電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用157

第三章電廠鍋爐補給水處理技術(shù)內(nèi)容提要：

扼要介紹火電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)及水處理的重要性，著重討論制備鍋爐補給水的預(yù)處理和離子交換的原理，主要工藝及設(shè)備；凝結(jié)水的凈化處理；鍋爐水的處理原理和技術(shù)；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及處理原理、工藝和主要設(shè)備。第三章電廠鍋爐補給水處理技術(shù)內(nèi)容提要：1目錄第一節(jié)火力發(fā)電廠中水處理的作用第二節(jié)水的預(yù)處理第三節(jié)水的離子交換處理第四節(jié)凝結(jié)水的凈化處理第五節(jié)鍋內(nèi)處理第六節(jié)冷卻水處理目錄第一節(jié)火力發(fā)電廠中水處理的作用2第一節(jié)火力發(fā)電廠中水處理的作用

火力發(fā)電廠是利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成電能的，這種能量的轉(zhuǎn)換是通過水來實現(xiàn)的。因此，水在火力發(fā)電廠中起著極重要的作用，水處理是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程的不可缺少的組成部分。

火力發(fā)電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng)

水處理的重要作用

第一節(jié)火力發(fā)電廠中水處理的作用火力發(fā)3火力發(fā)電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng)

火力發(fā)電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng)可分為凝汽和凝汽兼供熱兩種形式。

凝汽式是指只發(fā)電不供熱的凝汽式發(fā)電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)正常運行的鍋爐補給水量很小，一般為鍋爐蒸發(fā)量的2~4%。

凝汽兼供熱式是指除發(fā)電外，兼向附近工業(yè)區(qū)、生活區(qū)供熱的水汽循環(huán)系統(tǒng)，鍋爐補給水量要大得多，如熱力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)。熱力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程見圖3-1?；鹆Πl(fā)電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng)火力發(fā)電廠的水4圖3-1熱力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程圖3-1熱力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程5

實際運行中，任何水汽循環(huán)系統(tǒng)都要有一部分汽水損失，大致有如下幾個方面：

(1)系統(tǒng)內(nèi)水汽循環(huán)損失：

如汽包鍋爐的排污，各種排汽損失——鍋爐安全門、過熱器放汽門、汽輪機軸封、抽汽器、除氧器等的排汽，各種水箱的溢流和管道的跑冒滴漏等等。

(2)對外供汽損失

對非生產(chǎn)、生活供汽大部分不能返回。

(3)廠內(nèi)其它用汽損失

如采暖、生活用汽等等。實際運行中，任何水汽循環(huán)系統(tǒng)都要有一部分汽水損失6

根據(jù)水在水汽循環(huán)系統(tǒng)中所經(jīng)歷的過程，我們賦予這些水以不同的名稱。

(1)生水生水是未經(jīng)處理的天然水，如地下水、江河水、水庫湖泊水等等。

(2)鍋爐補給水生水經(jīng)水處理車間凈化后，用于補充發(fā)電廠水汽損失的水，叫鍋爐補給水。

(3)汽輪機凝結(jié)水蒸汽在汽輪機中做功后在凝汽器中冷凝的水。

(4)疏水各種用汽設(shè)備、蒸汽管道中凝結(jié)的蒸汽凝結(jié)水，一般匯集到輸水箱，也有的并入凝結(jié)水系統(tǒng)。根據(jù)水在水汽循環(huán)系統(tǒng)中所經(jīng)歷的過程，我7

(5)返回凝結(jié)水

它是生產(chǎn)或生活用戶返回的蒸汽凝結(jié)水，簡稱返回水。

(6)給水

給水是指進入鍋爐的水，對于熱電廠，它包括汽輪機凝結(jié)水、鍋爐補給水、疏水和返回水。

(7)鍋爐水

鍋爐水又叫爐水，是指鍋爐本體的蒸發(fā)系統(tǒng)中流動的水。

(8)冷卻水

是指用作冷卻介質(zhì)的水，在電廠中主要指在凝汽器中用于冷卻汽輪機排汽的水。(5)返回凝結(jié)水8水處理的重要作用

在火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)中，水的品質(zhì)是影響熱力設(shè)備安全、經(jīng)濟運行的重要因素。天然水中含有許多雜質(zhì)。若把這些水不經(jīng)凈化處理就引入熱力設(shè)備，將會由于汽水品質(zhì)不良引起各種危害，主要是熱力設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕和積鹽。結(jié)垢

結(jié)垢極易發(fā)生在熱負(fù)荷較高的部位，如鍋爐的爐管、各種熱交換器。水垢的導(dǎo)熱性比金屬差幾百倍，結(jié)垢的金屬管壁就會產(chǎn)生過熱，強度下降，引起管道的損壞。冷卻水處理不當(dāng)，會使凝汽器銅管結(jié)垢，降低換熱效率，從而降低汽輪機出力。水處理的重要作用在火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)9腐蝕

水質(zhì)不良會引起熱力設(shè)備的腐蝕，主要是電化學(xué)腐蝕，容易發(fā)生在給水管道、省煤器、水冷壁、過熱器、汽輪機和凝汽器等經(jīng)常與水接觸的金屬部位。腐蝕將大大減少設(shè)備的使用年限。積鹽

含有大量雜質(zhì)的蒸汽通過過熱器和汽輪機時，雜質(zhì)會沉積下來，這叫做過熱器、汽輪機的積鹽。過熱器的積鹽有可能引起爆管，汽輪機的積鹽將大大降低汽輪機的出力。因此，為了保證安全、經(jīng)濟運行，各電廠對鍋爐用水的水質(zhì)都規(guī)定了嚴(yán)格的要求。腐蝕10

火力發(fā)電廠水處理工作的主要內(nèi)容大致如下：

(1)凈化生水凈化生水的目的是制備所需質(zhì)量的鍋爐補給水，這個處理過程也叫做爐外水處理。包括預(yù)處理，軟化或除鹽。

(2)高參數(shù)機組或直流鍋爐的凝結(jié)水凈化。

(3)對給水的除氧、加藥。

(4)汽包鍋爐的鍋內(nèi)水處理。

(5)冷卻水的處理。

(6)熱電廠對返回水的除油、除鐵。

(7)熱力系統(tǒng)的水汽質(zhì)量監(jiān)督。

(8)鍋爐及其他熱力設(shè)備的清洗?；鹆Πl(fā)電廠水處理工作的主要內(nèi)容大致如下：11第二節(jié)天然水中的雜質(zhì)與水質(zhì)指標(biāo)水中的雜質(zhì)

水中所含的雜質(zhì)按其在水中存在的狀態(tài)可以分為三類：懸浮物質(zhì)、溶解物質(zhì)和膠體物質(zhì)。懸浮物質(zhì)是由大于分子尺寸的顆粒組成的，它們靠浮力和粘滯力懸浮于水中。溶解物質(zhì)則由分子或離子組成，它們被水的分子結(jié)構(gòu)所支承。膠體物體則介于懸浮物質(zhì)與溶解物質(zhì)之間，這三種雜質(zhì)的尺度為：溶解物質(zhì)膠體物質(zhì)懸浮物質(zhì)10-510-410-310-210-1110100(μm)

第二節(jié)天然水中的雜質(zhì)與水質(zhì)指標(biāo)水中的雜質(zhì)溶解物質(zhì)膠體物質(zhì)懸12水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)是指水和其中所含雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來的物理、化學(xué)和生物學(xué)的綜合特征。各項水質(zhì)指標(biāo)則表示水中雜質(zhì)的種類、成分和數(shù)量，是判斷水質(zhì)的具體衡量標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)指標(biāo)項目繁多，總共可有上百種，它們可分為物理的、化學(xué)的和生物的三類。（一）物理性水質(zhì)指標(biāo)屬于這一類的水質(zhì)指標(biāo)主要有：

1、感官物理性狀指標(biāo)，如溫度、色度、嗅和味、渾濁度、透明度等。

2、其它的物理性水質(zhì)指標(biāo)，如總固體、懸浮固體、溶解固體、可沉固體、電導(dǎo)率（電阻率）等。水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)是指水和其中所含雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來的物理、化學(xué)和生13水質(zhì)指標(biāo)（二）化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)

1、一般化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)，如：pH、堿度、硬度、各種陽離子、各種陰離子、總含鹽量，一般有機物質(zhì)等。

2、有毒的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)，如：各種重金屬、氰化物、多環(huán)芳烴、各種農(nóng)藥等。

3、氧平衡指標(biāo)，如溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、總需氧量（TOD）等。（三）生物學(xué)水質(zhì)指標(biāo)一般包括細(xì)菌總數(shù)、總大腸桿菌群數(shù)、各種病原細(xì)菌病毒等。水質(zhì)指標(biāo)（二）化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)14第三節(jié)補給水的預(yù)處理

天然水中常含有大量的懸浮物和膠態(tài)雜質(zhì)。電廠水處理的第一步就是要除去這些雜質(zhì)，即預(yù)處理。它包括懸浮物的自然沉降、混凝處理、沉淀軟化和過濾等內(nèi)容。

水的混凝處理

水的沉淀軟化

水的過濾處理

給水系統(tǒng)第三節(jié)補給水的預(yù)處理天然水中常含有15水的混凝處理

膠態(tài)雜質(zhì)和一部分粒徑小的懸浮物，由于沉降速度小，以至于相當(dāng)長時間仍滯留于水中，而且這部分雜質(zhì)也不能用過濾的方法除去。因此實際應(yīng)用中，通常是加入一種稱之為混凝劑的化學(xué)藥劑，使它們相互吸附粘結(jié)成較大的絮狀物，然后從水中沉降分離?；炷幚碓砟z核.swf膠體的脫穩(wěn)—加電解質(zhì).swf

現(xiàn)在以Al2(SO4)3為例，簡要說明混凝過程。

Al2(SO4)3投入水中，首先發(fā)生的是它的電離和水解。當(dāng)pH<3時，離解出的鋁離子以的形式存在。如果pH升高，就逐步水解，形成一系列含有羥基的簡單配離子。水的混凝處理16

反應(yīng)如下：

(1)

(2)

(3)

最終生成Al(OH)3凝絮。水解過程中生成的被原水中的堿度中和，這種中和作用又促進了的水解，使水中的含有羥基的配離子增加，有利于它們之間發(fā)生高分子縮聚反應(yīng)，稱為羥基橋聯(lián)，形成多核配離子。如

(4)

這種交叉進行的水解和橋聯(lián)作用，最終生成難溶的聚合度極大的[Al(OH)3]∞凝絮。反應(yīng)如下：17影響混凝處理效果的因素

混凝處理效果是以水中膠態(tài)雜質(zhì)和懸浮物的去除率評價的。混凝過程十分復(fù)雜，影響因素很多：

(1)pH的影響

投藥后的pH對鋁鹽處理效果影響很大，還影響水中有機物以及膠體的凝聚速度。

(2)混凝劑投加量的影響

最優(yōu)投藥量與水中膠體含量有關(guān)，必須通過實驗確定并在運行中調(diào)整。

(3)水溫的影響

用鋁鹽作混凝劑時，水溫的影響很大；用鐵鹽作混凝劑時，水溫對處理效果影響不大。影響混凝處理效果的因素18常用混凝劑

常用混凝劑有鋁鹽和鐵鹽兩大類，它們是一些分子中有高價陽離子的無機鹽類。鋁鹽有硫酸鋁、明礬、偏鋁酸鈉和聚合鋁等。鐵鹽有硫酸亞鐵、三氯化鐵、硫酸鐵和聚合硫酸鐵等。近年來人工合成了一些有機高分子絮凝劑，一般都是線型的高分子聚合物。有機高分子絮凝劑是一種電解質(zhì)，根據(jù)電離后聚合離子所帶電荷的性質(zhì)，可分為陰離子型，陽離子型和非離子型三類。常用混凝劑19水的沉淀軟化

水的沉淀軟化，是將天然水中鈣、鎂離子轉(zhuǎn)化成難溶化合物，然后分離以降低水的硬度。沉淀軟化有熱力軟化法和石灰處理法，但前者不能除去非碳酸鹽硬度，電廠一般不采用。石灰處理原理

在天然水中加入Ca(OH)2，由于pH值的增加，破壞了水的碳酸平衡并使之右移：水的沉淀軟化水的沉淀軟化，是將天然水中20

Ca(OH)2可以和水中各種形式的碳酸化合物反應(yīng)生成沉淀除去：石灰軟化法主要除去了水的堿度和碳酸鹽硬度，但不能除去非碳酸鹽硬度和堿性水的過剩堿度：反應(yīng)前后非碳酸鹽硬度和過剩堿度不變。Ca(OH)2可以和水中各種形式的碳酸化21石灰處理的沉淀過程

經(jīng)石灰處理的水，從理論上講，碳酸鹽硬度應(yīng)達(dá)到CaCO3的溶解度。但是由于CaCO3結(jié)晶生成之后，并不能完全以大顆粒沉降下來，有相當(dāng)一部分是以膠體和懸浮物形式滯留水中，使CaCO3殘留量過大。因此，在處理工藝上常采用兩種措施以保證沉淀完全和有效的分離。

一是利用先期沉淀物（稱泥渣）作為接觸介質(zhì)，使CaCO3在泥渣表面上吸附并以泥渣為結(jié)晶核心，加快沉淀速度并使沉淀完全。

二是在沉淀的同時進行混凝處理。石灰處理的沉淀過程22沉淀處理設(shè)備

沉淀處理設(shè)備可分為沉淀池和澄清池兩類。

(1)沉淀池

沉淀池是用來分離水中懸浮物的池子，有間歇式和連續(xù)式之分。按水流方向分為平流式、豎流式、輻流式和斜板(管)式等。平流式沉淀池見圖3-2，斜板(管)式沉淀池見圖3-3。按水流和泥渣沉降方向不同，斜板(管)式沉淀池可分為異向流、同向流和橫向流三種運行方式，見圖3-4。沉淀處理設(shè)備23圖3-2平流式沉淀池圖3-2平流式沉淀池24圖3-3

斜板(管)式沉淀池圖3-3斜板(管)式沉淀池25圖3-4

斜管(板)中水與泥渣的流向圖3-4斜管(板)中水與泥渣的流向26(2)澄清池澄清池帶有懸浮泥渣層，以泥渣為接觸介質(zhì)，分離水中懸浮物和沉淀之后生成的沉淀物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

澄清池可分為泥渣懸浮式和泥渣循環(huán)式兩種類型。

①цнии型澄清池

該澄清池是原蘇聯(lián)設(shè)計的典型泥渣懸浮式澄清池，結(jié)構(gòu)見圖3-5。

②水力循環(huán)澄清池

水力循環(huán)澄清池是泥渣循環(huán)式澄清池的一種，結(jié)構(gòu)見圖3-6。(2)澄清池27圖3-5

цнии型澄清池圖3-5цнии型澄清池28圖3-6

水力循環(huán)澄清池Flash圖3-6水力循環(huán)澄清池Flash29水的過濾處理

水的過濾處理是用過濾材料將水中分散的懸浮顆粒分離出來的處理過程。在鍋爐補給水處理中，常采用粒狀濾料過濾法；凝結(jié)水凈化處理中，采用覆蓋過濾和電磁過濾法。粒狀濾料的過濾原理

粒狀濾料的過濾是薄膜過濾和接觸混凝過濾的綜合過程。一般工業(yè)上采用的是快濾池，主要是接觸混凝過濾。濾速可達(dá)10m/h以上，通常是在混凝處理以后進行。水的過濾處理水的過濾處理是用過濾材料將30過濾機理可歸納為三種主要作用：（1）機械篩濾作用當(dāng)原水自上而下流過粒狀濾料層時，粒徑較大的懸浮顆粒首先被截留在表層濾料的空隙中，從而使此層濾料間的空隙越來越小，截污能力隨之變得越來越高，結(jié)果逐漸形成一層主要由被截留的固體顆粒構(gòu)成的濾膜，并由它起主要的過濾作用。懸浮物粒徑越大，表層濾料和濾速越小，就越容易形成表層篩濾膜，濾膜的截污能力也越高。（2）重力沉淀作用原水通過濾層時，眾多的濾料表面提供了巨大的不受水力沖刷而可供懸浮物沉降的有效面積，形成了無數(shù)的小“沉淀池”，懸浮物極易在此沉降下來。濾料越小，沉降面積越大，濾速越小，則水流越平穩(wěn)，這都有利于懸浮物的沉降。（3）接觸粘附（絮凝）作用原水通過濾層時，有很多機會與砂粒接觸，通過彼此間的范德華力、靜電力及某些特別的吸附力等作用相互吸引而粘附，恰如在濾層中進行了深度的混凝過程。過濾機理可歸納為三種主要作用：31濾料

濾料的技術(shù)要求是：

(1)適當(dāng)?shù)牧６冉M成；

(2)良好的化學(xué)穩(wěn)定性；

(3)一定的機械強度。水頭損失

水頭損失是指水流通過濾層的壓力降，是濾池運行狀況的重要指標(biāo)。影響水頭損失的因素，除濾料被污染的程度外，還有濾料的粒徑，濾速和溫度。濾料的粒徑愈小，水頭損失愈大；濾速與水頭損失成正比；溫度升高，水頭損失減小，是因為水的粘度降低。濾料32影響過濾的因素在濾料和濾層厚度確定之后，影響過濾的因素主要是濾速、反洗和水流的均勻性。

(1)濾速濾速。其中Q——濾池的出力m3/h，F(xiàn)——濾池的過濾截面積m2。因此，濾速是假定濾料不占有空間時水通過的速度，即空塔速度。

(2)反洗反洗是指當(dāng)濾池運行到一定水頭損失時，用水自下而上通過濾層，以除掉濾料截留的泥渣，恢復(fù)濾料過濾能力的工藝過程。影響過濾的因素33(3)水流的均勻性不論過濾和反洗，都要求沿過濾截面各部分的水流分布均勻，以保證設(shè)備的充分利用。過濾設(shè)備及運行

火力發(fā)電廠所采用的過濾設(shè)備是快濾池，可分為壓力式和重力式?？鞛V池種類很多，但結(jié)構(gòu)基本相同，包括進水裝置、配水裝置及必要的管道閥門。

(1)普通過濾器

普通過濾器時最簡單的壓力式過濾器，結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。(3)水流的均勻性34

原水用泵打入，經(jīng)上部的漏斗和水墊層均勻地向下流過濾層，出水經(jīng)配水裝置注入清水池。普通過濾器水是自上而下單向流動的，因而也叫單流式過濾器。

(2)重力式無閥濾池火力發(fā)電廠常用的重力式無閥濾池如圖3-8所示。重力式無閥濾池的結(jié)構(gòu)簡單、成本低，運行操作簡便。缺點是虹吸管必須很高以適應(yīng)濾層失效時的水頭損失，并且濾池不宜過大以防止水通過濾層時分布不均勻。原水用泵打入，經(jīng)上部的漏斗和水墊層均勻地向下流過35圖3-7

普通過濾器圖3-7普通過濾器36圖3-8

重力式無閥濾池圖3-8重力式無閥濾池37電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15738電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15739第四節(jié)水的離子交換處理

水在進行混凝—石灰軟化和過濾處理后，已除去懸浮物和膠態(tài)雜質(zhì)，硬度和堿度也有一定程度的降低，但作為鍋爐補給水，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，必須進行深度處理。目前火力發(fā)電廠普遍采用的離子交換處理可以制得純度很高的水。

水的離子交換軟化和除堿

水的離子交換除鹽

離子交換裝置及其運行

再生系統(tǒng)

水的其他除鹽方法Flash第四節(jié)水的離子交換處理水在進行混凝40水的離子交換軟化和除堿

如果經(jīng)預(yù)處理后的清水，僅僅需要除去Ca2+、Mg2+（即軟化），可以采用鈉離子交換法。如果不僅要求除去Ca2+、Mg2+，還要求除去堿度，則采用氫—鈉離子交換法。鈉離子交換法

鈉離子交換過程如下式表示：鈉離子交換劑層中離子分布示意見圖3-9。

水通過一個鈉離子交換器叫一級鈉離子交換，出水殘留硬度可滿足低壓鍋爐要求，如果要求進一步降低殘留硬度，可采用二級鈉離子交換，即將兩個鈉離子交換器串聯(lián)。水的離子交換軟化和除堿如果經(jīng)預(yù)處理后的清41圖3-9鈉離子交換劑層中離子分布示意圖3-9鈉離子交換劑層中離子分布示意42氫—鈉離子交換法

為了彌補鈉離子交換不能除堿的缺點，可以在出水中加酸，如加H2SO4。

生成的CO2由除碳器除去，但這種方法卻增加了水的含鹽量。因此火電廠中更多地采用氫—鈉離子交換的方法。

(1)氫—鈉離子交換原理

當(dāng)采用強酸性H離子交換樹脂時，交換過程為：

Ca(HCO3)2Ca2H2CO32RH+MgCl2R2Mg+2HClNa2SO4Na2H2SO4氫—鈉離子交換法43

因此，H型交換器產(chǎn)生了強酸，并且強酸酸度與進水中強酸陰離子的量相當(dāng)。氫離子交換劑層中離子分布示意見圖3-10。如果我們利用H型交換器出水的強酸中和Na型交換器出水的堿度，生成的CO2用除碳器除去，這樣就達(dá)到軟化和除堿的目的。氫—鈉離子交換系統(tǒng)有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。

(2)并聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)

如圖3-11，該系統(tǒng)進水分別入H型交換器的強酸性出水中和Na型交換器出水的堿度。因此，H型交換器產(chǎn)生了強酸，并且強酸酸44圖3-10

氫離子交換劑層中離子分布示意圖3-10氫離子交換劑層中離子分布示意45圖3-11

并聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)圖3-11并聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)46(3)串聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)

如圖3-12，該系統(tǒng)用H型交換器的出水，中和另一部分原水的堿度，然后進入除碳器除去CO2，最后用泵打入Na型交換器。

除碳器置于Na型交換器之前，是為防止CO2進入Na型交換器，重新生成NaHCO3。與并聯(lián)系統(tǒng)相同的是，串聯(lián)系統(tǒng)也必須調(diào)整進入H型交換器的水量，維持中和后出水一定的殘留堿度。使用弱堿性樹脂的H-Na離子交換系統(tǒng)采用串聯(lián)的方式。(3)串聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)47圖3-12串聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)圖3-12串聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)48除碳器

除碳器的作用是除去CO2。原水中碳酸鹽堿度，經(jīng)過H離子交換，即轉(zhuǎn)化為H2CO3并存在平衡

pH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交換器出水pH較低，使CO2從水中游離，如果我們能降低水面上CO2的分壓，即可使CO2從水中逸出，這就是除碳器的工作原理。常用的鼓風(fēng)式除碳器的結(jié)構(gòu)如圖3-13。除碳器49圖3-13

鼓風(fēng)式除碳器圖3-13鼓風(fēng)式除碳器50電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15751電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15752水的離子交換除鹽

水的離子交換軟化和除堿，一般只適用于高壓以下的鍋爐，隨著高溫高壓鍋爐的迅速發(fā)展，單純的軟化、除堿已不能滿足鍋爐和機組對水質(zhì)的要求和安全運行，而必須把水中的溶解鹽全部除盡。這樣，就發(fā)展了離子交換除鹽工藝。離子交換除鹽原理

水的離子交換除鹽(又叫化學(xué)除鹽)，在火電廠中普遍采用的是：將預(yù)處理后的清水，通過H型陽離子交換器，使陽離子轉(zhuǎn)換成H+，然后通過除碳器除去二氧化碳，再通過OH型陰離子交換器使陰離子轉(zhuǎn)換成OH－，并立即與H+結(jié)合成水。

這樣，就得到含鹽量極低的純水。Flash水的離子交換除鹽水的離子交換軟化和除堿53離子交換樹脂離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)

離子交換樹脂是一類帶有活性基團的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子化合物。在它的分子結(jié)構(gòu)中，可以人為的分為兩個部分：一部分稱為離子交換樹脂的骨架；另一部分時代有可交換離子的活性基團?；钚曰鶊F也由兩部分組成：一是固定部分，二是活動部分。離子交換樹脂的分類

（1）按活性基團的性質(zhì)分類可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。此外，按活性基團的性質(zhì)還可分為鰲合性、兩性以及氧化還原性樹脂（2）按離子交換樹脂的孔型分類

A凝膠型樹脂

B大孔型樹脂（3）按單體種類分類按合成樹脂的單體種類不同，離子交換樹脂還可以分為苯乙烯系，丙烯酸系等離子交換樹脂54離子交換樹脂的命名方法離子交換樹脂產(chǎn)品的型號根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB1631-79《離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號》而制定的。（1）名稱有機合成離子交換樹脂的全名稱，由分類名稱、骨架名稱、基本名稱三部分按順序依次排列組成。(1)分類名稱。按有機合成離子交換樹脂本體的微孔形態(tài)分類，分為凝膠型、大孔型等。(2)骨架名稱。按有機合成離子交換樹脂骨架材料命名，分為苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系等。

(3)基本名稱?；久Q為“離子交換樹脂”。凡屬酸性反應(yīng)的在基本名稱前冠以‘陽”字。凡屬堿性反應(yīng)的在基本名稱前冠以“陰”宇。按有機合成離子交換樹脂的活性基團性質(zhì)，分為強酸性、弱酸性、強堿性、弱堿性、螯合性等，分別在基本名稱前冠以“強酸”．“弱酸”、“強堿”、“弱喊”、“螯合”等字樣。

(4)全名稱舉例。微孔形態(tài)為凝膠型；骨架材料為“苯乙烯-二乙烯苯”共聚體；活性基團為“強酸”性磺酸基團(SO3H)的陽離子交換樹脂，全名稱為“凝膠型苯乙烯系強酸陽離子交換樹脂”。離子交換樹脂的命名方法55（2）型號根據(jù)以上原則，水處理中常用的四種離子交換樹脂全名稱及型號分別是：強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，型號是001*7；強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，型號是201*7；大孔型弱酸性苯稀酸系陽離子交換樹脂，型號是D111、D113；大孔型弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，型號是D301、D302.第四位數(shù)字代表交聯(lián)度（%）聯(lián)結(jié)符號第三位數(shù)字代表順序代號第二位數(shù)字代表骨架代號第一位數(shù)字代表活性基團代號

（2）型號第四位數(shù)字代表交聯(lián)度（%）56離子交換樹脂的合成離子交換樹脂的合成過程一般分為兩個階段：高分子聚合物骨架的制備和在高分子聚合物骨架上引入活性基團的反應(yīng)。即首先將單體（進行高分子聚合的主要原料）制備成球狀顆粒的高分子聚合物，然后在這種高分子聚合物上進行有機高分子反應(yīng)，使之帶上所需要的活性基團。也有一些離子交換樹脂是由已具備活性基團的單體經(jīng)過聚合，或在聚合過程中同時引入活性基團，直接一步制得的。如丙烯酸系樹脂。離子交換樹脂的合成57離子交換樹脂的主要性能物理性質(zhì)

(1)外觀

離子交換樹脂一般均呈球形，是一種透明或半透明的物質(zhì)，依其組成不同顏色各異。

(2)粒度

樹脂顆粒的大小對水處理工藝過程有較大影響。顆粒大，交換速度慢；顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失大。用于水處理的樹脂顆粒粒徑一般為0.3~1.2mm。樹脂裝卸罐離子交換樹脂的主要性能物理性質(zhì)樹脂裝卸罐58電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15759

(3)密度

樹脂的密度有以下幾種表示方法：

①干真密度：干燥狀態(tài)下樹脂本身的密度。②濕真密度：樹脂在水中經(jīng)過充分膨脹后的密度。

③濕視密度：樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度。(3)密度60

(4)孔徑、孔度、孔容和比表面積

孔徑表示微孔的大小孔度是指單位體積離子交換樹脂內(nèi)部孔的容積孔容是指單位質(zhì)量離子交換樹脂內(nèi)部孔的容積。比表面積是指單位質(zhì)量的離子交換樹脂具有的比表面積。一般比表面積越大，越有利于交換。（5）含水率

樹脂的含水率是指單位質(zhì)量的濕樹脂（除去表面的水分）所含水量的百分?jǐn)?shù)。一般在50%左右。對于含有一定活性基團的離子交換樹脂來說，含水率可以反映樹脂的交聯(lián)度和孔隙率的大小。含水率大，就表示孔隙率大，交聯(lián)度低。

(4)孔徑、孔度、孔容和比表面積61（6）溶脹性

將干的離子交換樹脂浸入水中時，其體積變大的現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹性。溶脹：干的離子交換樹脂侵入水中時，其體積會膨脹，這種現(xiàn)象叫溶脹?？赡鏄渲秩胨畜w積增大，干燥縮小離子交換樹脂有兩種溶脹現(xiàn)象不可逆新樹脂浸入水中溶脹后干燥體積不會恢復(fù)到原來當(dāng)樹脂由一種離子型轉(zhuǎn)為另一種離子型時，其體積就會發(fā)生改變，體積改變的百分?jǐn)?shù)稱樹脂轉(zhuǎn)型體積改變率。（6）溶脹性62化學(xué)性能

(1)離子交換反應(yīng)的可逆性

離子交換反應(yīng)的可逆性，使離子交換樹脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。例如當(dāng)以含有硬度的水通過H型離子交換樹脂時，反應(yīng)式為：

(2)酸、堿性

H型陽離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同，在水中有電離出H+和OH–的能力。

(3)中和與水解

離子交換樹脂的中和與水解性能和通常的電解質(zhì)一樣?；瘜W(xué)性能63

如H型離子交換樹脂和堿溶液會進行中和反應(yīng)：水解反應(yīng)如：具有弱酸性或弱堿性基團的離子交換樹脂的鹽型容易水解。

(4)離子交換樹脂的選擇性

離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，這種性能稱為離子交換樹脂的選擇性。

(5)交換容量

離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。有兩種表示法：質(zhì)量表示法(單位質(zhì)量樹脂吸著能力)和體積表示法(單位體積吸著能力)。如H型離子交換樹脂和堿溶液會進行中和反應(yīng)：64

在表示交換容量時，為了統(tǒng)一起見，一般陽離子交換樹脂以Na型為準(zhǔn)(也有以H型為準(zhǔn)的)，陰離子交換樹脂以Cl型為準(zhǔn)。①全交換容量(Q)

此指標(biāo)表示離子交換樹脂中所有活性基團的總量。②工作交換容量(QG)

在交換柱中，模擬水處理實際運行條件下測得的交換容量。③平衡交換容量(QP)

將離子交換樹脂完全再生后，它和一定組成的水溶液作用到平衡狀態(tài)時的交換容量。在表示交換容量時，為了統(tǒng)一起見，一般陽離65離子交換平衡

離子交換也是一種化學(xué)反應(yīng)，存在交換平衡。

RA+B----RB+A+

離子交換選擇系數(shù)為：

KAB=[RB][A+]/[RA][B+]該值>1，有利于交換反應(yīng)的進行。平衡常數(shù)

以H型陽離子交換樹脂與水中Na+進行交換為例，加以討論：

RH+Na+→RNa+H+離子交換平衡66如果此反應(yīng)不伴隨有反應(yīng)物質(zhì)的吸附或解吸等過程，則可得如下平衡常數(shù)式由于K值要受吸附和解吸過程的影響，而且還因離子交換樹脂相中的離子活度系數(shù)現(xiàn)在還無法測定。如果此反應(yīng)不伴隨有反應(yīng)物質(zhì)的吸附或解吸等過程，則可得如下平衡67選擇性系數(shù)這里，用來代表，它稱為選擇性系數(shù)。此系數(shù)只表示離子交換平衡時，各種離子間一種量的關(guān)系，沒有更多的物理化學(xué)意義。選擇性系數(shù)可以進行換算：1.等價離子KAB=KACKBC2.不等價離子KAB=KAC（KBC）2A——2價B、C——1價選擇性系數(shù)68選擇性順序在離子交換水處理的實際應(yīng)用中，我們常常需要知道在許多離子的混合液中哪一種離子易被吸取，哪一種離子較難被吸取的次序，即所謂選擇性順序。此種性能與它們呈離子交換平衡時的相對量有關(guān)。對于陽離子交換來說，此種順序的規(guī)律性比較明顯。在稀溶液中．強酸性陽樹脂對常見陽離子的選擇性順序如下：

選擇性順序69可以歸納為兩個規(guī)律：離子所帶電荷量愈大，愈易被吸取；當(dāng)離子所帶電荷量相同時，離于水合半徑較小的易被吸取。對于弱酸性陽樹脂，H+的位置向前移動．例如羧酸型樹脂對H+的選擇性居于Fe3+之前。在濃溶液中，選樣性順序有一些不同，某些低價離子會居于高價離子之前。至于陰離子交換的選擇性順序，情況要比陽離子交換復(fù)雜。通過研究得知，在淡水的離子交換除鹽處理系統(tǒng)中．即進水是稀酸溶液時，強堿性O(shè)H型陰樹脂對陰離子的選擇性順序為：可以歸納為兩個規(guī)律：離子所帶電荷量愈大，愈易被吸取；當(dāng)離子所70當(dāng)OH離子交換樹脂失效后，用堿進行再生時，即對于進水是濃堿溶液、陰離子的選擇性順序為：據(jù)此，可以推知，強堿性O(shè)H型陰樹脂對于水中常見陰離子的吸著順序，遵循以下三條規(guī)律：

(1)在強弱酸混合的溶液中，易吸取強酸的陰離子。

(2)濃溶液與稀溶液相比，前者利于低價離子被吸取，后者利于高價離子被吸取。(3)在濃度和價數(shù)等條件相同的情況下，選擇性系數(shù)大的易被吸取。當(dāng)OH離子交換樹脂失效后，用堿進行再生時，即對于進水是濃堿溶71離子交換劑性能對比1．強酸性陽離子交換劑，對水中陽離子選擇順序：

Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+2.弱酸性陽離子交換劑，對水中陽離子的選擇順序： H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+從上述選擇順序來看，強酸性陽離子交換劑對H+的吸著力不強；而弱酸性陽離子交換劑則容易吸著H+。所以，實際應(yīng)用中，用酸再生弱酸性陽離子交換劑比再生強酸性陽離子交換劑要容易得多。3.強堿性陰離子交換劑，對水中陰離子的選擇順序：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3-4.弱堿性陰離子交換劑，對水中陰離子的選擇順序：

OH->SO42->NO3->Cl->HCO3-

從陰離子交換劑的選擇性來看，用堿再生弱堿性陰離子交換劑比再生強堿性陰離子交換劑容易。但是弱堿性陰離子交換劑吸著HSiO3-很弱甚至不吸著。因此，弱堿性陰離子交換劑用于除掉水中強酸根離子。離子交換劑性能對比1．強酸性陽離子交換劑，對水中陽離子選擇順72離子交換除鹽系統(tǒng)一級復(fù)床除鹽

將預(yù)處理后的清水，一次順序通過H型和OH型交換器的系統(tǒng)叫一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)，如圖3-14。

一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)的運行監(jiān)督，是分別監(jiān)督H型和OH型交換器的出水?；旌洗渤}

混合床是在一個交換器內(nèi)，把已再生好的H型和OH型離子交換樹脂按一定比例混合均勻，所以混床就相當(dāng)于一個多級復(fù)床。混床的優(yōu)勢在于水的陽、陰離子交換是交錯進行，出水水質(zhì)好而且水質(zhì)穩(wěn)定；由于交換未期，出水電導(dǎo)率上升很快，終點容易判斷；運行周期也較長。缺點是樹脂的損耗大；再生操作比較復(fù)雜。離子交換除鹽系統(tǒng)73圖3-14

一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)圖3-14一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)74常見的化學(xué)除鹽主系統(tǒng)及其選擇

采用陽、陰離子交換器組成主系統(tǒng)時，通常參照下面的原則：

(1)第一個交換器應(yīng)是H型交換器。

(2)弱酸性陽樹脂；適用于處理堿度大或碳酸鹽硬度大的水。

(3)弱堿性陰樹脂；是用于處理強酸陰離子含量大的水。

(4)除硅必須采用強堿性陰樹脂。

(5)水質(zhì)要求高時應(yīng)設(shè)混床。

(6)除碳器應(yīng)置于強堿性陰樹脂之前，以保證除硅效果。常見的化學(xué)除鹽主系統(tǒng)及其選擇75離子交換裝置及其運行

離子交換裝置按運行方式不同可分為固定床和連續(xù)床。固定床離子交換裝置

固定床離子交換是把離子交換樹脂固定在一個裝置(稱固定床)中，水流經(jīng)樹脂完成交換過程。完成離子交換過程的設(shè)備，叫做離子交換器。

固定床離子交換，按其再生方式不同，可分為順流再生和逆流再生固定床。

(1)順流再生床

順流再生是指運行時水流方向和再生液流動方向一致，通常都是自上而下的。離子交換裝置及其運行離子交換裝置按運76離子交換單元裝置陰、陽離子交換柱混合離子交換柱固定式固定式移動式流動式移動式順流再生固定床逆流再生固定雙層床二塔式移動床三塔式移動床流動床體內(nèi)再生混合床陰樹脂再生混合床體外再生混合床移動式混合床浮動床雙室雙層流動床離子交換陰、陽離子混合離子固定式固定式移動式流動式移動式順流77圖3-10順流再生離子交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-進水裝置；2-再生液分配裝置；3-樹脂層；4-排水裝置圖3-10順流再生離子交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)78圖3-11順流再生離子交換器的管路系統(tǒng)圖3-11順流再生離子交換器的管路系統(tǒng)79圖3-12逆流再生離子交換器結(jié)構(gòu)

1-進水裝置；2-中間排液裝置；3-排水裝置；4-壓脂層；5-樹脂層；圖3-12逆流再生離子交換器結(jié)構(gòu)80

圖3-13氣頂壓逆流再生離子交換器管道系統(tǒng)

圖3-13氣頂壓逆流再生離子交換器管道系統(tǒng)

81圖3-14逆流再生裝置操作過程示意（a）小反洗；(b)放水；(c)頂壓；(d)進再生液；(e)逆流清洗；(f)小正洗；(g)正洗圖3-14逆流再生裝置操作過程示意82圖3-15浮動床本體結(jié)構(gòu)示意1-頂部出水裝置；2-惰性樹脂層；3-樹脂層；4-水墊層；5-下部進水裝置；6-倒U型排液管圖3-15浮動床本體結(jié)構(gòu)示意1-頂部出水裝置；2-惰性樹脂83圖3-16浮動床管路系統(tǒng)圖3-16浮動床管路系統(tǒng)84為防止床或落床時樹脂層亂層，浮動床內(nèi)樹脂基本上是裝滿水的，水墊層很薄。水墊層的作用：一是作為樹脂層體積變化時的緩沖高度；二是使水流和再生液分配均勻。水墊層不宜過厚，否則在成床或落床時，樹脂會亂層，這是浮動床最忌諱的；若水墊層厚度不足，則樹脂層體積增大時會因為沒有足夠的緩沖高度，而使樹脂受壓、擠碎以及水流阻力增大。合理的水墊層厚度，應(yīng)是樹脂在最大體積（水壓實）狀態(tài)下，以0~50mm為宜。為防止床或落床時樹脂層亂層，浮動床內(nèi)樹脂基本上是裝滿水的，水85①離子交換器結(jié)構(gòu)

交換器是一個密封的圓柱體，設(shè)有進水裝置，進再生液裝置、排水裝置，裝有一定高度的離子交換樹脂。進再生液裝置示意見圖3-15。②交換器的運行

交換器的運行可分為反洗、再生、正洗、交換四個步驟。

反洗：用水在與進水相反的方向上通過交換劑層，使交換劑層松動，清除由于過濾作用而截留在交換劑上的雜質(zhì)。

再生：使失效的交換劑恢復(fù)交換能力。①離子交換器結(jié)構(gòu)86圖3-15

進再生液裝置示意圖圖3-15進再生液裝置示意圖87電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15788電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15789電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15790電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(15791

正洗：清除再生過程中滯留于交換劑層中的再生產(chǎn)物和過剩再生劑。交換：清洗合格后，交換器即可投入運行。

(2)逆流再生固定床

逆流再生屬對流式，即運行時進水和再生時進再生劑的方向相對進行的水處理工藝。

①逆流再生原理

逆流再生時，再生劑自下而上，首先接觸的是失效程度最小，又易于再生的Na型樹脂，因此底層樹脂再生程度較高。另外，下層樹脂的再生產(chǎn)物Na+在上升過程中，對上層樹脂中的Ca、Mg有一定的交換能力，使再生劑的利用率提高。正洗：清除再生過程中滯留于交換劑層中的92

這樣，盡管上層樹脂再生程度差一些，但接觸的是含鹽量較大的進水，仍可較好地交換。而下層樹脂再生徹底，將保證出水水質(zhì)。因此，逆流再生是一種較理想的再生方式，已在電廠廣泛采用。

②交換器的結(jié)構(gòu)及運行

逆流再生離子交換器見圖3-16。它和順流再生固定床的主要區(qū)別在于：在交換劑的表面設(shè)有中間排液裝置。逆流再生操作示意見圖3-17。

小反洗：進水反洗樹脂壓實層，清除壓實層和中間排液裝置上的污物，至出水澄清。

放水：小反洗后放掉中間排液裝置上部的水。這樣，盡管上層樹脂再生程度差一些，但接觸的93圖3-16

逆流再生離子交換器圖3-16逆流再生離子交換器94圖3-17

逆流再生操作示意圖3-17逆流再生操作示意95

頂壓：放水后進壓縮空氣頂壓以防亂層。進再生劑：在頂壓情況下進再生劑。逆流沖洗：以進再生劑相同流速，自下而上進純水沖洗殘留廢液和再生產(chǎn)物至出水合格。小反洗：進水反洗樹脂壓實層中殘留再生劑。正洗：用水自上而下沖洗，至出水合格后轉(zhuǎn)入正常運行。

(3)浮動床

浮動床是對流再生技術(shù)的一種形式。浮動床工作過程示意見圖3-18。

浮動床本體是鋼制圓筒和上下封頭，內(nèi)部裝有上、下分配裝置，床層和水墊層。頂壓：放水后進壓縮空氣頂壓以防亂層。96圖3-18

浮動床工作示意圖3-18浮動床工作示意972.運行浮動床的運行過程為：制水→落床→進再生液→置換→下流清洗→成床、上流清洗，再轉(zhuǎn)入制水。上述過程構(gòu)成一個運行周期。（1）落床。當(dāng)運行至出水水質(zhì)達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)時，停止制水，靠樹脂本身重力從下部起逐層下落，在這一過程中同時還可以起到疏松樹脂層、排除氣泡的作用。（2）進再生液。一般采用水射器輸送。先啟動再生專用水泵（也稱自用水泵），調(diào)整再生流速；再開啟再生計量箱出口門，調(diào)整再生液濃度，進行再生。（3）置換。待再生液進完后，關(guān)閉計量箱出口門，繼續(xù)按再生流速和流向進行置換，置換水量約為樹脂體積的1.5~2倍。（4）下流清洗。置換結(jié)束后，開清洗水門，調(diào)整流速至10~15m/h進行下流清洗，一般需15~30min。（5）成床、上流清洗。用進水以20~30m/h的較高流速將樹脂層托起，并進行上流清洗，直至出水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時，即可轉(zhuǎn)入制水。2.運行98為防止床或落床時樹脂層亂層，浮動床內(nèi)樹脂基本上是裝滿水的，水墊層很薄。水墊層的作用：一是作為樹脂層體積變化時的緩沖高度；二是使水流和再生液分配均勻。水墊層不宜過厚，否則在成床或落床時，樹脂會亂層，這是浮動床最忌諱的；若水墊層厚度不足，則樹脂層體積增大時會因為沒有足夠的緩沖高度，而使樹脂受壓、擠碎以及水流阻力增大。合理的水墊層厚度，應(yīng)是樹脂在最大體積（水壓實）狀態(tài)下，以0~50mm為宜。為防止床或落床時樹脂層亂層，浮動床內(nèi)樹脂基本上是裝滿水的，水99圖3-17混合床兩步再生法示意圖(a)陰樹脂再生；(b)陰樹脂清洗；(c)陽樹脂再生，陰樹脂清洗；(d)陰、陽樹脂各自清洗；(e)正洗圖3-17混合床兩步再生法示意圖100（四）混合床運行的特點（1）出水水質(zhì)優(yōu)良。用強酸性和強堿性樹脂組成的混床，其出水殘留的含鹽量在1.0mg/L以下，電導(dǎo)率在0.2μS/cm以下，殘留的SiO2在20μg/L以下，pH值接近中性。（2）出水水質(zhì)穩(wěn)定?；旌洗步?jīng)再生清洗后開始制水時，出水電導(dǎo)率下降極快，這是由于在樹脂中殘留的再生劑和再生產(chǎn)物，可立即被混合后的樹脂交換?；旌洗苍诠ぷ鳁l件有變化時，一般對出水水質(zhì)影響不大。（3）間斷運行對出水水質(zhì)影響較小。無論是混床或是復(fù)床，當(dāng)停止制水后再投入時，開始的出水水質(zhì)都會下降，要經(jīng)短時間后才能恢復(fù)到原來的水平。但恢復(fù)到正常所需的時間，混床只要3~5min，而復(fù)床則需要10min以上。（4）終點明顯?；齑苍谶\行末期失效前，出水電導(dǎo)率上升很快，這有利于運行監(jiān)督。（5）混床設(shè)備較少?；齑苍O(shè)備比復(fù)床少，且布置集中。主要缺點：①樹脂交換容量的利用率低；②樹脂損耗大；③再生操作復(fù)雜，需要的時間長；④為保證出水水質(zhì)，常需投入較多的再生劑（四）混合床運行的特點101（四）運行監(jiān)督1.流量和進出口壓力差交換器應(yīng)在規(guī)定的流速范圍內(nèi)運行，流量大意味著流速高。交換器進出口壓力差主要是由水通過樹脂層的壓力損失所決定的，水流速度越高、水溫越低或樹脂層越厚，則水通過樹脂層的壓力損失越大。在正常情況下，進出口壓力差是有一定規(guī)律的。當(dāng)進出口壓力差有不正常升高時，則往往是樹脂層積污過多、進氣或析出沉淀（如硫酸再生時析出CaSO4）等不正常情況發(fā)生。2.進水水質(zhì)進水中懸浮物應(yīng)盡可能在水的預(yù)處理中清除干凈，進入除鹽系統(tǒng)的水，其濁度應(yīng)<5mg/L（當(dāng)H交換器為順流再生時）或<2mg/L(當(dāng)H交換器為對流再生時)。此外，為了防止離子交換樹脂氧化和被污染，還應(yīng)滿足以下一些條件：游離氯含量應(yīng)在0.1mg/L以下，F(xiàn)e含量應(yīng)在0.3mg/L以下，高錳酸鉀耗氧量應(yīng)在2mg/L以下。（四）運行監(jiān)督1023.出水水質(zhì)一般情況下強酸H交換器的出水中不會有硬度，僅有微量Na+。當(dāng)交換器近失效時，出水中Na+濃度增加，同時H+濃度降低，并因此出現(xiàn)水酸度和電導(dǎo)率下降以及pH上升。因此，對出水Na+進行監(jiān)督。3.出水水質(zhì)103為了防止用H2SO4再生時在樹脂層中析出CaSO4沉淀可以采用以下再生方式：（1）用低濃度的H2SO4

溶液進行再生。再生溶液濃度通常為0.5%~2.0%，這種方法比較簡單，但要用大量稀的H2SO4

，再生時間長、自用水量大，再生效果也差。為了防止用H2SO4再生時在樹脂層中析出CaSO4沉淀可以采104（2）分步再生。先用低濃度的H2SO4

溶液以高流速通過交換液，然后用較高濃度的H2SO4

溶液以較低的流速通過交換器。先用低濃度的目的是降低再生液中CaSO4

的過飽和度，使它不易析出；先采用高流速的原因是因為CaSO4

從過飽和到析出需要經(jīng)過一段時間，故加快流速可以防止CaSO4

沉淀在樹脂層中的析出。分步再生可分為二步法、三步法、四步法。此外，也可采用將H2SO4

濃度不斷增大的辦法，以達(dá)到先稀后濃的目的。相對來說，由于HCl再生時不會有沉淀物析出，所以操作比較簡單。再生濃度一般為2%~4%，再生流速一般為5m/h左右。（2）分步再生。先用低濃度的H2SO4溶液以高流速通過交換105

浮動床的操作過程分落床、再生、置換和正洗、成床和順洗、運行五個步驟。

體外清洗是浮動床的明顯缺點。

(4)混合床

混合床是將再生后的陽、陰離子交換樹脂放在同一個交換器中并混合均勻。

混床的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意見圖3-19。混床的運行分反洗分層、再生、混合、正洗和交換五個步驟，其中反洗分層是運行操作的關(guān)鍵?；齑矁刹椒ㄔ偕疽庖妶D3-20。浮動床的操作過程分落床、再生、置換和正106圖3-19

混床結(jié)構(gòu)示意圖3-19混床結(jié)構(gòu)示意107圖3-20

混床兩步法再生示意圖3-20混床兩步法再生示意108電廠鍋爐補給水處理技術(shù)培訓(xùn)課件實用(157109連續(xù)床離子交換裝置

連續(xù)床離子交換裝置可分為移動床和流動床兩類。固定床離子交換技術(shù)有兩個明顯缺陷：第一，固定床設(shè)備體積較大，樹脂用量多；第二，固定床運行是周期性的，不能連續(xù)供水。移動床內(nèi)樹脂層是不斷移動的，它定期排出一部分失效樹脂，同時又補充等量再生好的樹脂。

三塔式移動床是典型的移動床，見圖3-21。流動床運行是完全連續(xù)的，但樹脂磨損大，再生劑耗量也大，而且出水水質(zhì)受進水水質(zhì)影響較大，因此目前應(yīng)用很少。連續(xù)床離子交換裝置110圖3-21

三塔式移動床圖3-21三塔式移動床111

總之，各種類型的交換器，各有其特點。從實踐看，應(yīng)用最普遍的仍屬固定床，并且可制得純度很高的水，連續(xù)床適用于軟化處理，當(dāng)供水量不大，對水質(zhì)要求又不太高時，移動床是可行的。流動床應(yīng)用很少?？傊?，各種類型的交換器，各有其特點。112再生系統(tǒng)

再生系統(tǒng)包括再生劑的貯存、溶解、計量、配置和輸送。再生劑有食鹽、鹽酸、硫酸、燒堿等?，F(xiàn)簡單介紹鹽酸和燒堿的再生系統(tǒng)。鹽酸配制和輸送系統(tǒng)

鹽酸配制、輸送系統(tǒng)見圖3-22。該系統(tǒng)是將貯酸池或汽車來酸用酸泵打入高位貯槽，然后依靠重力自動流入計量箱，再生時用噴射器按所需濃度打入系統(tǒng)。堿液配制和輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)和圖3-22類似。再生系統(tǒng)再生系統(tǒng)包括再生劑的貯存、113圖3-22

鹽酸配制、輸送系統(tǒng)圖3-22鹽酸配制、輸送系統(tǒng)114水的其他除鹽方法蒸餾法

蒸餾法是利用汽輪機抽汽(稱一次蒸汽)，在蒸發(fā)器的熱交換器中將水加熱蒸發(fā)成蒸汽(稱二次蒸汽)，然后在凝結(jié)器中冷凝成蒸餾水。常用立式表面沸騰蒸發(fā)器的蒸汽形成示意如圖3-23。用蒸發(fā)器制取鍋爐補給水一般用于：水源的水質(zhì)太差而鍋爐補給水量又不大的電廠。電滲析電滲析是一種膜分離技術(shù)，電滲析原理見圖3-24。水的其他除鹽方法蒸餾法115

電滲析一般用于處理高含鹽量的水，如海水的淡化，而不適宜制備高純水，并且進入電滲析槽的原水往往需要預(yù)處理。因此，電廠中若用于制備鍋爐補給水，必須繼續(xù)進行離子交換除鹽。電滲析一般用于處理高含鹽量的水，如海水116圖3-23

立式表面沸騰蒸發(fā)器蒸汽形成示意圖3-23立式表面沸騰蒸發(fā)器蒸汽形成示意117圖3-24

電滲析原理圖圖3-24電滲析原理圖118第四節(jié)凝結(jié)水的凈化處理

火電廠中，凝結(jié)水包括汽輪機凝結(jié)水，熱力系統(tǒng)的各種疏水，用戶的生產(chǎn)、生活返回凝結(jié)水等，它是鍋爐給水的主要組成部分。凝結(jié)水的凈化處理，一般是指汽輪機凝結(jié)水的處理。

凝結(jié)水的污染

凝結(jié)水凈化處理

凝結(jié)水凈化系統(tǒng)第四節(jié)凝結(jié)水的凈化處理火電廠中，凝結(jié)119凝結(jié)水的污染

凝結(jié)水是給水中量最大，也是最優(yōu)良的部分，水質(zhì)應(yīng)該是極純的。但是，由于以下幾方面的原因，造成凝結(jié)水的污染。凝汽器漏水

凝汽器的汽空間是負(fù)壓運行的，凝汽器漏水是指冷卻水漏入汽空間，包括滲漏和泄漏。凝汽器漏水總是存在的。這樣，冷卻水中的雜質(zhì)就會進入凝結(jié)水中。由于凝結(jié)水是極純的，即使泄漏量很少，也會給機組帶來很大危害。凝結(jié)水的污染凝結(jié)水是給水中量最大，也是120金屬腐蝕產(chǎn)物

凝結(jié)水系統(tǒng)的設(shè)備、管路由于被腐蝕，使凝結(jié)水帶有金屬腐蝕產(chǎn)物而被污染。這些產(chǎn)物主要是鐵和銅的化合物，例如Fe2O3、Fe3O4等等，通常以懸浮物或膠態(tài)存在。這樣，凝結(jié)水污染主要的雜質(zhì)為各種溶解鹽類、硅化合物、有機物以及懸浮態(tài)、膠態(tài)的金屬腐蝕產(chǎn)物等等。金屬腐蝕產(chǎn)物121凝結(jié)水凈化處理

凝結(jié)水的凈化處理，一般首先進行過濾以除去水中的懸浮物和膠態(tài)金屬腐蝕產(chǎn)物，然后利用離子交換除鹽。凝結(jié)水的過濾

由于凝結(jié)水要過濾的是極小粒徑懸浮態(tài)和膠態(tài)金屬腐蝕產(chǎn)物，能穿過普通的粒狀濾料過濾層，因此，應(yīng)采用極細(xì)的粉狀濾料或微孔過濾法，也可利用鐵的腐蝕產(chǎn)物的磁性過濾。

(1)覆蓋過濾器覆蓋過濾器結(jié)構(gòu)示意見圖3-25。凝結(jié)水凈化處理凝結(jié)水的凈化處理，一般首122圖3-25

覆蓋過濾器結(jié)構(gòu)示意圖圖3-25覆蓋過濾器結(jié)構(gòu)示意圖123

覆蓋過濾器的運行分鋪膜、過濾、去膜三個步驟。

鋪膜：將帶有濾料的水通過濾元，使濾料在濾元外側(cè)形成濾膜。

(2)電磁過濾器

由于凝結(jié)水中鐵的腐蝕產(chǎn)物主要是磁性氧化鐵，而且高溫下Fe2O3又可轉(zhuǎn)化為Fe3O4，因此可以利用磁力清除凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物。電磁過濾器結(jié)構(gòu)示意見圖3-26。

電磁過濾器，由于設(shè)備小、效率高，不消耗化學(xué)藥品，又能在高溫下工作，除鐵效果好，因此應(yīng)用廣泛。覆蓋過濾器的運行分鋪膜、過濾、去膜三個124圖3-26

電磁過濾器結(jié)構(gòu)示意圖圖3-26電磁過濾器結(jié)構(gòu)示意圖125凝結(jié)水的除鹽

在前置過濾除去水中的懸浮物和膠態(tài)雜質(zhì)后，凝結(jié)水的除鹽普遍采用混床。由于凝結(jié)水量大、含鹽量低，這種混床不同于一般混床，它的流速很高，一般在80m/h以上，采用體外再生技術(shù)，不設(shè)置中間排液裝置，但設(shè)有排樹脂裝置以排盡罐體中的樹脂。這種高速混床也叫做H-OH型混床。凝結(jié)水的除鹽126凝結(jié)水凈化系統(tǒng)

凝結(jié)水凈化系統(tǒng)是指凝結(jié)水的除懸浮物和除鹽相結(jié)合的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)可分為兩大類：一類是有前置過濾器的系統(tǒng)，一類是無前置過濾器的系統(tǒng)。前者如凝結(jié)水直接進入覆蓋過濾器或直接進入高速混床的系統(tǒng)。后者采用前置過濾+混床形式?？蛇x擇的過濾器有覆蓋過濾器、電磁過濾器、微孔過濾器、氫型陽床等等。

總之，凝結(jié)水的凈化用于對水質(zhì)要求很高的直流鍋爐和亞臨界參數(shù)汽包鍋爐。凝結(jié)水凈化系統(tǒng)凝結(jié)水凈化系統(tǒng)是指凝結(jié)水127第五節(jié)鍋內(nèi)處理

在汽包鍋爐的水汽系統(tǒng)中，由汽包下降管下聯(lián)箱水冷壁(上聯(lián)箱)汽包，稱為水循環(huán)系統(tǒng)。圖3-27所示為有中間再熱器的汽包鍋爐水汽循環(huán)系統(tǒng)示意圖。水垢和水渣

(1)水垢和水渣的特性

一般電廠鍋爐的水汽系統(tǒng)中，水垢主要是Fe、Cu的氧化物。水渣的組成也很復(fù)雜，主要由Ca、Mg的難溶化合物組成，主要危害是影響蒸汽品質(zhì)。第五節(jié)鍋內(nèi)處理在汽包鍋爐的水汽系統(tǒng)中，128圖3-27

帶有中間再熱器的汽包鍋爐水汽循環(huán)系統(tǒng)示意圖圖3-27帶有中間再熱器的汽包鍋爐水汽循環(huán)系統(tǒng)示意圖129(2)水垢的形成及其防止

水垢按其主要成分可分為：鈣鎂水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢、銅垢等等。防止水垢的形成，應(yīng)加強對鍋爐補給水的處理。防止凝汽器的泄漏，對高參數(shù)機組應(yīng)對凝結(jié)水進行凈化處理。此外還要防止熱力系統(tǒng)的腐蝕，并進行必要的鍋內(nèi)處理。

各種水垢的定性鑒別見表3-2。(2)水垢的形成及其防止130表3-2

各種水垢的定性鑒別水垢種類外觀鑒別方法碳酸鹽水垢白色加5%鹽酸大部分溶解，生成大量氣泡硫酸鹽水垢白色或黃色

加5%鹽酸可緩慢溶解，再加10%氯化鋇溶液，生成大量白色沉淀硅酸鹽水垢灰色或灰白色

在5%熱鹽酸中可緩慢溶解，但殘留有砂粒狀或透明狀物質(zhì)，加碳酸鈉后在800℃時熔融，也可溶于氫氟酸油垢黑色加乙醚后，乙醚液呈淺黃色鐵垢棕褐色加5%鹽酸溶解后，酸液呈黃色表3-2各種水垢的定性鑒別水垢種類外觀鑒別方法碳酸鹽水131鍋爐水的處理

鍋爐水的處理，是為了防止從水處理設(shè)備穿透過去的和由凝汽器漏入的各種雜質(zhì)產(chǎn)生的結(jié)垢和腐蝕。通常加入磷酸鹽，如Na2PO4·12H2O等以防止結(jié)垢，這叫磷酸鹽處理。如果磷酸鹽處理不僅要求防垢，還要求防止堿性腐蝕，這叫協(xié)調(diào)pH-磷酸鹽處理。磷酸鹽處理

磷酸鹽處理是使?fàn)t水維持一定濃度的，目的在于防垢。

在沸騰的爐水中加入磷酸鹽，由于爐水堿性很強(pH=9~11)，發(fā)生如下反應(yīng)：鍋爐水的處理鍋爐水的處理，是為了防止從水處理設(shè)備132

生成的堿式磷酸鈣是一種松軟的水渣，可以隨鍋爐排污除去，而且不會粘附形成二次水垢。由于堿式碳酸鈣的溶度積很小，當(dāng)爐水中維持一定濃度的時，使Ca2+濃度很小，不會生成硫酸鈣、硅酸鈣等水垢。另外，在堿性很高的沸騰爐水中，少量的Mg2+和還會發(fā)生下述反應(yīng)：

生成的蛇紋石呈水渣狀，亦可隨鍋爐排污除去。因此，磷酸鹽處理可以除去Ca2+、Mg2+。

133協(xié)調(diào)pH—磷酸鹽處理

單獨的Na3PO4處理，在鍋爐負(fù)荷變化時，可能產(chǎn)生易溶鹽暫時消失現(xiàn)象，在爐管管壁附近產(chǎn)生游離NaOH。這是因為下述反應(yīng)：這樣，為消除游離NaOH，避免堿性腐蝕，應(yīng)控制爐水pH；同時又要維持一定濃度以防止結(jié)垢，在生產(chǎn)上采用加入Na2HPO4或NaH2PO3的方法處理，這就是協(xié)調(diào)pH—磷酸鹽處理。超高壓鍋爐水協(xié)調(diào)pH—磷酸鹽處理控制圖見圖3-28。協(xié)調(diào)pH—磷酸鹽處理134圖3-28

超高壓鍋爐水協(xié)調(diào)pH-磷酸鹽處理控制圖圖3-28超高壓鍋爐水協(xié)調(diào)pH-磷酸鹽處理控制圖135汽包鍋爐的蒸汽污染及防止

實踐證明，從汽包出來的蒸汽總是帶有少量雜質(zhì)的，這些雜質(zhì)主要是鈉鹽、硅酸、二氧化碳、氨和氫。蒸汽污染通常是指蒸汽中含有鈉鹽和硅酸，它們的危害主要是在過熱器和汽輪機中積鹽。飽和蒸汽的污染

飽和蒸汽的污染主要來自蒸汽的機械攜帶和溶解攜帶。

(1)機械攜帶

又叫蒸汽帶水，是指從汽包送出的飽和蒸汽，常夾帶一部分爐水水滴，爐水中的雜質(zhì)以水溶液的狀態(tài)進入蒸汽的現(xiàn)象。汽包鍋爐的蒸汽污染及防止實踐證明，從汽包出來的蒸136

(2)溶解攜帶

是指飽和蒸汽因溶解作用而攜帶爐水中某種物質(zhì)的現(xiàn)象。過熱器、汽輪機的積鹽

飽和蒸汽中攜帶雜質(zhì)的危害，是雜質(zhì)在過熱器和汽輪機的沉積，這就是積鹽。

(1)過熱器的積鹽在過熱器中，如果飽和蒸汽中攜帶的某種鹽類的量，超過過熱蒸汽中該鹽類的溶解度，該物質(zhì)就會在過熱器中沉積(積鹽)；相反，則被過熱蒸汽帶往汽輪機。(2)溶解攜帶137

(2)汽輪機的積鹽

在汽輪機中，由于蒸汽做功，溫度、壓力逐漸降低，過熱蒸汽所攜帶的雜質(zhì)溶解度也逐漸降低。當(dāng)溶解度降低到低于該物質(zhì)在過熱蒸汽中攜帶量時，該雜質(zhì)就會在汽輪機蒸汽流通部位沉積下來，這種現(xiàn)象叫做汽輪機的積鹽。

汽輪機的積鹽，降低汽輪機的出力，影響汽輪機的安全、經(jīng)濟運行。過熱器的積鹽是易溶的鈉鹽，通常采用除鹽水水洗的方法清除。汽輪機的積鹽，通常采用濕蒸汽清洗的方法清除。因此，設(shè)法改善蒸汽品質(zhì)十分重要。(2)汽輪機的積鹽138改善蒸汽品質(zhì)的方法

獲得清潔蒸汽的主要途徑首先是提高鍋爐給水的水質(zhì)；其次是盡量減少蒸汽的機械攜帶和溶解攜帶。

(1)減少進入鍋爐水的雜質(zhì)應(yīng)采取措施保證優(yōu)良的給水水質(zhì)。

(2)調(diào)整鍋爐運行工況和進行鍋爐排污鍋爐的運行工況主要是注意負(fù)荷的變化，避免由于負(fù)荷變化引起蒸汽流速過快和汽包水位的波動。鍋爐排污有連續(xù)排污和定期排污兩種方式。改善蒸汽品質(zhì)的方法139

(3)汽包內(nèi)部裝置

為保證獲得清潔蒸汽，汽包內(nèi)設(shè)置了汽水分離裝置、蒸汽清洗裝置以及分段蒸發(fā)裝置等等。①汽水分離裝置