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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3-1。,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,10-5,10-4,10-3,10-2,10-1,1,10,100,(m),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。,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。,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：,Ca(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。,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。 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,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 。其中Q滤池的出力m3/h，F滤池的过滤截面积m2。 因此，滤速是假定滤料不占有空间时水通过的速度，即空塔速度。 (2)反洗 反洗是指当滤池运行到一定水头损失时，用水自下而上通过滤层，以除掉滤料截留的泥渣，恢复滤料过滤能力的工艺过程。,(3)水流的均匀性 不论过滤和反洗，都要求沿过滤截面各部分的水流分布均匀，以保证设备的充分利用。过滤设备及运行 火力发电厂所采用的过滤设备是快滤池，可分为压力式和重力式。 快滤池种类很多，但结构基本相同，包括进水装置、配水装置及必要的管道阀门。 (1)普通过滤器 普通过滤器时最简单的压力式过滤器，结构如图3-7所示。,原水用泵打入，经上部的漏斗和水垫层均匀地向下流过滤层，出水经配水装置注入清水池。 普通过滤器水是自上而下单向流动的，因而也叫单流式过滤器。 (2)重力式无阀滤池 火力发电厂常用的重力式无阀滤池如图3-8所示。 重力式无阀滤池的结构简单、成本低，运行操作简便。缺点是虹吸管必须很高以适应滤层失效时的水头损失，并且滤池不宜过大以防止水通过滤层时分布不均匀。,图3-7 普通过滤器,图3-8 重力式无阀滤池,第三节 水的离子交换处理,水在进行混凝石灰软化和过滤处理后，已除去悬浮物和胶态杂质，硬度和碱度也有一定程度的降低，但作为锅炉补给水，还远远达不到要求，必须进行深度处理。目前火力发电厂普遍采用的离子交换处理可以制得纯度很高的水。 离子交换处理分软化和除盐两部分。软化：除去水中残留的硬度；适于低压锅炉。除盐：除去全部可溶性盐类（阴阳离子）；适于中高压以上锅炉。,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3-8。 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。,图3-8 钠离子交换剂层中离子分布示意,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)氢钠离子交换原理 当采用强酸性H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 H2SO4,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3-9。 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)并联H-Na离子交换系统 如图3-10，该系统进水分别入H型交换器的强酸性出水中和Na型交换器出水的碱度。,图3-10 氢离子交换剂层中离子分布示意,图3-11 并联H-Na离子交换系统,(3)串联H-Na离子交换系统 如图3-11，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。,图3-11 串联H-Na离子交换系统,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3-12。,图3-12 鼓风式除碳器,水的离子交换除盐,水的离子交换软化和除碱，一般只适用于高压以下的锅炉，随着高温高压锅炉的迅速发展，单纯的软化、除碱已不能满足锅炉和机组对水质的要求和安全运行，而必须把水中的溶解盐全部除尽。这样，就发展了离子交换除盐工艺。离子交换除盐原理 水的离子交换除盐(又叫化学除盐)，在火电厂中普遍采用的是：将预处理后的清水，通过H型阳离子交换器，使阳离子转换成H+，然后通过除碳器除去二氧化碳，再通过OH型阴离子交换器使阴离子转换成OH，并立即与H+结合成水。 这样，就得到含盐量极低的纯水。,Flash,离子交换树脂离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，可以人为的分为两个部分：一部分称为离子交换树脂的骨架；另一部分时代有可交换离子的活性基团。 活性基团也由两部分组成：一是固定部分，二是活动部分。离子交换树脂的分类 （1）按活性基团的性质分类 可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 此外，按活性基团的性质还可分为鳌合性、两性以及氧化还原性树脂（2）按离子交换树脂的孔型分类 A 凝胶型树脂 B 大孔型树脂（3）按单体种类分类 按合成树脂的单体种类不同，离子交换树脂还可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等,化学性能 (1)离子交换反应的可逆性 离子交换反应的可逆性，使离子交换树脂可以反复使用的重要性质。例如当以含有硬度的水通过H型离子交换树脂时，反应式为： (2)酸、碱性 H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质酸、碱相同，在水中有电离出H+和OH的能力。 (3)中和与水解 离子交换树脂的中和与水解性能和通常的电解质一样。,选择性顺序 在离子交换水处理的实际应用中，我们常常需要知道在许多离子的混合液中哪一种离子易被吸取，哪一种离子较难被吸取的次序，即所谓选择性顺序。此种性能与它们呈离子交换平衡时的相对量有关。 对于阳离子交换来说，此种顺序的规律性比较明显。在稀溶液中强酸性阳树脂对常见阳离子的选择性顺序如下：,可以归纳为两个规律：离子所带电荷量愈大，愈易被吸取；当离子所带电荷量相同时，离于水合半径较小的易被吸取。 对于弱酸性阳树脂，H+的位置向前移动例如羧酸型树脂对H+的选择性居于Fe3+之前。 在浓溶液中，选样性顺序有一些不同，某些低价离子会居于高价离子之前。 至于阴离子交换的选择性顺序，情况要比阳离子交换复杂。通过研究得知，在淡水的离子交换除盐处理系统中即进水是稀酸溶液时，强碱性OH型阴树脂对阴离子的选择性顺序为：,当OH离子交换树脂失效后，用碱进行再生时，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。,离子交换剂性能对比,1强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+H+2. 弱酸性阳离子交换剂，对水中阳离子的选择顺序：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着力不强；而弱酸性阳离子交换剂则容易吸着H+。所以，实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂比再生强酸性阳离子交换剂要容易得多。3. 强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：SO42-NO3-Cl-OH-HCO3-HSiO3- 4. 弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： OH- SO42- NO3- Cl-HCO3- 从阴离子交换剂的选择性来看，用碱再生弱碱性阴离子交换剂比再生强碱性阴离子交换剂容易。但是弱碱性阴离子交换剂吸着HSiO3-很弱甚至不吸着。因此，弱碱性阴离子交换剂用于除掉水中强酸根离子。,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3-14。 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型和OH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。,图3-14 一级复床除盐系统,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)第一个交换器应是H型交换器。 (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)弱碱性阴树脂；是用于处理强酸阴离子含量大的水。 (4)除硅必须采用强碱性阴树脂。 (5)水质要求高时应设混床。 (6)除碳器应置于强碱性阴树脂之前，以保证除硅效果。,离子交换装置及其运行,离子交换装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)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。,图3-10 顺流再生离子交换器的内部结构1-进水装置；2-再生液分配装置；3-树脂层；4-排水装置,图3-11 顺流再生离子交换器的管路系统,图3-12 逆流再生离子交换器结构1-进水装置；2-中间排液装置；3-排水装置；4-压脂层；5-树脂层；,图3-13 气顶压逆流再生离子交换器管道系统,图3-14 逆流再生装置操作过程示意（a）小反洗；(b)放水；(c)顶压；(d)进再生液；(e)逆流清洗；(f)小正洗；(g)正洗,图3-15 浮动床本体结构示意,1-顶部出水装置；2-惰性树脂层；3-树脂层；4-水垫层；5-下部进水装置；6-倒U型排液管,图3-16 浮动床管路系统,为防止床或落床时树脂层乱层，浮动床内树脂基本上是装满水的，水垫层很薄。水垫层的作用：一是作为树脂层体积变化时的缓冲高度；二是使水流和再生液分配均匀。水垫层不宜过厚，否则在成床或落床时，树脂会乱层，这是浮动床最忌讳的；若水垫层厚度不足，则树脂层体积增大时会因为没有足够的缓冲高度，而使树脂受压、挤碎以及水流阻力增大。合理的水垫层厚度，应是树脂在最大体积（水压实）状态下，以050mm为宜。,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3-15。 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：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。,图3-15 进再生液装置示意图,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)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。,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3-16。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3-17。 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。,图3-16 逆流再生离子交换器,图3-17 逆流再生操作示意,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)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3-18。 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。,图3-18 浮动床工作示意,2.运行,浮动床的运行过程为：制水落床进再生液置换下流清洗成床、上流清洗，再转入制水。上述过程构成一个运行周期。（1）落床。当运行至出水水质达到失效标准时，停止制水，靠树脂本身重力从下部起逐层下落，在这一过程中同时还可以起到疏松树脂层、排除气泡的作用。（2）进再生液。一般采用水射器输送。先启动再生专用水泵（也称自用水泵），调整再生流速；再开启再生计量箱出口门，调整再生液浓度，进行再生。（3）置换。待再生液进完后，关闭计量箱出口门，继续按再生流速和流向进行置换，置换水量约为树脂体积的1.52倍。（4）下流清洗。置换结束后，开清洗水门，调整流速至1015m/h进行下流清洗，一般需1530min。（5）成床、上流清洗。用进水以2030m/h的较高流速将树脂层托起，并进行上流清洗，直至出水水质达到标准时，即可转入制水。,为防止床或落床时树脂层乱层，浮动床内树脂基本上是装满水的，水垫层很薄。水垫层的作用：一是作为树脂层体积变化时的缓冲高度；二是使水流和再生液分配均匀。水垫层不宜过厚，否则在成床或落床时，树脂会乱层，这是浮动床最忌讳的；若水垫层厚度不足，则树脂层体积增大时会因为没有足够的缓冲高度，而使树脂受压、挤碎以及水流阻力增大。合理的水垫层厚度，应是树脂在最大体积（水压实）状态下，以050mm为宜。,图3-17 混合床两步再生法示意图,(a)阴树脂再生；(b)阴树脂清洗；(c)阳树脂再生，阴树脂清洗；(d)阴、阳树脂各自清洗；(e)正洗,（四）混合床运行的特点,（1）出水水质优良。用强酸性和强碱性树脂组成的混床，其出水残留的含盐量在1.0mg/L以下，电导率在0.2 S/cm以下，残留的SiO2在20 g/L以下，pH值接近中性。（2）出水水质稳定。混合床经再生清洗后开始制水时，出水电导率下降极快，这是由于在树脂中残留的再生剂和再生产物，可立即被混合后的树脂交换。混合床在工作条件有变化时，一般对出水水质影响不大。（3）间断运行对出水水质影响较小。无论是混床或是复床，当停止制水后再投入时，开始的出水水质都会下降，要经短时间后才能恢复到原来的水平。但恢复到正常所需的时间，混床只要35min，而复床则需要10min以上。（4）终点明显。混床在运行末期失效前，出水电导率上升很快，这有利于运行监督。（5）混床设备较少。混床设备比复床少，且布置集中。主要缺点：树脂交换容量的利用率低；树脂损耗大；再生操作复杂，需要的时间长；为保证出水水质，常需投入较多的再生剂,（四）运行监督,1.流量和进出口压力差交换器应在规定的流速范围内运行，流量大意味着流速高。交换器进出口压力差主要是由水通过树脂层的压力损失所决定的，水流速度越高、水温越低或树脂层越厚，则水通过树脂层的压力损失越大。在正常情况下，进出口压力差是有一定规律的。当进出口压力差有不正常升高时，则往往是树脂层积污过多、进气或析出沉淀（如硫酸再生时析出CaSO4）等不正常情况发生。2.进水水质进水中悬浮物应尽可能在水的预处理中清除干净，进入除盐系统的水，其浊度应5mg/L（当H交换器为顺流再生时）或2mg/L(当H交换器为对流再生时)。此外，为了防止离子交换树脂氧化和被污染，还应满足以下一些条件：游离氯含量应在0.1mg/L以下，Fe含量应在0.3mg/L以下，高锰酸钾耗氧量应在2mg/L以下。,3.出水水质一般情况下强酸H交换器的出水中不会有硬度，仅有微量Na+。当交换器近失效时，出水中Na+浓度增加，同时H+浓度降低，并因此出现水酸度和电导率下降以及pH上升。因此，对出水Na+进行监督。,为了防止用H2SO4再生时在树脂层中析出CaSO4沉淀,可以采用以下再生方式：（1）用低浓度的H2SO4 溶液进行再生。再生溶液浓度通常为0.5%2.0%，这种方法比较简单，但要用大量稀的H2SO4 ，再生时间长、自用水量大，再生效果也差。,（2）分步再生。先用低浓度的H2SO4 溶液以高流速通过交换液，然后用较高浓度的H2SO4 溶液以较低的流速通过交换器。先用低浓度的目的是降低再生液中CaSO4 的过饱和度，使它不易析出；先采用高流速的原因是因为CaSO4 从过饱和到析出需要经过一段时间，故加快流速可以防止CaSO4 沉淀在树脂层中的析出。分步再生可分为二步法、三步法、四步法。此外，也可采用将H2SO4 浓度不断增大的办法，以达到先稀后浓的目的。相对来说，由于HCl再生时不会有沉淀物析出，所以操作比较简单。再生浓度一般为2%4%，再生流速一般为5m/h左右。,浮动床的操作过程分落床、再生、置换和正洗、成床和顺洗、运行五个步骤。 体外清洗是浮动床的明显缺点。 (4)混合床 混合床是将再生后的阳、阴离子交换树脂放在同一个交换器中并混合均匀。 混床的设备结构示意见图3-19。 混床的运行分反洗分层、再生、混合、正洗和交换五个步骤，其中反洗分层是运行操作的关键。 混床两步法再生示意见图3-20。,图3-19 混床结构示意,图3-20 混床两步法再生示意,连续床离子交换装置 连续床离子交换装置可分为移动床和流动床两类。 固定床离子交换技术有两个明显缺陷：第一，固定床设备体积较大，树脂用量多；第二，固定床运行是周期性的，不能连续供水。 移动床内树脂层是不断移动的，它定期排出一部分失效树脂，同时又补充等量再生好的树脂。 三塔式移动床是典型的移动床，见图3-21。 流动床运行是完全连续的，但树脂磨损大，再生剂耗量也大，而且出水水质受进水水质影响较大，因此目前应用很少。,图3-21 三塔式移动床,总之，各种类型的交换器，各有其特点。 从实践看，应用最普遍的仍属固定床，并且可制得纯度很高的水，连续床适用于软化处理，当供水量不大，对水质要求又不太高时，移动床是可行的。流动床应用很少。,再生系统,再生系统包括再生剂的贮存、溶解、计量、配置和输送。再生剂有食盐、盐酸、硫酸、烧碱等。现简单介绍盐酸和烧碱的再生系统。盐酸配制和输送系统 盐酸配制、输送系统见图3-22。 该系统是将贮酸池或汽车来酸用酸泵打入高位贮槽，然后依靠重力自动流入计量箱，再生时用喷射器按所需浓度打入系统。碱液配制和输送系统 该系统和图3-22类似。,图3-22 盐酸配制、输送系统,水的其他除盐方法,蒸馏法 蒸馏法是利用汽轮机抽汽(称一次蒸汽)，在蒸发器的热交换器中将水加热蒸发成蒸汽(称二次蒸汽)，然后在凝结器中冷凝成蒸馏水。 常用立式表面沸腾蒸发器的蒸汽形成示意如图3-23。 用蒸发器制取锅炉补给水一般用于：水源的水质太差而锅炉补给水量又不大的电厂。电渗析 电渗析是一种膜分离技术，电渗析原理见图3-24。,电渗析一般用于处理高含盐量的水，如海水的淡化，而不适宜制备高纯水，并且进入电渗析槽的原水往往需要预处理。 因此，电厂中若用于制备锅炉补给水，必须继续进行离子交换除盐。,图3-23 立式表面沸腾蒸发器蒸汽形成示意,图3-24 电渗析原理图,第四节 凝结水的净化处理,火电厂中，凝结水包括汽轮机凝结水，热力系统的各种疏水，用户的生产、生活返回凝结水等，它是锅炉给水的主要组成部分。凝结水的净化处理，一般是指汽轮机凝结水的处理。 凝结水的污染 凝结水净化处理 凝结水净化系统,凝结水的污染,凝结水是给水中量最大，也是最优良的部分，水质应该是极纯的。但是，由于以下几方面的原因，造成凝结水的污染。凝汽器漏水 凝汽器的汽空间是负压运行的，凝汽器漏水是指冷却水漏入汽空间，包括渗漏和泄漏。凝汽器漏水总是存在的。 这样，冷却水中的杂质就会进入凝结水中。由于凝结水是极纯的，即使泄漏量很少，也会给机组带来很大危害。,金属腐蚀产物 凝结水系统的设备、管路由于被腐蚀，使凝结水带有金属腐蚀产物而被污染。 这些产物主要是铁和铜的化合物，例如Fe2O3、Fe3O4等等，通常以悬浮物或胶态存在。 这样，凝结水污染主要的杂质为各种溶解盐类、硅化合物、有机物以及悬浮态、胶态的金属腐蚀产物等等。,凝结水净化处理,凝结水的净化处理，一般首先进行过滤以除去水中的悬浮物和胶态金属腐蚀产物，然后利用离子交换除盐。凝结水的过滤 由于凝结水要过滤的是极小粒径悬浮态和胶态金属腐蚀产物，能穿过普通的粒状滤料过滤层，因此，应采用极细的粉状滤料或微孔过滤法，也可利用铁的腐蚀产物的磁性过滤。 (1)覆盖过滤器 覆盖过滤器结构示意见图3-25。,图3-25 覆盖过滤器结构示意图,覆盖过滤器的运行分铺膜、过滤、去膜三个步骤。 铺膜：将带有滤料的水通过滤元，使滤料在滤元外侧形成滤膜。 去膜：当水头损失增高至0.15MPa时，进行去膜操作。先关闭出水门，利用进水压缩上下气室中的空气，然后关闭进水门，突然打开放气门和排渣门，压缩空气突然膨胀，带动多孔板上部的水逆向冲击滤膜并将其击破。 (2)电磁过滤器 由于凝结水中铁的腐蚀产物主要是磁性氧化铁，而且高温下Fe2O3又可转化为Fe3O4，因此可以利用磁力清除凝结水中的金属腐蚀产物。 电磁过滤器结构示意见图3-26。 电磁过滤器，由于设备小、效率高，不消耗化学药品，又能在高温下工作，除铁效果好，因此应用广泛。,图3-26 电磁过滤器结构示意图,凝结水的除盐 在前置过滤除去水中的悬浮物和胶态杂质后，凝结水的除盐普遍采用混床。 由于凝结水量大、含盐量低，这种混床不同于一般混床，它的流速很高，一般在80m/h以上，采用体外再生技术，不设置中间排液装置，但设有排树脂装置以排尽罐体中的树脂。 这种高速混床也叫做H-OH型混床。,凝结水净化系统,凝结水净化系统是指凝结水的除悬浮物和除盐相结合的系统。这类系统可分为两大类：一类是有前置过滤器的系统，一类是无前置过滤器的系统。 前者如凝结水直接进入覆盖过滤器或直接进入高速混床的系统。 后者采用前置过滤+混床形式。可选择的过滤器有覆盖过滤器、电磁过滤器、微孔过滤器、氢型阳床等等。 总之，凝结水的净化用于对水质要求很高的直流锅炉和亚临界参数汽包锅炉。,第五节 锅内处理,在汽包锅炉的水汽系统中，由汽包下降管下联箱水冷壁(上联箱)汽包，称为水循环系统。 图3-27所示为有中间再热器的汽包锅炉水汽循环系统示意图。水垢和水渣 (1)水垢和水渣的特性 一般电厂锅炉的水汽系统中，水垢主要是Fe、Cu的氧化物。水渣的组成也很复杂，主要由Ca、Mg的难溶化合物组成，主要危害是影响蒸汽品质。,图3-27 带有中间再热器的汽包锅炉水汽循环系统示意图,(2)水垢的形成及其防止 水垢按其主要成分可分为：钙镁水垢、硅酸盐水垢、氧化铁垢、铜垢等等。 防止水垢的形成，应加强对锅炉补给水的处理。防止凝汽器的泄漏，对高参数机组应对凝结水进行净化处理。此外还要防止热力系统的腐蚀，并进行必要的锅内处理。 各种水垢的定性鉴别见表3-2。,表3-2 各种水垢的定性鉴别,锅炉水的处理,锅炉水的处理，是为了防止从水处理设备穿透过去的和由凝汽器漏入的各种杂质产生的结垢和腐蚀。通常加入磷酸盐，如Na2PO412H2O等以防止结垢，这叫磷酸盐处理。如果磷酸盐处理不仅要求防垢，还要求防止碱性腐蚀，这叫协调pH-磷酸盐处理。磷酸盐处理 磷酸盐处理是使炉水维持一定浓度的 ，目的在于防垢。 在沸腾的炉水中加入磷酸盐，由于炉水碱性很强(pH=911)，发生如下反应：,生成的碱式磷酸钙是一种松软的水渣，可以随锅炉排污除去，而且不会粘附形成二次水垢。 由于碱式碳酸钙的溶度积很小，当炉水中维持一定浓度的 时，使Ca2+浓度很小，不会生成硫酸钙、硅酸钙等水垢。 另外，在碱性很高的沸腾炉水中，少量的Mg2+和 还会发生下述反应： 生成的蛇纹石呈水渣状，亦可随锅炉排污除去。因此，磷酸盐处理可以除去Ca2+、Mg2+。,协调pH磷酸盐处理 单独的Na3PO4处理，在锅炉负荷变化时，可能产生易溶盐暂时消失现象，在炉管管壁附近产生游离NaOH。这是因为下述反应： 这样，为消除游离NaOH，避免碱性腐蚀，应控制炉水pH；同时又要维持一定浓度 以防止结垢，在生产上采用加入Na2HPO4或NaH2PO3的方法处理，这就是协调pH磷酸盐处理。 超高压锅炉水协调pH磷酸盐处理控制图见图3-28。,图3-28 超高压锅炉水协调pH-磷酸盐处理控制图