1、第三章 电厂锅炉补给水处理技术第一节 火力发电厂用水概论第二节 补给水的预处理第三节 预处理系统及运行第四节 补给水的化学除盐第五节 离子交换装置及运行管理第一节 火力发电厂用水概论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。天然水概述火力发电厂的水汽循环系统水处理的重要作用u天然水概述天然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
2、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：天然水中几种主要化合物： 碳酸化合物、 硅酸化合物、铁的化合物。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。水质分为物理的、化学的和生物的三类。（一）物理性水质指标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。（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
3、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。电 厂用水的水 质 指 标 表征水中 悬 浮物及胶体的指 标 - -浊 度表征水中溶解 盐类 的指 标 - -溶解固体、 电导 率表征水中 结 垢物 质 的指 标 - -硬度表征水中碱性物 质 的指 标 - -碱度表示水中有机物的指 标 - -化
4、学耗氧量（ COD）、生 物需氧量（ BOD）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，一般为锅炉额定蒸发量的 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。凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程见图 3-1。图 3-1 凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程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)原水原水是未经处理的天然水，如地下水、江河水、水库湖泊水等等。
5、(2)锅炉 补给水原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。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
6、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。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
7、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
8、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 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。预处理是以除去水中悬浮物、胶体物质和部分有机物为目的的。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 水的吸附处理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
9、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，使水中微小的悬浮物以及胶体结合成大的混凝体，并在重力作用下沉淀出来。混凝处理原理混凝剂通过压缩胶体的双电层，使其厚度减薄；并与胶体发生电中和，削弱了胶体因带电而存在的静电斥力；还有吸附架桥作用、网捕作用卷扫水中的悬浮物共同沉淀。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
10、 配离子 ,最 终 生成 Al(OH)3 。水解 过 程中生成的 H+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。由于水解和 桥联 作用，最 终 生成 难 溶的聚合度极大的 Al(OH)3 。常用混凝剂及助凝剂混凝剂 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 有机高分子混凝剂 ，一般都是线型的高分子聚合物。有机高分子絮凝
11、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。助凝 剂 有 时为 了提高混凝效果，在加混凝 剂 的同 时 ， 还 加少量的助凝 剂 。助凝 剂 在混凝 过程中所起的作用 为 ： 调节 pH值 、氧化作用以及增大混凝物的粒度、密度以及其牢固性。聚丙 烯酰 胺是丙 烯酰 胺聚合而成，有固体的（粒状和粉状）和胶体的。聚丙 烯酰 胺又称 3号絮凝 剂 ， 简 称 PAM，它是一种 线 型高分子聚合物。在使用有机高分子混凝 剂时 ， 搅 拌速度不宜 过 快，否 则 会打碎混凝体。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
12、的。混凝过程十分复杂，影响因素很多，现以硫酸铝作混凝剂为例，就这些因素进行简要说明：(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)原水碱度如果 原水的碱度不足以中和混凝剂水解所产生的氢离子，结果使加混凝剂后水的 pH值偏低。（ 4）水力条件对混凝效果的影响水力条件指的是水和混凝剂的混合以及絮状体形成和长大所需的水力条件。混凝处理的一般水力条件是 :混凝剂加入水中后，开始需要强烈的搅动紊流，在紊流中心旋涡不断形成和消失，由此促使混凝剂均匀扩散以利于混凝剂快速水解
13、、聚合和胶体脱稳。一旦絮凝体形成，就应减弱搅动强度以免打碎絮凝体。（ 5）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。（ 6）接触介质的影响u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：H2O+CO2H +HCO3-2H +CO3-2H+2OH- 2H 2OCa(OH)2可以和水中各
14、种形式的碳酸化合物反 应生成沉淀除去：Ca(OH)2+CO2CaCO 3+H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)22CaCO 3+Mg(OH)2 +2H2OCa(OH)2+Ca (HCO3)22CaCO 3+2H2O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：Ca(OH)2+MgSO4CaSO 4 +Mg(OH)2 2NaHCO3+Ca(OH)2 CaCO 3+Na2CO3+2H2O反 应 前后非碳酸 盐 硬度和 过 剩碱度不 变 。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
15、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)澄清池混凝和沉淀 这两个过程在同一个设备中完成，那么这种设备称澄清池。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。 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。 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 3-5 型澄清池
