114页第96页/共114页第97页/共114页第98页/共114页 正洗：清除再生过程中滞留于交换剂层中的再生产物和过剩再生剂。 交换：清洗合格后，交换器即可投入运行。 (2)(2)逆流再生固定床 逆流再生属对流式，即运行时进水和再生时进再生剂的方向相对进行的水处理工艺。 逆流再生原理 逆流再生时，再生剂自下而上，首先接触的是失效程度最小，又易于再生的Na型树脂，因此底层树脂

25、再生程度较高。另外，下层树脂的再生产物Na+在上升过程中，对上层树脂中的Ca、Mg有一定的交换能力，使再生剂的利用率提高。第99页/共114页 这样，尽管上层树脂再生程度差一些，但接触的是含盐量较大的进水，仍可较好地交换。而下层树脂再生彻底，将保证出水水质。因此，逆流再生是一种较理想的再生方式，已在电厂广泛采用。 交换器的结构及运行 逆流再生离子交换器见图3-163-16。它和顺流再生固定床的主要区别在于：在交换剂的表面设有中间排液装置。 逆流再生操作示意见图3-173-17。 小反洗：进水反洗树脂压实层，清除压实层和中间排液装置上的污物，至出水澄清。 放水：小反洗后放掉中间排液装置上部的水。第100页/共114页图3-163-16 逆流再生离子交换器第101页/共114页图3-173-17 逆流再生操作示意第102页/共114页 顶压：放水后进压缩空气顶压以防乱层。 进再生剂：在顶压情况下进再生剂。 逆流冲洗：以进再生剂相同流速，自下而上进纯水冲洗残留废液和再生产物至出水合格。 小反洗：进水反洗树脂压实层中残留再生剂。 正洗：用水自上而下冲洗，至出水合格后转入正常运行。 (3)(3)浮动床 浮动床是对流再生技术的一种形式。浮动床工作过程示意见图3-183-18。 浮动床本体是钢制圆筒和上下封头，内部装有上、下分配装置，床层和水垫层。第103页/共114页图3-183-18 浮