神東電力公司超(超)臨界機組培訓教材(化學篇)

1、神東電力公司超（超）臨界機組培訓教材編委會主 任 劉小奇副 主 任 賈華強 李 榮 徐建杰 劉永平 劉志強 劉繼祿委 員 張江亮 劉 賽 曹培慶 趙福全 李 明 郭劍波崔懷亮 朱葉衛(wèi) 劉錦星 程新社編寫人員主 編 崔懷亮副 主 編 楊 倩 曹 勇參編人員 劉利軍 馬書強 王新平 劉東輝 李 龍 張 倫 張宏旭 呂永興 張國龍前 言隨著國民經濟的飛速發(fā)展，對電力的需求日益增長。而我國電力工業(yè)發(fā)展主要以火力發(fā)電為主，到“十一五”末火力發(fā)電裝機容量占到全國電力總裝機的74%左右，但能耗高、環(huán)境污染嚴重成為了制約電力工業(yè)乃至國民經濟發(fā)展的重要矛盾。因此，在2002年8月開始將“超超臨界燃煤發(fā)電技術”的

2、研究列為國家科技攻關計劃的一個重點項目。2003年11月，上海汽輪機有限公司與華能簽訂了“863項目”的依托工程我國第一個超超臨界華能玉環(huán)4×1000MW汽輪機合同，從此我國百萬超超臨界機組的工程建設與應用拉開了大幕。據不完全統(tǒng)計，截止2012年5月底全國投運的1000MW機組已達49臺，加上在建和即將投產的機組已超過了110臺，超超臨界機組的大發(fā)展，促進了我國電力工業(yè)技術裝備制造水平，大型火力發(fā)電機組有了較快速的增長，“十二五”期間將成為我國超超臨界機組大發(fā)展的時期。但是由于我國超（超）臨界技術發(fā)展到目前僅僅只有十年的時間，還沒有達到普及的程度，很大一部分技術尚處于發(fā)展初期，因此有

3、關現(xiàn)場生產技術人員和技術管理人員對超（超）臨界機組技術有著很迫切的需求，需要通過一些相關的書籍對超（超）臨界機組發(fā)電技術進行了解和掌握，并對機組以后的生產實踐提供幫助，為此，在公司領導的指示下，由人力資源部組織、教育培訓中心具體負責實施，落實超（超）臨界技術骨干培訓班編寫完成了本套超（超）臨界機組培訓教材，以適應公司超（超）臨界發(fā)電項目的發(fā)展需要，滿足廣大生產技術人員的需求，幫助生產技術人員了解、掌握超（超）臨界發(fā)電技術。本教材包括汽機分冊、鍋爐分冊、電氣分冊、熱控分冊、化學分冊、環(huán)保分冊六個分冊。全套教材由神東電力公司人力資源部組織、教育培訓中心具體負責實施。本教材在編寫過程中重點對1000

4、MW超超臨界發(fā)電機組工作原理、結構、安裝、調試等方面的內容進行了敘述。本教材在編寫過程中得到公司領導和人力資源部、教育培訓中心領導及同事的支持和幫助，在此表示感謝。由于編者水平和收集的資料有限，教材中存在的謬誤在所難免，懇請廣大讀者朋友給予批評指正。編 者2012年5月目 錄第一章 水質概述- 1 -第一節(jié) 天然水及其分類- 1 -第二節(jié) 電廠用水的類別及水質指標- 5 -第二章 水的預處理- 14 -第一節(jié) 混凝沉淀- 14 -第二節(jié) 過濾處理- 17 -第三章 膜處理技術- 21 -第一節(jié) 超濾- 21 -第二節(jié) 反滲透技術- 26 -第四章 水的除鹽處理- 30 -第一節(jié) 離子交換樹脂-

5、 30 -第二節(jié) 離子交換除鹽- 35 -第三節(jié) 除CO2器- 44 -第四節(jié) 降低酸、堿耗的措施- 45 -第五節(jié) 鍋爐補給水的處理系統(tǒng)- 48 -第五章 本廠補給水處理設備及系統(tǒng)- 50 -第六章 凝結水處理- 51 -第一節(jié) 凝結水的污染- 51 -第二節(jié) 凝結水處理系統(tǒng)- 53 -第三節(jié) 凝結水過濾- 54 -第四節(jié) 凝結水高速混床- 58 -第五節(jié) 凝結水混床系統(tǒng)及運行- 60 -第六節(jié) 混床樹脂的體外再生- 64 -第七章 廢水處理- 69 -第一節(jié) 天然水體與火力發(fā)電廠的廢水和水質- 69 -第二節(jié) 火力發(fā)電廠的廢水處理概述- 75 -第三節(jié) 火力發(fā)電廠的廢水處理技術- 78 -

6、第八章 熱力設備的腐蝕和防止- 88 -第一節(jié) 熱力設備運行時的耗氧腐蝕及防止- 88 -第二節(jié) 熱力設備停用腐蝕和停用保護- 94 -第三節(jié) 熱力設備的二氧化碳腐蝕及防止- 99 -第四節(jié) 熱力設備酸堿腐蝕及防止- 101 -第五節(jié) 超超臨界機組結垢、結鹽特點- 106 -第九章 熱力設備的化學清洗- 107 -第一節(jié) 鍋爐化學清洗的必要性- 107 -第二節(jié) 常用的清洗化學試劑- 108 -第三節(jié) 化學清洗的工藝條件- 111 -第四節(jié) 化學清洗的工藝及系統(tǒng)- 113 -第五節(jié) 化學清洗中的化學監(jiān)督- 114 -第十章 1000MW超超臨界機組水汽品質監(jiān)督控制- 116 -第一節(jié) 超超臨界

7、條件下蒸汽的特性- 116 -第二節(jié) 超超臨界機組水汽控制質量標準- 117 -第三節(jié) 超超臨界機組加藥處理系統(tǒng)- 119 -第四節(jié) 超超臨界機組水汽集中取樣分析裝置- 121 -第十一章 制氫系統(tǒng)- 125 -第一節(jié) 氫氣性質- 125 -第二節(jié) 制氫原理- 126 -第三節(jié) 制氫裝置及系統(tǒng)- 133 -第一章 水質概述第一節(jié) 天然水及其分類1 水源水是地面上分布最廣的物質，幾乎占據著地球表面的四分之三，構成了海洋、江河、湖泊以及積雪和冰川，此外，地層中還存在著大量的地下水，大氣中也存在著相當數量的水蒸氣。地面水主要來自雨水，地下水主要來自地面水，而雨水又來自地面水和地下水的蒸發(fā)。因此，水在

8、自然界中是不斷循環(huán)的。水分子（H2O）是由兩個氫原子和一個氧原子組成，可是大自然中很純的水是沒有的，因為水是一種溶解能力很強的溶劑，能溶解大氣中、地表面和地下巖層里的許多物質，此外還有一些不溶于水的物質和水混合在一起。水是工業(yè)部門不可缺少的物質，由于工業(yè)部門的不同，對水的質量的要求也不同，在火力發(fā)電廠中，由于對水的質量要求很高，因此對水需要凈化處理。電廠用水的水源主要有兩種，一種是地表水，另一種是地下水。地表水是指流動或靜止在陸地表面的水，主要是指江河、湖泊和水庫水。海水雖然屬于地表水，但由于其特殊的水質，另作介紹。天然水中的雜質是多種多樣的，這些雜質按照其顆粒大小可分為懸浮物、膠體和溶解物質

9、三大類。懸浮物：顆粒直徑約在10-4毫米以上的微粒，這類物質在水中是不穩(wěn)定的，很容易除去。水發(fā)生渾濁現(xiàn)象，都是由此類物質造成的。膠體：顆粒直徑約在10-6-10-4毫米之間的微粒，是許多分子和離子的集合體，有明顯的表面活性，常常因吸附大量離子而帶電，不易下沉。溶解物質：顆粒直徑約在10-6毫米以下的微粒，大都為離子和一些溶解氣體。呈離子狀態(tài)的雜質主要有陽離子（鈉離子Na+、鉀離子K+、鈣離子Ca2+、鎂離子Mg2+）,陰離子（氯離子CI-、硫酸根SO42-、碳酸氫根HCO3-）。2 水中的溶解物質2.1 懸浮物的表示方法：懸浮物的量可以用重量方法來測定（將水中懸浮物過濾、烘干后稱量），通常用透

10、明度或渾濁度（濁度）來代替。溶解鹽類的表示方法：（1） 含鹽量：表示水中所含鹽類的總和。（2） 蒸發(fā)殘渣：表示水中不揮發(fā)物質的量。（3） 灼燒殘渣：將蒸發(fā)殘渣在800時灼燒而得。（4） 電導率：表示水導電能力大小的指標。（5） 硬度的表示方法：硬度是用來表示水中某些容易形成垢類以及洗滌時容易消耗肥皂的一類物質。對于天然水來說，主要指鈣、鎂離子。硬度按照水中存在得陰離子情況，劃分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩類。（6） 堿度和酸度：堿度表示水中所含能接受氫離子物質的總和。堿度表示方法可分為甲基橙堿度和酚酞堿度兩種。酸度表示水中能與強堿起中和作用的物質的量。（7） 有機物的表示方法：通常用耗氧量來表

11、示。2.2 溶解物質是指顆粒直徑小于10-6mm的微粒，它們大都以離子或溶解氣體狀態(tài)存在于水中，現(xiàn)概述如下。（1）離子態(tài)雜質。天然水中含有的離子種類甚多，但在一般的情況下，它們總是一些常見的離子。天然水中離子態(tài)雜質來自水源流經地層時溶解的某些礦物質。例如石灰石（CaCO3）和石膏（CaSO4·2H2O）的溶解。CaCO3在水中的溶解度雖然很小，但當水中含有游離態(tài)CO2時，CaCO3被轉化為較易溶的Ca（HCO3）2而溶于水中。其反應為CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2又如白云石（MgCO3·CaCO3）和菱鎂礦（MgCO3），也會被含游離CO2的水溶解，其中Mg

12、CO3溶解反應可表示為MgCO3+CO2+H2O=Mg（HCO3）2由于上述反應，所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-。在含鹽量不大的水中，Mg2+的濃度一般為Ca2+的25%50%，水中Ca2+、Mg2+是形成水垢的主要成分含鈉的礦石在風化過程中易于分解，釋放出Na+，所以地表水和地下水中普遍含有Na+。因為鈉鹽的溶解度很高，在自然界中一般不存在Na+的沉淀反應，所以在高含鹽量水中，Na+是主要陽離子。天然水中K+的含量遠低于Na+，這是因為含鉀的礦物比含鈉的礦物抗風化能力大，所以K+比Na+較難轉移至天然水中。由于在一般水中K+的含量不高，而且化學性質與Na+相似，

13、所以在水質分析中，常以（K+Na+）之和表示它們的含量，并取加權平均值25作為兩者的摩爾質量。天然水中都含有Cl-，這是因為水流經地層時，溶解了其中的氯化物。所以Cl+幾乎存在于所有的天然水中。天然水中最常見的陽離子是Ca2+、Mg2+、K+、Na+；陰離子是HCO3-、SO42-、Cl-，某些地區(qū)的地下水中還含有較多的Fe2+和Mn2+。（2）溶解氣體。天然水中常見的溶解氣體有氧（O2）和二氧化碳（CO2），有時還有硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）和氨（NH3）等。天然水中O2的主要來源是大氣中O2的溶解，因為空氣中含有20.95%的氧，水與大氣接觸使水體具有自充氧的能力。另外，水中藻類

14、的光合作用也產生一部分的氧，但這種光合作用并不是水體中氧的主要來源，因為在白天靠這種光合作用產生的氧，又在夜間的新陳代謝過程中消耗了。地下水因不與大氣相接觸，氧的含量一般低與地表水，天然水的氧含量一般在014mg/L之間。天然水中CO2的主要來源為水中或泥土中有機物的分解和氧化，也有因地層深處進行的地質過程而生成的，其含量在幾毫克/升至幾百毫克/升之間。地表水的CO2含量常不超過2030mg/L，地下水的CO2含量較高，有時達到幾百毫克/升。天然水中CO2并非來自大氣，而恰好相反，它會向大氣中析出，因為大氣中CO2的體積百分數只有0.03%0.04%，與之對應的溶解度僅為0.51.0mg/L。

15、水中O2和CO2的存在是使金屬發(fā)生腐蝕的主要原因。（3）微生物。在天然水中還有許多微生物，其中屬于植物界的有細菌類、藻類和真菌類；屬于動物界的有鞭毛蟲、病毒等原生動物。另外，還有屬于高等植物的苔類和屬于后生動物的輪蟲、滌蟲等。3 天然水的分類通常，天然水有兩種分類方法，一種是按主要的水質指標，另一種是水中鹽類的組成。現(xiàn)分述如下：（1）按主要水質指標天然水可以按其含鹽量或硬度分類，因為這兩種指標可以代表水受礦物質污染的程度。天然水按其含鹽量分類如表1-3。表1-3按含鹽量分類類別低含鹽量水中等含鹽量水較高含鹽量水高含鹽量水含鹽量（mg/L）<2002005005001000>1000

16、我國江河水大都屬于低含鹽量和中等含鹽量水，地下水大部分是中等含鹽量水。天然水按其硬度分類如表1-4。表1-4按硬度分類類別極軟水軟水中等硬度水硬水極硬水硬度（mmol/L）<1.01.03.03.06.06.09.0>9.0根據此種分類，我國天然水的水質是由東南沿海的極軟水，向西北經軟水和中等硬度水而遞增至硬水。這里所謂軟水是指天然水硬度較低，不是指經軟化處理后所獲得的軟化水。（2）按水中鹽類的組成分類為了研究問題方便起見，人為地將水中陰、陽離子結合起來，寫成化合物的形式，這稱為水中離子的假想結合。這種表示方法的原理是，鈣和鎂的碳酸氫鹽最易轉化成沉淀物，所以令它們首先假想結合，其次

17、是鈣、鎂的硫酸鹽，而陽離子Na+和K+以及陰離子Cl-都不易生成沉淀物。因此它們以離子的形式存在于水中。第二節(jié) 電廠用水的類別及水質指標1 電廠用水的類別水在火力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)中所經歷的過程不同，水質常有較大的差別。因此根據實用的需要，人們常給予這些水以不同的名稱。它們是原水、鍋爐補給水、給水、鍋爐水、鍋爐排污水、凝結水、冷卻水和疏水等?，F(xiàn)簡述如下：（1）原水：也稱為生水，是未經任何處理的天然水（如江河水、湖水、地下水等），它是電廠各種用水的水源。（2）鍋爐補給水：原水經過各種水處理工藝凈化處理后，用來補充發(fā)電廠汽水損失的水稱為鍋爐補給水。按其凈化處理方法的不同，又可分為軟化水和除鹽水等。

18、（3）給水：送進鍋爐的水稱為給水。給水主要是由凝結水和鍋爐補給水組成。（4）鍋爐水：在鍋爐本體的蒸發(fā)系統(tǒng)中流動著的水稱為鍋爐水，習慣上簡稱爐水。（5）鍋爐排污水：為了防止鍋爐結垢和改善蒸汽品質，用排污的方法，排出一部分爐水，這部分排出的爐水稱為鍋爐排污水。（6）凝結水：蒸汽在汽輪機中作功后，經冷卻水冷卻凝結成的水稱為凝結水，它是鍋爐給水的主要組成部分。（7）冷卻水：用作冷卻介質的水為冷卻水。這里主要指用作冷卻作功后蒸汽的冷卻水，如果該水循環(huán)使用，則稱循環(huán)冷卻水。（8）疏水：進入加熱器的蒸汽在給水加熱后，這部分蒸汽冷卻下來的水，以及機組停行時，蒸汽系統(tǒng)中的蒸汽冷凝下來的水，都稱為疏水。在水處理工

19、藝過程中，還有所謂清水、軟化水、除鹽水及自用水等。2 水質指標所謂水質是指水和其中雜質共同表現(xiàn)出的綜合特性，而表示水中雜質個體成分或整體性質的項目，稱為水質指標。由于各種工業(yè)生產過程對水質的要求不同，所以采用的水質指標也有差別?；鹆Πl(fā)電廠用水的水質指標有二類：一類是表示水中雜質離子組成的成分指標，如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-等；另一類指標是表示某些化合物之和或表征某種性能，這些指標是由于技術上的需要而專門制定的，故稱為技術指標。2.1 表征水中懸浮物及膠體的指標（1）懸浮固體。懸浮固體是水樣在規(guī)定的條件下，經過濾可除出的固體，單位為毫克/升（mg/L）。這項指標僅能表征水中

20、顆粒較大的懸浮物，而不包括能穿透濾紙的顆粒小的懸浮物及膠體，所以有較大的局限性。此法需要將水樣過濾，濾出的懸浮物需經烘干和稱量等手續(xù)，操作麻煩，不易用作現(xiàn)場的監(jiān)督指標。（2）濁度。濁度是反映水中懸浮物和膠體含量的一個綜合性指標，它是利用水中懸浮物和膠體顆粒對光的散射作用來表征其含量的一種指標，即表示水渾濁的程度。濁度是通過專用儀器測定的，操作簡便迅速。由于標準水樣配制方法不同，所使用的單位也不相同，目前以硫酸肼（N2H4SO4）和六次甲基四胺（CH2）6N4配制成渾濁液為標準，與水樣相比較，其單位用福馬肼（FTU）表示。（3）透明度。透明度是利用水中懸浮物和膠體物質的透光性來表征其含量的另一中

21、指標，即表示水透明程度的指標，單位為厘米（cm）。水的透明度與濁度成反比，水中懸浮物含量越高，其透明度越低。由于它是通過人的眼睛觀察水層厚度來確定水中懸浮物含量的，因此它帶有人為的隨意性。2.2 表征水中溶解鹽類的指標（1）含鹽量。含鹽量是表示水中各種溶解鹽類的總和，由水質全分析的結果，通過計算求出。含鹽量有兩種表示方法：一是摩爾表示法，即將水中各種陽離子（或陰離子）均按帶一個電荷的離子為基本單位，計算其含量（mmol/L），然后將它們（陽離子或陰離子）相加；二是重量表示法，即將水中各種陰、陽離子的含量以mg/L為單位全部相加。由于水質全分析比較麻煩，所以常用溶解固體近似表示，或用電導率衡量水

22、中含鹽量的多少。（2）溶解固體。溶解固體是將一定體積的過濾水樣，經蒸干并在1051100C下干燥至恒重所得到的蒸發(fā)殘渣量，單位用毫克/升（mg/L）表示。它只能近似表示水中溶解鹽類的含量，因為在這種操作條件下，水中的膠體及部分有機物與溶解鹽類一樣能穿過濾紙，許多物質的濕分和結晶水不能除盡，碳酸氫鹽全部轉換為碳酸鹽。（3）電導率。表示水中離子導電能力大小的指標，稱作電導率。由于溶于水的鹽類都能電離出具有導電能力的離子，所以電導率是表征水中溶解鹽類的一種代替指標。水越純凈，含鹽量越小。電導率越小。水的電導率的大小除了與水中離子含量有關外，還和離子的種類有關，單憑電導率不能計算水中含鹽量。在水中離子

23、的組成比較穩(wěn)定的情況下，可以根據試驗求得電導率與含鹽量的關系，將測得的電導率換算成含鹽量。電導率的單位為微西/厘米（uS/cm）。2.3 表征水中易結垢物質的指標表征水中易結垢物質的指標是硬度，它是指水中某些易于形成沉淀的金屬離子，它們都是二價或二價以上的金屬離子。在天然水中，形成硬度的物質主要是鈣、鎂離子，所以通常認為硬度就是指水中這兩種離子的含量。水中鈣離子含量稱鈣硬（Hca），鎂離子含量稱鎂硬（HMg），總硬度是指鈣硬和鎂硬之和，即H=HCa+HMg=（1/2）Ca2+（1/2）Mg2+。根據Ca2+、Mg2+與陰離子組合形式的不同，又將硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。（1）鹽硬度（H

24、T）是指水中鈣、鎂的碳酸鹽及碳酸氫鹽的含量。此類硬度在水沸騰時就從溶液中析出而產生沉淀，所以有時也叫暫時硬度。（2）非碳酸鹽硬度（HF）是指水中鈣、鎂的硫酸鹽、氯化物等的含量。由于這種硬度在水沸騰時不能析出沉淀，所以有時也稱永久硬度。硬度的單位為毫摩爾/升（mmol/L），這是一種最常見的表示物質濃度的方法，是我國的法定計量單位。在美國硬度單位為ppmCaCO3，這里的ppm表示百分之一，它與mg/L大致相當；在德國硬度單位采用的是德國度oG，1oG相當于10mg/LCaO所形成的硬度。以上幾種硬度單位的關系如下：1mmol/L=2.8oG=50ppmCaCO32.4 表示水中堿性物質的指標表

25、示水中堿性物質的指標是堿度，堿度是表示水中可以用強酸中和的物質的量。形成堿度的物質有：（1）強堿，如NaOH、Ca(OH)2等，它們在水中全部以OH-形式存在；（2）弱堿，如NH3的水溶液，它在水中部分以OH-形式存在；（3）強堿弱酸鹽類，如碳酸鹽、磷酸鹽等，它們水解時產生OH-。在天然水中的堿度成分主要是碳酸氫鹽，有時還有少量的腐殖酸鹽。水中常見的堿度形式是OH-、CO32-和HCO3-，當水中同時存在有HCO3-和OH-的時候，就發(fā)生如（2-2）式的化學反應，HCO3+OH-CO32-+H2O（2-2）故一般說水中不能同時含有HCO3-堿度和OH-堿度。根據這種假設，水中的堿度可能有五種不

26、同的形式：只有OH-堿度；只有CO32-堿度；只有HCO3-堿度；同時有OH-+CO32-堿度；同時有CO32-+HCO3-堿度。水中的堿度是用中和滴定法進行測定的，這時所用的標準溶液是HCl或H2SO4溶液，酸與各種堿度成分的反應是，OH-+H+H2O（2-3）CO32-+H+HCO3-（2-4）HCO3-+H+H2O+CO2（2-5）如果水的PH值較高，用酸滴定是，上述三個反應（2-3）、（2-4）、（2-5）將依次進行。當用甲基橙作指標劑，因終點的PH值為4.2，所以上述三個反應都可以進行到底，所測得的堿度是水的全堿度，也叫甲基橙堿度；如用酚酞作指示劑，終點的PH值為8.3，此時只進行（

27、2-3）、（2-4）式的反應，反應式（2-5）并不進行，測得的是水的酚酞堿度。因此，測定水中堿度時，所用的指示劑不同，堿度值也不同。堿度的單位為毫摩爾/升（mmol/L），與硬度一樣，在美國和德國分別用ppmCaCO3和oG為單位。2.5 表示水中酸性物質的指標表示水中酸性物質的指標是酸度，酸度是表示水中能用強堿中和的物質的量。可能形成酸度的物質有：強酸、強酸弱堿鹽、弱酸和酸式鹽。天然水中酸度的成分主要是碳酸，一般沒有強酸酸度。在水處理過程中，如H離子交換器出水出現(xiàn)有強酸酸度。水中酸度的測定是用強堿標準來滴定的。所用指示劑不同時，所得到的酸度不同。如：用甲基橙作指示劑，測出的是強酸酸度。用酚酞

28、作指示劑，測定的酸度除強酸酸度（如果水中有強酸酸度）外，還有H2CO3酸度，即CO2酸度。水中酸性物質對堿的全部中和能力稱總酸度。這里需要說明的是，酸度并不等于水中氫離子的濃度，水中氫離子的濃度常用PH值表示，是指呈離子狀態(tài)的H+數量；而酸度則表示中和滴定過程中可以與強堿進行反應的全部H+數量，其中包括原已電離的和將要電離的兩個部分。2.6表示水中有機物的指標天然水中的有機物種類繁多，成分也很復雜，分別以溶解物、膠體和懸浮狀態(tài)存在。因此很難進行逐類測定，通常是利用有機物比較容易被氧化這一特性，用某些指標間接地反映它的含量，如化學氧化、生物氧化和燃燒等三種氧化方法，都是以有機物在氧化過程中所消耗

29、氧化劑的數量來表示有機物含量的。（1）化學耗氧量（COD）。在規(guī)定條件下，用氧化劑處理水樣時，水樣中有機物氧化所消耗該氧化劑的量，即為化學耗氧量。計算時折合為氧的質量濃度，簡寫代號為COD，單位用毫克/升O2表示?；瘜W耗氧量越高，表示水中有機物越多。常采用的氧化劑有重鉻酸鉀和高錳酸鉀，氧化劑不同，測得有機物的含量也不同。如用重鉻酸鉀K2Cr2O7作氧化劑，在強酸加熱沸騰回流的條件下，以銀離子作催化劑，可對水中85%95%以上的有機物進行氧化，不能被完全氧化的是一些直鏈的、帶苯環(huán)的有機物，但這種方法基本上能反應水中有機物的總量。如用高錳酸鉀作氧化劑，只能氧化約70%的一些比較容易氧化的有機物，并

30、且有機物的種類不同，所得的結果也有很大差別，所以這項指標具有明顯的相對性，目前它較多地用于輕度污染的天然水和清水的測定。（2）生化需氧量（BOD）。在特定條件下，水中的有機物和無機物進行生物氧化時所消耗溶解氧的量，即為生化需氧量。單位也用毫克/升O2表示。構成有機體的有機物大多是碳水化合物、蛋白質和脂肪等，其組成元素是碳、氫、氧、氮等，因此不論有機物的種類如何，有氧分解的最終產物總是二氧化碳、水和硝酸鹽。生物氧化的整個過程一般可分為兩個階段，第一個階段主要是有機物被轉化為二氧化碳、水和氨的過程；第二個階段主要是氨轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。對于工業(yè)用水，因為氨已經是無機物，它的進一步氧化，對

31、環(huán)境衛(wèi)生的影響較小，所以，生化需氧量通常只指第一階段有機物氧化所需的氧量。通常都以5天作為測定生化需氧量的標準時間，稱5天生化需氧量，用BOD5表示。試驗證明，一般有機物的5天生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%左右，因此，BOD5具有一定的代表性。此外，用儀器測定有機物完全燃燒后所產生的氣體來反映總含碳量的，稱為總有機碳（簡稱TOC），或反映消耗氧的量的，稱總需氧量（簡稱TOD）。下表為某廠淡水水質全分析資料，供學習時參考某電廠一期工程水質全分析資料（時間：xxxx.xx.xx）水源：地下水項目PH（25）全固形物（mg/L）總硬度（mmol/L）暫時硬度（mmol/L）總堿度（mmol

32、/L）甲基橙堿度（mmol/L）CODMn（mgO2/L）電導率（25）（S/cm）游離二氧化碳（mg/L）K+（mg/L）Na+（mg/L）Ca2+（mg/L）Fe3+（mg/L）R2O3（mg/L）HCO3-（mg/L）Cl-（mg/L）SiO2（全）（mg/L）SiO2（溶）（mg/L）備注：表中各種物質的基本單元為Men全硅含量最大值：25mg/L。其它未列指標含量約為零。3 天然水中幾種主要化合物的化學特性天然水中含有雜質的種類雖然較多，但天然水中主要雜質的種類差不多是一致的，它們總是幾種常見的化合物，所以在研究水的凈化處理時，只需研究若干常見的化合物。3.1 碳酸化合物碳酸和它的鹽

33、類統(tǒng)稱碳酸化合物，在天然水中特別是在含鹽量較低的水中，含量最大的化合物常常是碳酸化合物。而且，在自然界發(fā)生的自然現(xiàn)象中，如天然水對酸、堿的緩沖性，沉積的生成與溶解等，碳酸也常常起非常重要的作用。（1）碳酸化合物的存在形式水中碳酸化合物通常有以下四種形式：溶于水的氣體二氧化碳；分子態(tài)碳酸；碳酸氫根及碳酸根。在水溶液中，這四種碳酸化合物之間有下列幾種化學平衡：CO2(aq)+H2OH2CO3（2-6）H2CO3H+HCO3-（2-7）HCO3-H+CO32-（2-8）若把上述平衡式綜合起來可以得到CO2(aq)+H2OH2CO3H+HCO3-2H+CO32-（2-9）利用上述關系式解決有關碳酸化合

34、物的問題是有困難的，因為在進行水分析時，不能區(qū)分水中的二氧化碳和碳酸，用酸堿滴定測得的二氧化碳是兩者之和。實際上，分子態(tài)的碳酸的形態(tài)只占總量的百分之一以下，故實際工作中可以將二氧化碳和碳酸一起用二氧化碳表示，此時式（2-9）式可表示為CO2+H2OH+HCO3-2H+CO32-（2-10）（2）碳酸化合物的形態(tài)與PH值的關系碳酸為二元弱酸，可進行分級電離。不同溫度下有著不同的電離平衡常數，如在25時，的平衡常數值為：（2-11）（2-12）式中K1-H2CO3的一級電離平衡常數K2-H2CO3的二級電離平衡常數-表示相應物質的濃度f1 f2-分別表示1價和2價離子的活度系數PH值和各種碳酸化合

35、物相對含量間的關系。碳酸化合物在各種溶液中的相對含量主要取決于該溶液的PH值。設碳酸化合物總濃度為Cmol/L，則CO2+HCO3-+CO32-=C（2-13）根據H2CO3一級電離平衡常數（2-12）式，以及（2-13）式，并假定在稀溶液中f1和f2可視為1，那么可解得一定的pH值條件下各種碳酸化合物的相對量，如（2-15）、（2-16）、（2-17）式所示（2-15）（2-16）（2-17）根據（2-15）（2-17）式，可繪制圖2-4所示的pH值與各種碳酸化合物相對量的關系曲線。由圖可知，當pH4.2時，水中碳酸化合物基本是CO2；當pH=4.26.3時，CO2和HCO3-同時存在；當p

36、H=8.3時，白分之98%以上的碳酸化合物呈HCO3-狀態(tài)；當PH8.3時，HCO3-和CO32-同時存在。pH、HCO3-、CO32-和CO2的關系。由圖2-4可知，在pH8.3時，碳酸進行的是一級電離，將（2-11）式等號兩邊取負對數并加以整理，則得pHpK1+lgHCO3-lgCO2+lgf1對于稀溶液，f1=1,lgf1=0;在25時，PK6.35；所以pH6.35lgHCO3-lgCO2(2-19)對于pH<3的天然水來說，因為水中碳酸氫根的濃度實際就是水中的堿度（B），于是（219）式可變?yōu)閜H35+lgB-lgCO2(2-20)當水的pH>3時，由碳酸的二級電離平衡方

37、程式（2-12），可求得pH33+lgCO32-lgHCO3-(2-21)3.2硅酸化合物硅酸是一種比較復雜的化合物，它的形態(tài)多，在水中有離子態(tài)、分子態(tài)以至膠體。硅酸的通式為xSiO2·yH2O。當x和y等于1時，分子式可寫成H2SiO3,稱為偏硅酸；當x=1,y=2時，分子式為H4SiO4，成為正硅酸；當x>1時，硅酸呈聚合態(tài)，稱多硅酸。當硅酸的聚合度增大時，它會由溶解態(tài)轉化成膠態(tài)，當其濃度較大時，會呈凝膠狀析出。當水的pH值不很高時，溶于水的二氧化硅主要是分子態(tài)的簡單硅酸，至于這些溶于水的硅酸到底是正硅酸還是偏硅酸的問題，還有待研究。因為硅酸通常顯示出二元酸的性質。所以本書

38、中均以偏硅酸來表示。硅酸的酸性很弱，電離度不大，所以當純水中含有硅酸時不易用pH或電離率檢測出來。當pH值增大到9時，二氧化硅的溶解度就明顯增大，此時硅酸電離成H2SiO3的量增多，所以溶解的二氧化硅除了生成硅酸外，還會生成大量的HSiO-3,其反應方程式為H2SiO3=HSiO-3+H+當pH值較大，且水中溶解的硅酸化合物較多時，他們會形成多聚體，其反應方程式為4H2SiO3=H6Si4O2-12+2H+在天然水中，硅酸化合物是常見的雜質。它來自水流經地層時與含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石的反應。地下水的硅酸化合物含量通常比地面水多，天然水中硅酸化合物（以二氧化硅表示）含量一般在120mg/L范圍

39、內，地下水有高達60mg/L的。硅酸化合物的許多形態(tài)會影響到它的測定方法。通常采用的鋁藍比色法能測得的只是水中分子量較低的硅酸化合物。至于分子量較大的硅酸，有的不與鉬酸反應，有的反應緩慢。根據此種反應的能力不同，水中硅酸化合物可分成兩類。那些能夠直接用比色法測得的稱為活性二氧化硅（簡稱活性硅），不能測得的稱為非活性二氧化硅。在火力發(fā)電廠中，水中硅酸化合物是有害的物質。當鍋爐水中鋁、鐵和硅的化合物量較高時，會在熱負荷很高的爐管內形成水垢。在高壓鍋爐中，硅酸會溶于蒸汽，隨之帶出鍋爐，最后沉積在汽輪機內。所以，硅酸化合物是水凈化的主要對象之一。3.3鐵化合物在天然水中鐵是常見的雜質。水中的鐵有Fe2

40、+、Fe3+兩種。在深井水中因溶解氧的濃度很小和PH值較低，水中會有大量的Fe2+，可能高達10mg/L以上，這是因為常見的亞鐵鹽類的溶解度較大，F(xiàn)e2+不易形成沉淀物。當水中溶解氧濃度較大和PH值較高時，F(xiàn)e2+會氧化成Fe3+，而Fe3+的鹽類很易水解，從而轉變成Fe(OH)3沉淀物或膠體，其反應方程式為4Fe2+O2+2H2O4Fe3+4OH-Fe3+3H2OFe(OH)3+3H+當pH8時，水中亞鐵離子被溶解氧氧化的速度很快。在地表水中，由于溶解氧的含量較多，所以Fe2+的量通常很小，但在含有腐殖酸的沼澤水中，F(xiàn)e2+的量可能較多，因為這種水的pH值常接近于4，F(xiàn)e2+會與腐殖酸形成絡

41、合物，這種絡合物不易被溶解氧氧化。在pH為7左右的地表水中，一般幾乎只有含有呈膠態(tài)氫氧化鐵的鐵。鍋爐給水攜帶鐵的氧化物會引起鍋爐爐管內生成氧化鐵垢。3.4 氮的化合物在天然水中有時含有氮的無機化合物，如NH4+、NO-2 NO-3。它們的主要來源為動植物及各種含氮有機物，以及隨工業(yè)排污水混入的NH4+等。隨污水帶入水源的含氮有機物（如蛋白質、尿素等），在微生物的作用下會逐漸分解，生成組織較簡單的氮化合物，在沒有氧存在的情況下，氨是有機氮分解的最終產物；如果水中有氧，則在細菌參與下，能使氨繼續(xù)分解，逐步轉變成亞硝酸鹽和硝酸鹽。為此，根據天然水中各種氮化合物的相對含量，可以推測此水被有機物污染的時

42、期。如果NH4+含量百分率較大，則表示被污染的時期不長；反之，如NO-3含量百分率較大，則表示被污染已很久。第二章 水的預處理天然水未進鍋爐前除掉水中雜質的工作，稱為爐外水處理，也叫做補給水處理。根據水中所含雜質種類不同，采取不同的水處理方法。對水中較大的懸浮物，靠重力沉淀就可以除掉，這種處理稱為自然沉淀法。對于水中的膠體微粒，常向水中加入一些化學藥品，使膠體顆粒凝聚沉淀，這種處理稱為混凝沉淀法。對于溶于水中的鹽類，可采用蒸餾法、離子交換法、電滲析法等等。目前電廠多采用離子交換法。爐外水處理就是由上述某些方法聯(lián)合組成的水處理流程，一般為：現(xiàn)將一般水處理流程中，主要水處理方法、原理及其設備分述如

43、下。第一節(jié) 混凝沉淀1 混凝沉淀的原理混凝、沉淀過程一般是在澄清器內進行的。處理方法是：向水中加入混凝劑破壞原水中的膠體的穩(wěn)定性，使膠體和細小懸浮物相互凝聚生產大的絮凝體，再加以沉淀分離去除。各種藥品的作用如下：（1）混凝劑的作用。促使水中微小的懸浮物或膠體顆粒相互凝聚成大顆粒而下沉。（2）石灰乳的作用。提高水的pH值，有利于不溶性氫氧化物沉淀出來：Ca(OH)2+Ca(HCO3)22CaCO3+2H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)22CaCO3+Mg(OH)2+2H2O上述化學反應的結果，使水中的暫硬降低了。（3）鎂劑的作用。鎂劑的主要化學成分是氧化鎂(MgO)。如果在石灰、混凝處理的

44、同時，向水中加入鎂劑，就會使產生的氫氧化鎂沉淀物增多。當氫氧化鎂沉淀達到一定數量時，就能吸附水中大部分硅化物，然后它們漸漸變成難溶于水的硅酸鎂而沉淀。因此，加鎂劑的目的就是利用生成硅酸鎂的反應，除掉水中的硅化物。除硅效果的好壞，除了必須加入適量的鎂劑外，還與水的溫度和pH值有關。最好的溫度為40±1，pH值為10.110.3。2 混凝、沉淀設備及處理過程利用混凝沉淀方法除掉水中懸浮物的沉淀設備叫做澄清池。目前常見的澄清池有水力循環(huán)澄清池、機械攪拌澄清池、脈沖澄清池和泥渣懸浮澄清池等。各種澄清池盡管在結構上有差異，但它們的工作原理則是相似的。（這里僅以懸浮澄清池為例來闡述澄清池的工作過

45、程，各廠根據設備情況補充。）原水首先經過空氣分離器，把水中含有的空氣分離出去。這樣就可以避免空氣進入澄清池內，攪動懸浮層和把懸浮泥渣帶出澄清池，破壞懸浮層的正常工作。不含空氣的水和各種藥劑，經過噴嘴送入澄清池下部的混合區(qū)。由于混合區(qū)水流旋渦很強，可以使混凝劑與水充分混合。在混合區(qū)上部裝有水平和垂直的多孔隔板，從混合區(qū)出來的水繼續(xù)向上流經多孔板時，多孔板既能使水得到進一步的混合，又能消除旋渦使其成為平穩(wěn)水流，進入反應區(qū)。反應區(qū)是澄清器的中心部分，是主要工作區(qū)。當水進入反應區(qū)后，水中雜質逐漸凝聚成絮狀懸浮物(稱為泥渣)，由泥渣組成的懸浮層對水起過濾作用。經過反應區(qū)懸浮層的水，繼續(xù)上升，進入過渡區(qū)。

46、由于筒體截面逐漸增大，水的流速逐漸減小，使懸浮物與水分離。澄清池上部出水區(qū)截面最大，水在這里流速最低，水與懸浮物得到了很好的分離。最后，澄清水由環(huán)形集水槽引出，送至清水箱。澄清池的中央設有垂直圓形的排泥筒。沿著排泥筒的不同高度開有許多層窗口，多余的泥渣自動地經排泥窗口進入濃縮器，濃縮后的泥渣由底部排污管排入地溝。濃縮器與集水槽之間設有回水導管。由于濃縮器與集水槽之間有水位差，使?jié)饪s器上部的清水經加水導管送入集水槽，而懸浮層上部的水經排泥窗口進入濃縮器，同時帶走了多余的泥渣，使懸浮層保持固定的高度。澄清池的出水質量，一般可以達到以下標準：(1)懸浮物含量不大于20毫克/升。(2)堿度不大于0.8

47、5毫摩爾/升。(3)硅酸根含量，平均可降至1.01.5毫克/升。(4)耗氧量不大于5毫克/升O2。第二節(jié) 過濾處理生水經過混凝、沉淀處理后，雖然已將水中大部分懸浮物等雜質除掉，但是水中仍殘留有20毫克/升左右的細小懸浮顆粒，需要進一步處理。除去殘留懸浮雜質，常用的方法是過濾。在電廠水處理中，主要是采用粒狀濾料形成濾層，當渾水通過濾層時，就可以把水中懸浮物吸附截留下來，使出水濁度降低，以滿足后續(xù)除鹽設備的水質要求。1 過濾原理過濾是濾料的機械阻留和表面吸附的綜合結果，也就是說，過濾過程中有兩個作用：機械篩分和接觸凝聚。機械篩分作用主要發(fā)生在濾料層的表面。濾層在反洗后，由于水的篩分作用，小顆粒的濾

48、料在上，大顆粒的在下，依次排列，所以上層濾料間形成的孔眼最小。當含有懸浮物的水進入濾層時，濾層表面易將懸浮物截留下來。不僅如此，截留下來的或吸附著的懸浮物之間發(fā)生彼此重疊和架橋等作用，結果在濾層表面形成了一層附加的濾膜，它也可起機械篩分作用。這種濾膜的過濾作用，又稱為薄膜過濾。在過濾中，當帶有懸浮物的水進入濾層內部時，事實上也在發(fā)生過濾作用。這正和混凝過程中用泥渣作為接觸介質相類似。由于濾層中的濾料比澄清池中懸浮泥渣的顆粒排列得更緊密。水中的微粒，在流經濾層中彎彎曲曲的孔隙時，與濾料顆粒有更多的碰撞機會，在濾料表面起到有效的接觸凝聚作用，使水中的顆粒易于凝聚在濾料表面，故稱為接觸凝聚作用。2

49、影響過濾效果的因素影響過濾運行的因素有很多，其中主要的因素有濾料、濾速、水頭損失、水流均勻性和反洗等。（1）濾料濾料是過濾裝置的基本部件，正確地選擇濾料，確定濾料顆粒大小的級配以及濾料層的高度，對過濾裝置的正常運行關系很大。常用的濾料有石英砂、無煙煤、大理石等。作為濾料應具備的條件有：良好的化學穩(wěn)定性：以免在過濾過程中濾料發(fā)生溶解現(xiàn)象，影響出水水質。足夠的機械強度：以免濾料在反洗過程中因顆粒間互相磨擦和碰撞而發(fā)生破碎。適當的粒度組成和適當的形狀均勻度：粒徑過大時，細小的懸浮物會穿過濾層；粒徑過小時，則水流阻力增大，過濾時濾層中的水頭損失也增大。粒徑不均勻，會造成反洗不易控制，過濾周期縮短。用石

50、英砂作為濾料時，粒徑一般為0.51.0mm；用無煙煤作為濾料時，粒徑一般為1.02.0mm。濾料“上細下粗”不利于過濾器的運行。可采用無煙煤和石英砂組成的雙層濾料，或再加一層磁鐵礦等組成三層濾料。使濾料顆粒和相互間隙呈“上大下小”的狀態(tài)，從而提高截污能力和延長運行周期。合適的濾層高度：濾層高度應根據計算求出。單層過濾器的濾層高度一般為700mm。小于規(guī)定高度時，出水水質將達不到規(guī)定的要求值。（2）濾速濾速一般指的是水流流過過濾截面的速度（一般是指空罐流速）。濾速過慢會影響出力，濾速過快不僅會使出水水質下降，而且使水頭損失加大，使過濾周期縮短。在過濾經混凝和澄清處理的水時，重力式濾池濾速一般為8

51、12m/h；壓力式過濾器濾速為1530m/h。（3）水頭損失：水流通過濾層的壓力降稱為水頭損失。它是用來判斷過濾器是否失效的重要指標。運行中隨著濾層的水流阻力逐漸增大，過濾時的水頭損失也就隨之增大。當水頭損失達到一定數值時，就應停用，進行反洗。在過濾器過濾或反洗的過程中，要求過濾層截面各部分的水流分布均勻，對水流均勻性影響最大的是配水系統(tǒng)。（4）反洗反洗就是水流自下而上通過濾層，以除去濾層上粘著的懸浮物顆粒，恢復濾料的過濾能力。反洗時，濾料層處于懸浮狀態(tài)，并膨脹到一定的高度。膨脹后所增加的高度和膨脹前高度之比，稱為濾層膨脹度。這是用來衡量反洗強度的指標。所謂反洗強度就是單位面積上、單位時間內流

52、過的反洗水量，單位為L/（s·m2）。反洗時，由于水沖刷和顆粒間互相碰撞、摩擦的作用，粘在濾料上的污染物就被沖洗下來，并被反洗水帶出過濾器。當反洗出水變清時，反洗停止。若要反洗效果好，就必須有足夠的反洗強度和反洗時間。石英砂的反洗強度一般為1518L/（s·m2），無煙煤的反洗強度一般為1215L/（s·m2）。反洗時間實際上反映了反洗水量的大小。若反洗水量不足，就達不到沖洗干凈濾料的要求。每次反洗都應將濾層中粘著的懸浮物顆粒清除干凈，否則會使濾料相互粘結而結塊，破壞過濾器的正常運行?？諝獠料吹哪康氖峭ㄟ^采用引入壓縮空氣將濾料層破開并攪動，這種攪動可以使濾料顆粒相

53、互摩擦，將過濾過程中截留的、很難洗脫下來的雜質從濾料上松動下來?？諝獠料吹拇螖悼梢愿鶕\行的實際情況而定，不一定每次反洗時，均進行空氣擦洗。3 過濾設備及運行過濾設備有多種，電廠水處理中常見的有機械過濾器和無閥濾池等（根據設備選型選擇介紹）。3.1機械過濾器（1）設備結構。機械過濾器的結構如圖13-3所示。圖13-3機械過濾器1放空氣管；2進水漏斗；3縫式濾頭；4配水支管；5配水干管；6混凝土它的本體是一個圓柱形容器，內部裝有：進入裝置、濾層和排水裝置。外部設有必要的管道、閥門等。在進、出口的兩根水管上裝有壓力表，兩表的壓力差就是過濾時的水頭損失(運行時的阻力)。進水裝置可以是漏頭形式或其他形

54、式的，其主要作用是使進水沿過濾器截面均勻分配。濾層由濾料組成，濾料的粒徑一般采用0.61.0毫米。濾層的厚度一般為1.11.2米。排水系統(tǒng)多采用支管縫隙式配水裝置。它的作用：一是使出水的匯集和反洗水的進入，能沿著過濾器的截面均勻分布；一是阻止濾料被帶出。(2)設備運行。過濾器在工作時，渾水經進水口流到進水漏斗，然后流經過濾層除掉渾水中的細小懸浮物而成為清水。此清水經排水系統(tǒng)送出。濾速為810米/時，或更大些。過濾器的運行過程中，由于濾料不斷吸附渾水中的懸浮雜質，使運行阻力逐漸增大。當阻力增大到一定時，應停止運行，對濾料進行反洗。反洗濾料時，先將過濾器內的水排放到濾層以上約10厘米處，用壓縮空氣

55、吹洗3分鐘左右，然后將反洗清水和壓縮空氣從過濾器底部排水系統(tǒng)進入，經過濾層上升并沖動濾料使濾料浮動起來。此時濾料顆粒在水中游動并相互摩擦，這樣將濾粒表面所吸附的雜質洗掉。在用清水和壓縮空氣混合反洗35分鐘后，停止壓縮空氣，僅用清水繼續(xù)反洗約2分鐘后停止反洗。洗掉的吸附雜質隨水上升，經上部進水漏斗底部排水門排入地溝。最后，用水正洗至合格投入運行或備用。(3)雙層濾料。一般機械過濾器多用單層濾料，但單層濾料反洗后，在水流的作用下，濾料顆粒形成了“上細下粗”的排列。由于濾層上部的砂粒細，砂粒之間孔隙小，所以吸附的懸浮物大多數集中在上面，致使濾層下部的濾料不能充分發(fā)揮吸附作用。這樣就帶來了水流阻力增長

56、快，運行周期短的缺點。為了消除上述缺點，采用了雙層濾料的辦法。就是將濾層上部石英砂換成一層顆粒較大的無煙煤，組成無煙煤-石英砂的雙層濾料的過濾器。由于無煙煤的比重比石英砂的小，所以反洗后無煙煤仍然保持在上層。上層無煙煤顆粒之間的孔隙較大，水中懸浮物除被無煙煤吸附外，還可以進入下層石英砂濾層。這樣就充分發(fā)揮了濾料的截污能力，使水流阻力增長較慢，延長了運行周期。3.2無閥濾池(1)設備結構。無閥濾池的結構如圖13-4所示。這種過濾設備是用鋼筋水泥筑成的主體，由沖洗水箱、過濾室、集水室、進水裝置以及沖洗用的虹吸裝置等組成。(2)設備運行。無閥濾池運行時，渾水由進水槽1進入，經過進水管2流入過濾室4，然后通過濾層除掉渾水中懸浮雜