火电厂水处理作用及水的预处理课件.ppt

第三章火力发电厂水处理 本章介绍了火力发电厂水汽循环系统及水处理的重要性 性 重点讨论了制备锅炉补给水的预处理和离子交换原理 简要介绍了凝结水的净化处理 锅炉水的处理原理和技术 循环冷却水系统的处理原理和工艺 第一节火力发电厂水处理的作用 一 火力发电厂水汽循环系统 凝气和凝气兼供热两种 过热蒸汽 原水 补给水 凝结水 冷却水 冷却水水 排汽 1 10 8 11 2 4 12 7 2 3 给水 6 9 5 1 锅炉 2 汽轮机 3 发电机 4 凝汽器 5 凝结水泵 6 凝结水精处理设备7 低压加热器 8 除氧器 9 给水泵 10 高压加热器 11 补给水处理设备12 冷却水泵凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程 过热蒸汽 原水 补给水 凝结水 冷却水 冷却水水 排汽 1 10 8 11 2 4 12 7 2 3 给水 6 9 5 供热用户 冷凝水 13 14 1 锅炉 2 汽轮机 3 发电机 4 凝汽器 5 凝结水泵 6 凝结水精处理设备7 低压加热器 8 除氧器 9 给水泵 10 高压加热器 11 补给水处理设备12 冷却水泵13 返回凝结水箱14 返回水泵凝汽兼供热式发电厂水汽循环系统主要流程 1 火电厂水的作用 电厂血液 水汽循环是封密的 冷却介质 2 火力发电厂的水汽损失电厂的汽水损失分为内部损失和外部损失两部分 1 电厂内部损失 主机和辅机的自用蒸汽消耗 如锅炉受热面的吹灰 重油加热用汽 重油油轮的雾化蒸汽 汽轮机启动抽汽器 轴封外漏蒸汽等 热力设备 管道及其附件连接处的不严所造成的汽水泄漏 热力设备在检修和停运时的放汽和放水等 经常性和暂时性的汽水损失 如锅炉连续排污 定排罐开口水箱的蒸发 除氧器的排汽 锅炉安全门动作 以及化学监督所需的汽水取样等 热力设备启动时用汽或排汽 如锅炉启动时的排汽 主蒸汽管道和汽轮机启动时的暖管 暖机等 2 发电厂的外部损失发电厂外部损失的大小与热用户的工艺过程有关 它的数量取决于蒸汽凝结水是否可以返回电厂 以及使用汽水的热用户的汽水污染情况 为维持正常水汽循环 系统需要 补给水 补给水是经过处理 去除有害杂质后 从除氧器处补入系统的 正常情况下 凝汽式发电厂的补给水量不超过锅炉额定蒸发量的2 4 水在火电厂水 汽循环系统中的流程和作用不同 其水质常有较大差别 因此 水的名称也不同 1 生水 原水 未经任何处理的天然水 是各种用水的来源 2 补给水按净化处理方法的不同 又可分为软化水 蒸馏水和除盐水等 3 凝结水在汽轮机中作功后的蒸汽经凝汽器冷凝成的水 4 疏水各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结水 经疏水器汇集到疏水箱或并入凝结水系统 3 火电厂中水的名称 5 返回 凝结 水热电厂向用户供热后 回收的蒸汽冷凝水 有热网加热器冷凝水和生产返回冷凝水之分 6 给水 送进锅炉的水 包括 凝结水 补给水 各种疏水甚或返回水 热电厂 7 锅炉水在锅炉本体蒸发系统中流动着的水 简称炉水 8 冷却水作为冷却介质的水 主要指通过凝汽器冷却汽轮机排汽的水 水汽质量好坏直接影响到热力设备的安全 经济运行 汽水质量不良会引起热力设备结垢 腐蚀 积盐等危害 1 热力设备结垢水质不良 使热力设备的受热面上生成一些固体附着物 水垢 危害 a安全性降低 壁温 强度 壁面局部变形 起包 爆管 b经济性下降 锅炉受热面上结有1mm厚水垢 燃料多消耗3 5 2 0 凝汽器结垢 真空度降低 机组热效率和出力下降 加热器结垢 水的加热温度达不到设计值 结垢后的清洗 需要停机 并增加检修工作量和费用 二 水处理的重要作用 2 热力设备腐蚀腐蚀部位 管道 锅炉受热面 汽轮机和凝汽器等 危害 a缩短设备本身的使用寿命 b腐蚀产物转入水中 增多水中杂质 进而加剧受热面上的结垢和腐蚀 甚至加速爆管等事故发生 3 过热器和汽轮机积盐水质不良或金属腐蚀导致蒸汽中带有杂质 并沉积在过热器和汽机等蒸汽通过的部位 此即积盐 危害 a过热器内积盐会引起管壁过热 变形 鼓包甚至爆管 b汽轮机内积盐会降低汽轮机的出力和效率 特别是高参数大容量汽轮机 其高压部分蒸汽流通面积很小 少量积盐也会大大增加蒸汽流通阻力 使汽轮机出力下降 若积盐严重 还会使推力轴承负荷增大 隔板弯曲 造成事故停机 为保证热力系统水质良好 需对天然水进行适当处理 并监督水汽质量 电厂水处理工作主要包括 1 净化生水 经过混凝 澄清 过滤及离子交换等方法制备补给水 并通过调整试验降低相关成本 2 对给水要进行加氨和除氧等处理 3 对于汽包锅炉要进行锅炉水的加药处理和排污 4 对于直流锅炉机组和某些亚临界汽包锅炉机组 要进行汽轮机凝结水的净化处理 5 热电厂中 对生产返回水进行除油 除铁等净化处理 三 火电厂水处理工作简介 6 对冷却水进行防垢 防腐和防止有机附着物等处理 7 在热力设备停用期间 做好设备防腐工作中的化学监督工作 8 热力设备大修时 应掌握设备的结垢 积盐和腐蚀等情况 以便审查水处理效果 不断改进水处理工作 9 做好各种水处理的调整试验 配合汽机 锅炉做好除氧器调整试验 锅炉化学试验以及设备的化学清洗 10 正确取样 化验 监督给水 炉水 蒸汽 凝结水等各种水 汽质量 并如实反映情况 简言之 净化 三防 监测 试验 清洗 请思考电厂用水越纯净越好吗 第二节水的预处理天然水体中常含有泥沙 粘土 腐殖质等悬浮物和胶体杂质及细菌 真菌 藻类 病毒等微生物 一般粒径较大的颗粒在重力作用下 通过自然沉降 容易从水中分离 而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长时间滞留于水中 而且这部分杂质也不能用过滤的方法除去 这些杂质若不除去 不仅影响后续的离子交换系统的正常运行 使出水水质变坏 而且杂质一旦进入锅炉 将引起锅炉的结垢和腐蚀 使炉水的蒸汽品质恶化 影响设备的正常运行 混凝处理 沉降澄清和过滤处理 就是以除去这些杂质为主要目的 使水中悬浮物的含量降至5mg L以下 即得到澄清水 这称为水的预处理 水的预处理的工艺流程通常为 原水 混凝 沉淀澄清 过滤 经过预处理后的水 再用离子交换的方法除去水中溶解性的盐类及用加热或抽真空或鼓风的方法除去水中溶解性的气体 方可作为锅炉用水 如不首先除去这些杂质 后续处理 除盐 将无法进行 因此 水的混凝处理是水处理工艺流程中的一个重要环节 一 水的混凝处理1 混凝原理混凝 在水中投入一种化学药剂 经过混合 凝聚 絮凝等作用 使胶体及其他微小颗粒杂质聚合成较大的絮状物 通常称为矾花 的综合过程 混凝剂 使胶体颗粒产生混凝作用的药剂在水的预处理中 从原水投加混凝剂开始 到产生大颗粒的絮凝物为止 整个过程叫混凝处理过程 它包括两个阶段 首先是胶体颗粒脱稳 它是指水中胶体颗粒的双电层被压缩或电性中和而失去稳定性的过程 即在瞬间内将混凝剂与水快速均匀混合并产生一系列化学反应 这一过程所需要的时间很短 一般可在10 30秒内完成 最多不超过2分钟 第二个阶段是絮凝 它是指脱稳后的胶体颗粒聚合成大颗粒絮凝物的过程 这一过程需要一定的聚合时间 以硫酸铝 Al2 SO4 3 作混凝剂为例 水解Al H2O 63 H2OAl OH H2O 52 H Al OH H2O 52 H2OAl OH 2 H2O 4 H Al OH 2 H2O 4 H2OAl OH 3 H2O 3 H 水解生成的H 与水中的HCO3 反应 又促进了Al H2O 63 的水解OH2 Al OH H2O 52 H2O 4AlAl H2O 4 2H2OOH羟基架桥 电荷低的配离子之间发生高分子缩聚反应 形成多核配离子 PH 3时 Al3 以Al H2O 63 形式存在 碱性增大 逐级水解 多核配离子还可以进一步桥联 同时水解 羟基数目增加最终生成难溶的聚合度极大的 Al OH 3 凝絮物 作为水解和桥联的中间产物 水中存在各种形式的可溶性高分子电解质 这些电解质对胶体颗粒起着混凝作用 主要有三方面的作用 1 压缩双电层 电性中和作用 使胶体脱稳2 吸附架桥作用 呈链状结构的低电荷多羟基多核配体在胶体之间起吸附架桥作用 使之相互凝结生成凝絮 3 网捕过滤作用 由于吸附和架桥作用形成的氢氧化铝凝絮像一个具有很多网眼的过滤网 在下沉过程中包裹着胶体杂质 悬浮物和一些水分一同下沉 2 影响混凝效果的因素 以水中胶体杂质和悬浮物的去除率来评价混凝处理效果1 水的PH值以铝盐为例 水中铝盐的水解过程是一个不断放出H 的过程 因此 在不同的PH值条件下 将有不同的水解中间产物 用铝盐作混凝剂时 混凝处理的最佳PH值一般在6 5 7 5之间 此时混凝效果较高 另外 PH对水中有机物的形态也有一定的影响 当PH值较低时 有机物如腐殖质为带负电荷的腐殖酸 容易通过混凝处理除去 当PH较高时 成为溶解性的腐殖酸盐 除去效果较差 尽管水的PH值对混凝处理效果影响较大 但在天然水体的混凝处理中 却很少有投加碱性药剂或酸性药剂来调节PH值的 这一方面是因为天然水体比较接近最优PH值 另一方面水中投加药剂后又增加了其它物质的含量 给后续处理带来不必要的麻烦 2 混凝剂的用量当混凝剂加入量不足时 出水中剩余浊度较大 当加入量过大时 由于水中的胶体颗粒吸附了过量的混凝剂 引起胶体颗粒电荷性改变 导致出水中的剩余浊度重新增加 因此 只有当混凝剂的加入量适当时 才可产生快速凝聚 使出水剩余浊度急剧降低 由于混凝过程并不是一种单纯的化学反应 因此所需的加药量不能根据计算来确定 而应根据具体的水质来确定最适宜的加药量 当水质发生季节性变化时 应相应地调整加药量 一般来说 水中的悬浮物和胶体物含量愈高 所需混凝剂量就愈大 但有时水中有机物较多及色度较大时 虽然悬浮物等含量较少 所需的混凝剂量却反而较大 3 水温水温对混凝处理效果有明显影响 低温水是水处理中的一个较难解决的问题 A 高价金属盐类的混凝剂 其水解反应是吸热反应 水温低时 混凝剂水解更加困难 特别是水温低于5 时 水解速率极其缓慢 所形成的絮凝物结构疏松 含水量多 颗粒细小 B 水温低时 水的粘度大 水流的剪切力大 使絮凝物不易长大 已长大的絮凝物也可能被水切碎 C 水温低时 胶体颗粒的溶剂化作用增强 形成絮凝物的时间长 沉降速度慢 用铝盐作混凝剂时 水温为25 30 比较适宜 铁盐受温度的影响较小 4 接触介质在进行混凝处理或其它沉淀处理时 如果在水中保持有一定数量的泥渣层 可明显提高混凝处理的效果 这个泥渣层就是前期混凝处理过程中生成的絮凝物 它可提供巨大的表面积 通过吸附 催化及结晶核心等作用 提高混凝处理的效果 所以在设计的混凝沉降处理设备时 都设计了泥渣层 如澄清池 2020 1 29 21 可编辑 2020 1 29 22 可编辑 5 水和混凝剂的混合速度通常混合时的流速应大于1 5m s 混合时间一般不大于2分钟 水的混凝处理中常用的混凝剂一般为铝盐和铁盐 现在采用的多是液体复合聚铝或固体聚合氯化铝 它们具有以下优点 投药量少 形成絮凝物的速度快 而且密实易沉降 适用范围广 对低浊度水 高浊度水 低温水及高色度水均有较好的效果 腐蚀性小 即使过量投加也不会使水质恶化 常用混凝剂有铁盐和铝盐两大类 1 铝盐a硫酸铝 Al2 SO4 3 18H2O 硫酸铝钾 Al2 SO4 3 K2SO4 12H2O 和偏铝酸钠 NaAlO2 使用方便 效果好 但要求的最佳pH值与处理对象有关 b聚合氯化铝 碱式氯化铝 PAC 一类无机高分子混凝剂 可看成AlCl3水解成Al OH 3过程的中间产物 相对硫酸铝 其优点在于 加药量少 只有硫酸铝的1 3左右 因为含Al2O3多 混凝效果好 絮凝快 絮状物致密 易沉降 设备体积减少 能适应低温 低浊水 也能适应高浊度水 腐蚀性小 加药设备简单 混凝剂种类 2 铁盐硫酸亚铁 三氯化铁 硫酸铁 聚合硫酸铁等 a 硫酸亚铁绿色半透明晶体 又名绿矾其在水中的混凝反应为 FeSO4 2H2O Fe OH 2 H2SO44Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 为使Fe2 Fe3 必须使水的pH值在8 5以上 以便利用水中溶解的氧 加速氧化过程 天然水的pH值一般只有7 8 为此多与石灰处理联合使用 b 三氯化铁 FeCl3 6H2O 吸水性强 易溶于水 其腐蚀性很强 对设备防腐要求较高 在水中的混凝反应为 FeCl3 3H2O Fe OH 3 3HCl与其它铁盐混凝剂类似 形成的Fe OH 3絮状物致密 易沉降 对低温低浊水的混凝效果比铝盐好 适应的pH值范围广 c 聚合硫酸铁硫酸铁 适量硫酸 某氧化剂 聚合而成的无机高分子混凝剂 粘稠状液体 除具有铁盐混凝剂的优点外 对有机成分去除率较高 3 有机高分子絮凝剂一般是线型的高分子聚合物 聚合度1000 5000 根据电离后聚合离子所带电性不同可分为 阴离子型 阳离子型 非离子型三类 助凝剂是增强混凝效果的辅助药剂 与混凝剂没有绝对区别 常统称之为絮凝剂 作用 可改善絮体结构 促进疏松絮粒实 加速沉降 提高混凝效果 机理在于 电离后的中和凝聚 高分子链状结构的吸附架桥 凝絮 一些天然聚合物 明胶 骨胶和海藻酸钠等 曾被用作助凝剂 现在人工合成了许多有机高分子絮凝剂 特别是作为助凝剂与无机混凝剂联合使用 获得了良好效果 已用过的助凝剂有近40种 如pH值调节剂石灰 澄清池启动投运 或原水浊度较低时投加的黄泥 其能促使泥渣层快速形成 增加絮凝晶核 提高混凝效果 也可算是一种助凝剂 常用的助凝剂有水玻璃 泡花碱 C12 漂白粉 聚丙烯酰胺 三号絮凝剂 等 助凝剂 二 水的沉淀软化水的沉淀软化是将天然水中的钙 镁离子转化成难溶化合物 然后分离以降低水的硬度 方法 1 热力软化法 将水加热至100oC 使Ca HCO3 2和Mg HCO3 2分别转化为CaCO3和Mg OH 2 此法只能除去碳酸盐硬度 且水温太高不利于再进行离子交换除盐 2 化学软化法 向水中投加一种化学药剂 使该药剂与水中的结垢性离子进行化学反应 生成难溶的化合物 从水中沉淀析出 如 石灰处理法石灰处理原理 Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2OCa OH 2 Ca HCO3 2 2CaCO3 2H2O2Ca OH 2 Mg HCO3 2 2CaCO3 Mg OH 2 2H2O 除去了水的碱度和碳酸盐硬度 不能除去非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度MgSO4 Ca OH 2 Mg OH 2 CaSO42NaHCO3 Ca OH 2 Na2CO3 CaCO3 2H2O经石灰处理的水中碳酸盐硬度达到了CaCO3的溶解度 但CaCO3结晶生成之后 并不能完全以大颗粒沉降下来 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 为保证沉淀完全和有效的分离 在处理工艺上常采样两种措施 1 利用先期沉淀物 泥渣 作为接触介质 使CaCO3在泥渣表明吸附并以泥渣作为结晶核心 加速沉淀并使沉淀完全 2 在沉淀的同时进行混凝处理 一方面混凝可以出去阻碍CaCO3结晶和生长的有机物 粘土和硅的胶态化合物 另一方面混凝过程生成的絮凝可以吸附态胶CaCO3共同沉淀 从而提高澄清效果目前由于离子交换水处理和膜分离等技术的发展 水的沉淀处理已很少使用 三沉淀处理设备水中悬浮颗粒在重力的作用下 从水中分离出来的过程称为水的沉降 混凝和沉降同在沉淀处理设备中完成 这种处理工艺就是水的沉淀澄清处理 沉淀处理设备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不带悬浮泥渣层 结构简单 但用于混凝处理时要附加混合器和反应器 多应用在废水处理中 沉淀池有间歇式和连续式之分 平流式沉淀池见图3 2 斜板 管 式沉淀池见图3 3 图3 2平流式沉淀池 水流从一端水平流向相对一端 特点 构造简单 沉淀效果好 性能稳定 使用广泛 但占地面积较大 图3 3斜板 管 式沉淀池 在池中加设一系列斜板或斜管把水流分成若干薄层 进而增加沉淀池面积 缩短沉淀时间 提高沉淀效率 3 5倍 或减小沉淀池体积 缺点 斜板 斜管易结垢 长生物膜 产生浮渣 维修工作量大 寿命短 图3 4斜管 板 中水与泥渣的流向 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 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 目前电厂常用的澄清池为泥渣循环式 水力循环澄清池是泥渣循环式澄清池的一种 结构见图3 5 图3 5水力循环澄清池 工艺流程 原水和混凝剂由泵打入 经喷嘴高速喷出形成负压 把数倍于进水量的泥渣卷入混合室3 然后在第一反应室5中初步混凝 在第二反应室6中絮凝长大 由于分隔室洁面急剧增大 水流速急剧下降 水和泥渣在分隔室7中实现分离 清水经清水槽8收集 泥渣大部分回收利用 小部分排出 特点 1 靠水流动力实现泥渣循环 2 在进水管加药 3 混合室负压 吸入回流泥渣 喉管4靠高速水流实现水 药和泥渣充分混合 4 两个反应室截面渐扩利于絮凝长大 5 调整喷嘴和混合式喇叭口的间距 或更换口径不同的喷嘴 可以调整回流泥渣量 澄清后的水还残留一些细小的悬浮物 必须经过滤除去 以满足后续处理 反渗透 离子交换除盐 时的水质要求 由于石灰 混凝处理后悬浮物含量不高而且水量较大 常采用粒状滤料过滤法 1 颗粒滤料的过滤原理过滤 将水自上而下通过装有粒状填料 滤料 的设备 其中细小悬浮物被滤料吸附截留的过程 滤料分层排布 小颗粒的在上 由于上层砂砾排列致密 使悬浮物易于被其表面吸附 重叠和架桥 形成滤膜 滤膜而后起主要过滤作用 称为薄膜过滤 水进入滤层内部后 悬浮物在深层滤料的复杂空隙通道内更容易发生相互接触 相互碰撞及滤料的吸附作用 从而使水变得更清就像在滤层中发生混凝 因此称之为接触混凝过滤 粒状滤料过滤是薄膜过滤和接触混凝过滤的综合过程失效滤料可以通过自下而上的反洗而再生 三水的过滤处理 2 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 3 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 4 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