第四章水系统概况

学习内容第一章相关知识第二章化学基础知识第三章水质分析第四章水系统概况第五章原水预处理第六章水的预脱盐第七章锅炉补给水处理第八章锅内水处理及水汽监督第九章凝结水精处理第十章循环水处理第十一章废污水处理第十二章制氢站第四章水系统概况第一节天然水的分类第二节电厂水处理第一节天然水的分类一、水的结构二、水的特性三、水的自然分布四、水的运动五、天然水中的杂质特性六、天然水的分类七、天然水的特点八、水质校核一、水分子的结构水的基本化学式为H2O。两个氢原子核排列成以氧原子核为顶的等腰三角形。水分子是一个极性很强的分子。在正极一方有两个裸露的氢核，在负极一方有氧的两对孤对电子，五个水分子之间形成四个氢键，其中每一个外围分子又再与另外的分子继续生成氢键。这种现象称为水分子的缔合现象，所以水是单个分子H2O和(H2O)n的混合物，(H2O)n称为水分子的集聚体或聚合物。二、水的特性1、水的状态水在常压下有汽、液、固三态。在常压下，水的冰点为0℃，沸点为100℃。在自然环境中可以固体存在，也可以液体存在，并有相当部分变为水蒸汽。火力发电厂的生产工艺就是利用水的这种三态变化来转换能量的。2、水的密度水的密度是3.98℃时最大为1g/cm3。高于或低于此温度时，其密度都小于1g/cm3。3、水的比热容在所有的液体和固体物质中，水的比热容最大（4.1868J/g℃）。同时水也有很大的蒸发热和溶解热。这是因为水加热时，热量不仅消耗于水温升高，还消耗于水分子聚合物的解离(氢键)。4、水的溶解能力水是一种优良极性溶剂。能溶解大量杂质。锅炉补给水净化的任务就是将水在自然界中所溶解的杂质除去。5、水的电导因为水是一种很弱的两性电解质，能电离出少量的H+和OH-，所以即使是理想的纯水也有一定的导电能力，这种导电能力常用电导率来表示。电阻率是对断面为lcm×lcm、长lcm体积的水所测得的电阻，单位是欧姆•厘米(Ω•cm)。电导率是电阻率的倒数。电导率的单位是西门子/厘米(S/cm或µS/cm)。25℃时纯水的电导率为0.0546微西门子/厘米(µS/cm)。6、水的沸点与蒸汽压蒸发H2O(l)H2O（g）凝结在温度一定的情况下，达到动态平衡时的蒸汽称为该温度下的饱和蒸汽，这时的蒸汽压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。当水的温度升高到一定值，其蒸汽压力等于外界压力时，水就开始沸腾，这时的温度称为该压力下的沸点。当气体高于某一温度时，不管加多大压力都不能将气体液化，这一温度称为气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化的压力称为临界压力。水蒸汽的临界温度为374.15℃，临界压力为22.129MPa。7、水的化学性质（1）水能与金属和非金属作用放出氢2Na+2H2O→2NaOH+H2↑Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2↑3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑3Fe+4H2O→Fe(OH)2+4H2↑C+H2O→CO+H2↑（2）水还能与许多金属和非金属的氧化物反应，生成碱和酸。CaO+H2O→Ca(OH)2SO3+H2O→H2SO4CO2+H2O→H2CO3（3）水有很强的稳定性，加热到2000℃时，才有0.588%的水分解：2H2O=H2↑+O2↑水具有以上的特性，是水用来做热力发电厂能量转换的介质的先决条件。三、水的自然分布1、生物圈生物圈是指地球上有生命的部分，即地球上所有的生物(包括人类)及其生存环境的总体。它是地球上最大的生态系统，其划分的范围在海平面以上9km到海平面以下10km，它包括了上千万种物种。生物圈中所有的生物都离不开水，水是生命最基础的物质，没有水就没有生命。2、水圈（水的分布）地球是一个水量极其丰富的天体。海洋和陆地上的液态水和固态水构成了一个连续的圈层，覆盖着3/4以上的地球表面，称为水圈，它包括江河湖海中一切淡水和咸水、土壤水、浅层与深层地下水以及两极冰帽和高山冰川的冰，还包括大气中的水滴和水蒸汽。水的分布比例四、水的运动：①自然循环运动：②水的社会循环五、水中杂质的综合特性粒径（mm）10-910-810-710-610-510-410-310-20.1分类真溶液胶体悬浮物成分主要离子溶解气体无机有机下沉物（无机）漂浮物（有机）阴阳主要维量Cl-SO42-HCO3-CO32-HsiO3-Na+K+Ca2+Mg2+O2CO2N2H2SCH4SiO2•H2OFe(OH)3•H2OAl2O3•H2O腐殖质富里酸硅铝酸盐颗粒、沙砾、粘土动植物残枝碎片危害结垢、积盐、腐蚀污染强碱性阴离子交换树脂、硅垢堵塞管路污染阳树脂特征透明光照下混浊浑浊肉眼可见分辨工具质子显微镜超显微镜显微镜沉降1M的时间∞200a2a～7d～2min常用处理方法蒸馏、电渗析、反渗透、闪蒸、离子交换超滤精密过滤自然沉降、过滤混凝、澄清、过滤六、天然水的分类1、按水质指标分类（1）按含盐量分类天然水按含盐量分四类（2）按硬度分类按水中硬度的含量，可将天然水分为五种类型低含盐量水中等含盐量水较高含盐量水高含盐量水200mg/L200～500mg/L500～1000mg/L1000mg/L极软水软水中等硬度水硬水极硬水1.0mmol/L1.0～3.0mmol/L3.0～6.0mmol/L6.0～9.0mmol/L9.0mmol/L2、按水处理工艺学离子的结合顺序为：Ca2+、Mg2+、Na++K+HCO3-、SO42-、C1-（1）碱性水(BH)（2）非碱性水(HB)1／2Ca2+1／2Mg2+Na++K+HCO3-1／2SO42-C1-1／2Ca（HCO3）21／2Mg（HCO3）2NaHCO3+KHCO3Na2SO4+K2SO4NaC1+KC11/2Ca2+1/2Mg2+Na++K+HCO3-1/2SO42-C1-1/2Ca（HCO3）21/2CaSO41/2MgSO4Na2SO4+K2SO4NaC1+KC11/2Ca2+1/2Mg2+Na++K+HCO3-1/2SO42-C1-1/2Ca（HCO3）21/2Mg（HCO3）21/2MgSO4Na2SO4+K2SO4NaC1+KC1七、天然水中的主要几种化合物1、水中的碳酸化合物K1K2CO2(aq)+H2OH++HCO3-2H++CO32-根据平衡关系式得：PH=6.35+lg[HCO3-]-lg[CO2]PH=10.33+lg[CO32-]-lg[HCO3-]1=[CO2]/C+[HCO3-]/C+[CO32-]/C由方程组绘成碳酸盐的电离度和PH的关系图：从上图可以看出：(1)当PH≤4.3时时，碳酸盐化合物全部转化为CO2；(2)当PH值升高时，[CO2]降低，[(HCO3-)增大，当pH＝8.3～8.4时，碳酸化合物全部转化为HCO3-；(3)PH值再继续升高(大于8.3时)，CO2消失，HCO3-和CO32-同时存在，[HCO3-]含量降低，[CO32-]含量增大，当pH=12时，水中碳酸化合物几乎完全以CO32-的形态存在。2、硅酸化合物K1K2H2SiO3H++HSi03-2H++Si032-(固体)不同PH值时水中各种硅酸化合物的百分数硅酸形式PH值567891011H2SiO310099.999.099.950.08.90.8HSiO3-0.11.09.150.091.098.2SiO32-0.11.0八、天然水中的碱度天然水中主要为：B=[OH-]+[HCO3-]+[1/2CO32-]+[H3SiO4-]+[B(OH)4-]+[1/2HPO42-]+[NH3]≈[OH-]+[1/2CO32-]+[HCO3-]酚酞碱度：P=[OH-]+1/2[1/2CO32-]甲基橙碱度M：M=[OH-]+[1/2CO32-]+[HCO3-]存在形式碱度成分含量P与M与的关系OH-CO32-HCO3-OH-P=M00P=MOH-、CO32-2P-M2（P–M）0M2PCO32-0M或2P0M=2PCO32-、HCO3-02PM-2PM2PHCO3-00MP=0，M=[HCO3-]九、天然水的特点1、地表水（江、河、湖、泊）：(1)悬浮物和胶体含量较多，浊度较高。(2)含盐量较低，硬度和CO2含量较低。(3)含氧量呈饱和状态。(4)地表水易被污染；含有藻类，并具有色、臭、味。2、地下水：(1)经土壤和砂砾的过滤去除了水中大部分悬浮物和菌类，水质清澈。(2)水质和水温较稳定。(3)溶解氧含量较低，游离CO2含量较高。(4)含盐量和硬度较高。(5)含有广泛的铁质。(6)不易被污染。3、海水：(1)含盐量特高，约35g/L左右。(2)藻类和有机物含量很高。(3)悬浮物含量很高。海水的化学组分通常用盐度和氯度表示。盐度是表示海水含盐量的指标，一般为35‰左右；氯度是表示海水中氯化物含量的指标，一般为20‰左右。十、水质校核（一）水中阳离子与阴离子（二）含盐量和溶解固体含盐量100mg/L的水样，δ应≤±10％；含盐量100mg/L的水样，δ应≤±5％。（三）硬度（四）pH与碳酸盐化合物的关系：在pH8.3的水中，25℃时CO2、HCO3-与pH的关系应符合式实测pH值与上述计算pH值的误差δ应≤±0.2第二节电厂水处理一、火力发电厂水处理的必要性：水在火力发电厂的生产工艺中,既是热力系统的工作介质,也是某些热力设备的冷却介质。热力系统中的水质是影响火力发电厂热力设备（锅炉、汽机等）安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的原水，其中含有许多杂质，这种水是不允许进入热力设备中的水汽循环系统的，必须经过适当的净化处理，达到标准后，才能保证热力设备的稳定运行。二、火力发电厂水处理系统：1、原水预处理：主要对原水中的悬浮物和胶体颗粒等进行澄清、过滤，以除去原水中的悬浮物和部分胶体的预处理系统。2、补给水预脱盐处理：超滤、反渗透预除盐处理系统。3、补给水处理：离子交换深度除盐处理系统。4、热力设备的防腐处理：对热力系统进行加药处理以及对各部分、各阶段的水汽质量进行监督，确保水汽质量满足机组正常运行的要求。5、凝结水精处理：进行汽轮机凝结水的除铁、除盐等净化处理系统。6、循环水处理：向循环冷却水加阻垢稳定剂和防腐剂，防止凝汽器铜管的结垢和腐蚀。7、废污水处理：将全厂各种废污水分别处理合格后排放，符合环保要求。锅炉补给水净化及处理谢谢大家！2011/7/13