第三章__电厂锅炉补给水处理处理技术

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•水中的杂质•水中所含的杂质按其在水中存在的状态可以分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们靠浮力和粘滞力悬浮于水中。溶解物质则由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承。胶体物体则介于悬浮物质与溶解物质之间，这三种杂质的尺度为：溶解物质胶体物质悬浮物质10-510-410-310-210-1110100(μm)水质指标水质是指水和其中所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特征。各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。水质指标项目繁多，总共可有上百种，它们可分为物理的、化学的和生物的三类。（一）物理性水质指标属于这一类的水质指标主要有：1、感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。2、其它的物理性水质指标，如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率（电阻率）等。水质指标•（二）化学性水质指标•1、一般化学性水质指标，如：pH、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量，一般有机物质等。•2、有毒的化学性水质指标，如：各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。•3、氧平衡指标，如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。•（三）生物学水质指标•一般包括细菌总数、总大肠杆菌群数、各种病原细菌病毒等。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)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。(3)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。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。石灰处理原理在天然水中加入Ca(OH)2，由于pH值的增加，破坏了水的碳酸平衡并使之右移：222332HOCOHHCOHCO2OH22HOCa(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，分离水中悬浮物和沉淀之后生成的沉淀物，结构复杂。澄清池可分为泥渣悬浮式和泥渣循环式两种类型。①цнии型澄清池该澄清池是原苏联设计的典型泥渣悬浮式澄清池，结构见图3-5。②水力循环澄清池水力循环澄清池是泥渣循环式澄清池的一种，结构见图3-6。图3-5цнии型澄清池图3-6水力循环澄清池Flash水的过滤处理水的过滤处理是用过滤材料将水中分散的悬浮颗粒分离出来的处理过程。在锅炉补给水处理中，常采用粒状滤料过滤法；凝结水净化处理中，采用覆盖过滤和电磁过滤法。粒状滤料的过滤原理粒状滤料的过滤是薄膜过滤和接触混凝过滤的综合过程。一般工业上采用的是快滤池，主要是接触混凝过滤。滤速可达10m/h以上，通常是在混凝处理以后进行。•过滤机理可归纳为三种主要作用：•（1）机械筛滤作用•当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。•悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。•（2）重力沉淀作用•原水通过滤层时，众多的滤料表面提供了巨大的不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成了无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。•滤料越小，沉降面积越大，滤速越小，则水流越平稳，这都有利于悬浮物的沉降。•（3）接触粘附（絮凝）作用•原水通过滤层时，有很多机会与砂粒接触，通过彼此间的范德华力、静电力及某些特别的吸附力等作用相互吸引而粘附，恰如在滤层中进行了深度的混凝过程。滤料滤料的技术要求是：(1)适当的粒度组成；(2)良好的化学稳定性；(3)一定的机械强度。水头损失水头损失是指水流通过滤层的压力降，是滤池运行状况的重要指标。影响水头损失的因素，除滤料被污染的程度外，还有滤料的粒径，滤速和温度。滤料的粒径愈小，水头损失愈大；滤速与水头损失成正比；温度升高，水头损失减小，是因为水的粘度降低。影响过滤的因素在滤料和滤层厚度确定之后，影响过滤的因素主要是滤速、反洗和水流的均匀性。(1)滤速滤速