公用工程介绍

公用工程介绍 1 公用工程主要装置及其作用 公用工程主要包括 steam condensate sys 116 301 water cooling water sys 201 和 waste water treatment sys 也就是燃油燃气高压蒸汽锅炉 化学水处 理 循环冷却水处理和污水处理系统 锅炉系统主要包括两台 180T H 锅炉 燃油燃气 锅炉 一台除氧器 两 台 300m3 h 给水泵 主要作用是为工厂提供合格的蒸汽 用作汽轮机驱动的动 能 工艺换热及其它需要 主要原料为水 油 燃气 产品为蒸汽 化学水处理系统主要为工厂提供合格的除盐水 包括活性炭过滤器 阳离 子交换器 除碳器 阴床 混床及水箱水泵等 本系统为二级除盐系统 主要 用作锅炉补给水和工艺换热器用水 原料为原水 产品为脱盐水 循环冷却水处理系统主要包括四台冷却塔 五台循环水泵及相应的加药装 置 主要作用是为工厂提供所需要的冷量 用于轴承冷却 换热器热交换及工 艺反应所需要的冷量 污水处理主要包括生活污水 压舱洗仓水 工艺污水及雨水处理系统 主 要作用是将工厂因生产需要所产生的不满足国家标准要求的水处理至达标水 参阅工厂部平面布置图 2 循环冷却水处理系统及给水系统 2 1 本项目水源由开发区周围的几个水库提供 具体由管家楼水厂提供 因为本水源来自于水厂 故生产 生活用水没有分开 为同一系统 消防水和工业水储罐 116D 201 202 总共 12 台泵 两台工业水泵 116G 202A B 440m3 h 4 0kg cm2 用于工厂冲洗及其它常规需要 三台 二开一备原水泵 116G 221A B C 52m3 h 4 5kg cm2 为化学水处理系统 提供原水 二台原水输送泵 116G 203A B 440m3 h 2 8kg h 用于为储罐 116D 201 202 提供水源 另外还有三台消防水泵 其中一台为柴油机驱 动 及两台消防稳压泵 参阅 P ID 图 2 2 循环冷却水处理系统 2 2 1基本概念 循环冷却水系统分封闭式和敞开式两种 我们所采用的系统为敞开 式系统 在敞开式系统中 冷却水用过之后不是立即排掉 而是收回循 环再用 水的再冷却是通过冷却塔来进行的 因此冷却水在循环过程中 要与空气接触 部分水在通过冷却塔时会不断被蒸发损失掉 因而水中 各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加 为了维持各种矿物质和离子 含量在一定水平 必须对系统补充一定量的冷却水 通常称为补充水 并排出一定量的浓缩水 通称排污水 下面的一些概念在以后会用到 天然水中的主要杂质 离子和分子 10 6 通过离子交换的方式除去 胶体物质 10 4 10 6 胶体带负电 可以加入混凝剂过滤去 除 悬浮物质 10 4 沉淀和过滤的方法去除 COD 化学耗氧量 在一定条件下 加入强氧化剂 反应所消耗的氧化 剂的量 表示水中还原性气氛程度 表明有机物含量的多少 BOD 生化需氧量 间接表示有机物含量的多少 水中微生物降解所需 的氧量 CW 补水 3mg L 循环水系统中的悬浮物控制在 10mg L 水质稳定要解决的三个问题 腐蚀 结垢 粘泥 缓蚀剂 阻垢剂 杀生剂 药剂配方 早期为络系配方 现在主要为磷系配方 磷系碱性配方 磷系酸性配方 全有机碱性配方主要是加 Zn2 作为辅助的缓蚀剂 还 有钼系配方 循环冷却水系统的监测 回水挂片 换热器监测 工艺换热器监测 微生物活动的监测 主要监测菌种数量 控制项目监测 Ph 值 Cl Ca2 总碱度 污垢热阻值和极限污垢热阻值 冷却器的总传热系数为 K K 的倒数 称为冷却器的总热阻 即 R 1 K 管壁上热的传导路线是通过工艺介 质 工艺介质侧的污垢 传热管壁金属 冷却水侧的污垢然后到冷却 水的 故总热阻 R 为工艺介质热阻 工艺介质侧污垢热阻 管壁的热 传导热阻 冷却水侧的污垢热阻和冷却水给热热阻五项之和 在系统 稳定运行时 工艺介质和冷却水给热热阻和管壁的热传导热阻均较稳 定或可忽略 只有水侧的污垢热阻 r 决定于管壁的污垢 影响总热阻很 大 水侧污垢热阻 r 即通常所称的水冷却器的污垢热阻值 当污垢增长 速度与脱落速度相等时的污垢热阻值基本不变化 称为极限污垢热阻 值 2 2 2 循环冷却水系统主要控制指标 蒸发损失量 115 127m3 h 排污水量 58 63m3 h 补充水量 173 190m3 h 给水温度 33 回水温度 47 给水压力 5 0kg cm2 回水压力 3 4kg cm2 污垢热阻 1 72 3 44 10 4m2 K W 2 4 10 4m2 h K kal 年腐蚀速度 根据设计规范规定 碳钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于 0 125mm a 铜 铜合金和不锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于 0 005mm a 2 2 3循环冷却水处理系统中腐蚀 结垢和微生物滋生的防止 冷却水中金属的腐蚀形态及影响因素 腐蚀形态 冷却水中金属腐蚀的形态主要有 均匀腐蚀 电偶腐蚀 缝隙腐 蚀 孔蚀 选择性腐蚀 磨损腐蚀 和应力腐蚀破裂等 均匀腐蚀 在所有金属表面上 腐蚀基本是均匀进行的 一般的 使用寿命即是按此计算 电偶腐蚀 电偶腐蚀又称双金属腐蚀或接触腐蚀 当两种不同的 金属浸在导电性的水溶液中时 两种金属之间通常存在着电位差 如果这些金属互相接触可用导线连接 则该电位差就会驱使电子在 它们之间流动 从而形成一个腐蚀电池 局部腐蚀 局部腐蚀是指腐蚀仅在个别区域上蔓延 其余的区域 则不受腐蚀 点蚀 斑点腐蚀 缝隙腐蚀 选择性腐蚀 晶间腐蚀 磨损腐蚀 应力腐蚀等均属局部腐蚀 对冷却水系统来讲 保护膜 或涂料脱落 金属表面有缺陷 水垢局部剥离 水溶液中氧的浓度 不同而形成氧的浓差电池 因金属表面污垢和杂质不同而形成的电 位差异腐蚀等 奥氏体不锈钢的应力腐蚀 化工生产中常用的 1Cr18Ni9 和 1Cr18Ni9Ti 两种奥氏体不锈钢 由于表面具有非常耐蚀的氧化物保 护膜 因此 对一些氧化性的酸如 HNO3 H2SO4 等有良好的耐蚀 性 在大气和冷却水中更不用说 耐蚀性非常好 如果冷却水中氯 化物含量很少 则这种不锈钢几乎不受腐蚀 而实践中 许多不锈 钢换热器却经常发和腐蚀泄漏 其腐蚀破坏形式 基本上都是应力 腐蚀破裂 腐蚀部位往往在换热器花板列管周围 因该部位应力集 中特别严重 不锈钢应力腐蚀破裂主要是由冷却水中含有较高的氯 化物 同时不锈钢受拉应力或内部在制造时留下的残余应力这两种 因素并存而引起 极化和去极化作用 金属腐蚀过程中 电流在阳极部位和阴极部位间流动 这说 明阳极部位和阴极部位有电位差 如果水中不含氧 则由于腐蚀 反应过程中生成的原子态氢和氢气覆盖在阴极表面 产生了与腐 蚀电位相反的电压称为氢气的超电压 使电位差起了变化 阻止 了电流的流动也就是停止了腐蚀过程的进行 这种由于反应生成 物所引起的电位差的变化称为极化 氢气在腐蚀过程中起了极化 作用 极化作用起了抑制腐蚀过程的作用 当水中有溶解氧存在时 阴极反应按下式进行 22222 2OH2eOHO 2 1 OH 2 1 或OH 由于氧参加了反应 夺走了覆盖在阴极表面上的原子态氢和 氢气 因而使氢气的极化作用遭到破坏 排除极化的作用称为去 极化 氧在腐蚀过程中起了去极化作用 去极化作用助长了腐蚀 过程 影响腐蚀的因素影响腐蚀的因素 冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多 概括起来可以分冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多 概括起来可以分 为化学因素 物理因素和微生物因素 化学因素和物理因素主要有 为化学因素 物理因素和微生物因素 化学因素和物理因素主要有 pH 值 阴离子 络合剂 硬度 金属离子 溶解的气体 浓度 值 阴离子 络合剂 硬度 金属离子 溶解的气体 浓度 悬浮固体 流速 电偶 温度等 悬浮固体 流速 电偶 温度等 水质的影响 阴离子 络合剂 硬度 金属离子 浓度 悬水质的影响 阴离子 络合剂 硬度 金属离子 浓度 悬 浮固体 浮固体 金属受腐蚀的情况与水质关系密切 钙硬较高的水质 或钙硬虽不太高但浓缩倍数高的水质 容易产生碳酸钙水垢 一 旦在传热管壁上形成这种致密坚硬有保护膜作用的水垢后 碳钢 的腐蚀即减缓 所以软水的腐蚀性比硬水严重 同样 当水中溶 解的盐类很高 水的导电性增加时 也会使腐蚀性增加 所以海 水的腐蚀性比淡水严重 水中 Cl SO42 的含量高时 水的腐蚀性 也会增加 Cl 不仅对不锈钢容易造成应力腐蚀 而且还会妨碍金 属纯化 破坏金属表面上有保护作用的纯化膜 氧化膜 当水中 溶有氧化性的铬酸盐 钨酸盐 钼酸盐 硅酸盐 亚硝酸盐时 可起到抑制腐蚀的作用 然而同样具有氧化性的 Cu2 Fe3 Hg2 ClO 等离子则会促使腐蚀进行 pH 的影响的影响 在自然界正常温度下 水的 pH 值一般在 4 3 10 之间 天然水中 表面被生成的氢氧化亚铁所覆盖 此时碳钢腐 蚀速度取决于膜的覆盖程度 pH 值的微小改变不会严重影响腐蚀 速度 但是 当 pH 值低于 4 3 时 在碳钢表面会产生氢的去极化 作用 会加速腐蚀 另外当偏酸性 碳钢表面不易形成有保护性 的致密的碳酸钙垢层 其腐蚀速度比偏碱性时要高些 同时当 pH 值大于 10 以上 金属表面形成的氢氧化亚铁覆盖膜的溶解度进一 步减小 有利于极化作用 因此腐蚀速度会变小 溶解气体的影响 氧 二氧化碳 氨 硫化氢 二氧化硫 溶解气体的影响 氧 二氧化碳 氨 硫化氢 二氧化硫 氯 氯 天然水中溶解的气体是二氧化碳和氧气 但由于环境的污 染 当冷却水在冷却塔向下喷淋与逆流鼓入的空气相遇时 混入 空气中的硫化氢 氨 氯等气体就会溶入水中 这些溶解的气体 对水的腐蚀性影响很大 水温的影响水温的影响 往往取决于氧的扩散速率 一般情况下 温度 上升 10 则腐蚀速率约增加 30 水流速度的影响水流速度的影响 一般水流速度在 0 6 1m s 时 腐蚀速度 最小 过大过小腐蚀速度都会增大 另外微生物滋生另外微生物滋生也会加剧腐蚀 冷却水系统中换热器管子的腐蚀隐患冷却水系统中换热器管子的腐蚀隐患 主要有 变动材质 酸洗 装运或水压试验 残余应力 高温沾 污 热处理 杂质金属 择优取向 表面状态 凹陷 分层 管 头打磨等 循环冷却水系统金属腐蚀的控制方法很多 常用的有 添加缓蚀剂 提 高冷却水的 pH 值 选用耐蚀材料制造的换热器和用防腐阻垢涂料涂覆 工 程上对敞开式主要靠投加缓蚀剂的办法来防止腐蚀 目前开发出来的新产品 也比较多 性能各异 在循环冷却水试运行阶段 须由中标单位进行专门的 调试决定投加缓蚀剂的药剂量并在运行中进行严格的控制 另外在冷却塔与 空气的换热过程中 通过充分的曝气 析出二氧化碳 也可以维持较高的 pH 值 冷却水系统中沉积物及其控制 沉积物的分类 循环冷却水系统在运行的过程中 会有各种物质沉积在换热器的 传热管表面 这些物质统称为沉积物 它们主要是由水垢 淤泥 腐 蚀产物和生物沉积物构成 通常人们把淤泥 腐蚀产物和生物沉积三 者统称为污垢 水垢 天然水中溶解有各种盐类 如重碳酸盐 碳酸盐 硫酸盐 氯化物 硅酸盐等 其中以溶解的重碳酸盐最多 这些盐类在循环水 中会反应生成碳酸钙和磷酸钙 它们均属微溶性盐 且与一般的盐类 不同 不是随着温度的升高溶解度升高 而是随着温度的升高而降低 因此在换热器的传热表面上 这些微溶性盐很容易达到过饱合状态 而从水中结晶析出 当水流速度比较小或传热表面比较粗糙时 这些 结晶常常物就容易沉积在传热表面上 此外 水中溶解的硫酸钙 硅 酸钙 硅酸镁等 当其阴 阳离子浓度的乘积超过其本身浓度积时 也会生成沉淀 沉积在传热表面上 这类沉积物通常称为水垢 因为 这些水垢系由无机盐组成 故又称为无机垢 又因为这些水垢结晶致 密 比较坚硬 故又称为硬垢 污垢 污垢一般是由颗粒细小的泥沙 尘土 不溶性盐类的泥状 物 胶状氢氧化物 杂物碎屑 腐蚀产物 油污 特别是菌藻的尸体 及其黍性分泌物等组成 沉积物的控制 控制水垢的析出方法大致有 对补充水进行软化 加酸降低 pH 值 投加阻垢剂 我们因为水质比较好 所以不采用软化的方法 加酸通常是加硫酸 因为加盐酸会带入氯根 增加水的腐蚀性 加 硝酸则会带入硝酸根 有利硝化细菌的繁殖 由于重碳酸盐在水中常呈 下列平衡 2 33 3 2 23 2 COHHCO HCOCaHCOCa 所以加酸带入的氢离子 可促使反应向左进行 使重碳酸盐稳定 控制污垢的方法主要有 降低补充水的浊度 加入相应的药剂及分 散剂 增加旁滤设备 我们现在仅采用加入相应的药剂来控制污垢的产 生 另外 从循环冷却水系统中污垢的来源分析 污垢的控制应该从源 头着手 如冷却塔周围要有洁净的空气 不能存在燃料煤等固体粉尘露 天堆场 荒芜的大片空地 车间尾气废料残液排放口 三废处置处理场 等 杜绝工艺介质向冷却水系统的泄漏 冷却水中的微生物滋生及控制 微生物黏泥对冷却水系统的危害 1 黏泥附着在换热 冷却 部位的金属表面上 降低冷却水的冷却 效果 2 大量的黏泥将堵塞换热器中冷却水的通道 从而使冷却水无法工 作 少量的黏泥则减少冷却水通道的截面积 从而降低冷却水的 流量和冷却效果 增加泵压 3 黏泥集积在冷却塔填料的表面或填料间 堵塞了冷却水的通过 降低冷却塔的冷却效果 4 黏泥覆盖在换热器的金属表面 阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金属表 面发挥其缓蚀与阻垢作用 阻止杀生剂杀灭黏泥中和黏泥下的微 生物 降低这些药剂的功效 5 黏泥覆盖在换热器的金属表面 形成一个腐蚀电池 引起这些金 属设备的腐蚀 6 大量的黏泥 优其是藻类 存在于冷却水系统的设备上 影响了 冷却水系统的外观 影响微生物和黏泥的环境因素 1 微生物的营养源 微生物需要维持其生长 繁殖的各种营养源 其中最重要的元素是碳 氮 磷 营养源进入冷却水系统的途 径主要有三种 补充水 大气和设备泄漏 判定这些营养源进 入程度的一个指标是化学耗氧量 COD 一般认为 循环水 中的 COD 值如在 10mg L 以上就容易发生由黏泥引起的故障 2 水温 影响微生物生长和繁殖的水温 因微生物种类而异 在 各种各样的微生物中都有一个最佳的增殖温度 3 pH 值 细菌群最佳繁殖的 pH 值是在 6 9 之间 通常冷却水 的 pH 值在 7 0 9 2 的范围 该范围正处在微生物增殖的最佳 pH 值范围 4 溶解氧 好氧性细菌和丝状菌 莓菌类 利用溶解氧 氧化分 解有机物 吸收细菌繁殖所需的能量 在敞开式系统中 水在 冷却塔里的喷淋曝气过程为微生物的生长提供了充分的溶解氧 具备了微生物繁殖的最佳条件 5 光 在冷却水系统中所生成的微生物中 藻类需要光能 而其 他微生物的繁殖则不需要光能 6 细菌数 有数据表明 细菌数在 103 个 mL 以下时 故障发生 很少 反之 则黏泥故障容易发生 7 悬浮物 黏泥的生成与冷却水中的悬浮物密切相关 设计规范 要求循环冷却水中的悬浮物浓度不宜大于 20mg L 当换热器为 板式 翅片或螺旋板式时 悬浮物浓度不宜大于 10mg L 8 另外 黏泥量 黏泥附着度和流速均对微生物的繁殖有影响 冷却水中微生物的控制和控制方法 控制指标 黏液异养菌 105个 mL 2 3 次 周 真菌 10 个 mL 1 次 周 硫酸盐还原菌 102个 mL 1 次 月 铁细菌 103 个 mL 1 次 月 黏泥量 4mL m3 生物过滤网法 1 次 天 1mL m3 碘化钾法 1 次 天 控制方法 控制冷却水系统中微生物生长最有效和最常用的方法是向 冷却水系统中添加杀生剂 杀生剂 Biocide 又称杀菌来藻剂 杀微生物剂或杀菌剂等 冷却水系统中常用的氧化性杀生剂有 氯 次氯酸盐 氯化异氰尿酸 二氧化氯 臭氧 溴及溴化物 等 氯是人们最熟悉和有效的工业杀生剂 由于氯具有杀菌力 强 价格低廉 来源方便等一系列优点 所以氯至今仍是应用 最广泛的一种杀生剂 循环冷却水系统进行微生物的生长控制时 水中游离活生 氯的浓度一般可控制在 0 5 1 0mg L 的范围内 这时水中的 大多数微生物的生长将得到控制 当与非氧化性杀生剂联合使 用时 水中游离活生氯的浓度一般可控制在 0 2 0 5mg L 的 范围内 参阅 P ID 图 3 化学水处理系统 3 1 锅炉给水为什么必须经过处理 化学水处理系统也叫锅炉补给水处理系统 锅炉给水要求一定的纯净的 水质 以确保锅炉的安全经济运行所以要经除盐处理 这是因为 未经除盐 处理的水中除似有少量悬浮杂质外 还存在 Ca2 Mg2 Na 等阳离子和 SO42 Cl HCO3 HSiO3 等阴离子组成的溶解盐类及 02 CO2等气体杂质 这些杂质随水进入锅炉中 会在锅炉及蒸汽系统中产生以下危害 O2 CO2 等气体会在给水管路和热力设备中造成腐蚀 含有溶解盐类的水进入锅炉受热后 水不断被蒸发 盐类逐渐浓缩 超过其溶解度而析出产生沉积物 产生水垢和水渣 水垢的热导率 只有金属的几十至几百分之一 从而导致锅炉受热面热阻增加 使 受热面受热不均或局部过热 甚至爆管的危险 污染蒸汽 盐类及杂质进入锅炉系统后 由于水滴携带或蒸汽的 溶解携带 水中钠盐 硅酸盐的气体杂质会带入蒸汽系统 锅炉的 压力等级越高 携带量越大 这些杂质会造成热力设备的腐蚀 盐 类物质会沉积在蒸汽通过的各个部位 如过热器 汽轮机等 影响 机组的安全经济运行 3 2 基本概念和原理 水的软化处理仅仅是除掉水中的 Ca2 Mg2 离子 也就是降低水的硬度 而水的除盐则是除去水中溶解的盐类 目前在国内已经应用的除盐工艺有以 下几中类型 化学除盐 离子交换法 膜分离法技术除盐 电渗析法和反 渗透法 热力除盐 蒸馏法 阳床离子交换反应 阳床一般采用强酸性阳离子交换树脂 R SO3 2 作为交换剂 它只能与水 中的阳离子发生如下反应 2 4 23 23 2 2 23 2 4 23 23 2 23 Cl SO HSiO HCO H Na Mg Ca SOR Cl SO HSiO HCO Na Mg Ca HSOR 从上述反应可知 原水经阳床发生反应之后 出水是酸性水 即水中的 阳离子几乎都等当量地转变为氢离子 此时 HCO3 已分解成二氧化碳 即 OHCOHCOH 223 可由除碳器除掉 阳床失效后 一般用一定浓度的盐酸进行再生 其反应如下 2 2 23 2 23 2 Cl Na Mg Ca SORHCl Na Mg Ca HSOR 阴床离子交换反应 阴床一般采用强碱阴离子交换树脂 R NOH 2作为交换剂 在除盐工艺 中 它与阳床出水中的阴离子发生如下交换反应 OH HSiO HCO Cl SO NR HSiO HCO Cl SO HNOHR 2 23 23 2 3 2 23 23 2 3 22 2 由此可见 经阳 阴床交换后的水 基本上除掉了全部阳 阴离子 所以阴床出水是纯度很高的水 这就是化学除盐原理 阴床运行失效后 一般采用 5 8 的氢氧化钠溶液进行再生 其反应综 合式如下 23 23 2 3 22 23 23 2 3 2 HSiO HCO Cl SO NaNOHRNaOH HSiO HCO Cl SO NR 混合床离子交换反应 混合床简称为混床 它是将阴 阳离子交换树脂放在同一交换器内 直 接进行化学除盐的设备 混床除盐原理 在混床中 由于阴 阳离子交换树脂是均匀混合的 所 以在运行时 水中的阴 阳离子几乎是同时发生交换反应 其综合反应式如 下 23 23 2 3 22 2 23 3 23 2 3 2 23 2 2 HSiO HCO Cl SO NROH Na Mg Ca SOR HSiO HCO Cl SO Na Mg Ca NOHR HSOR 由上式可以看出 经 H 型阳离子交换树脂交换反应生成的 H 和经 OH 型阴离子交换树脂交换反应生成的 OH 在交换器内立即得到中和 不存 在反离子的干扰 因此离子交换反应进行得十分彻底 出水纯度很高 混床再生 混床的再生方法是利用阴 阳树脂的湿真密度差异 用水力 反洗方法将两种树脂分开 然后用酸和碱分别进行再生 再生结束后用除盐 水进行清洗合格 用压缩空气将两种树脂混合均匀 即可投入运行 活性炭过滤器的作用 去除由铁 锰及植物分解生成物或有机污染物等所形成的色度 去除有 机物 可去除由于水源污染而常规工艺又无法去除的水中微量污染物 如农 药 杀虫剂 氯化烃 芳香族化合物 以及 BOD 与 COD 等 去除氨氮和 硝酸盐 去除水中部分有毒物质 去除剩余氯或氧化剂 保护反渗透滤膜 另外 它还可以除臭 去除水中的微量重金属离子 如汞 铬等离子 合 成洗涤剂及放射性物质等 除碳器的作用 除碳器又称二氧化碳脱气塔 由于原水中含有大量的碳酸氢盐碱度 经 过 H 型交换器处理后 树脂上所带来的 H 被置换到水中而形成碳酸 当水 的 pH 值小于 4 3 时 水中碳酸几乎完全以二氧化碳的形式存在 如下式变 化 H OHCOCOHHCOH 22323 当 H 增加 即 pH 越低时 上述反应就向右进行 此时 用一个装置 水从上喷淋而下 空气从下鼓风而上 经过塔中的瓷环填料 使空气流与水 滴充分接触 由于空气中的二氧化碳量很小 分压很低 只占大气压力的 0 03 根据亨利定律 经过 H 型交换器处理的水 由于二氧化碳分压高 逸入分压低的空气流中而被带走 从而除去了水中的二氧化碳 也即除去了 水中的大量阴离子 HCO 大大减轻了阴床的负担 提高了阴床的周期制水 3 量 减少了再生剂的消耗 3 3 化学除盐设备对进水水质的要求 水的浊度 顺流再生设备要求进水 SiO2 含量小于 5mg L 对流再生设 备 包括逆流再生固定床和浮床 要求进水 SiO2含量小于 2mg L 残余活性氯 游离氯 为防止造成阳离子交换树脂的损坏 要求 Cl2 浓度小于 0 1mg L 化学耗氧量 COD 为防止有机物对离子交换树脂的污染 要求耗氧 量小于 1mg L 含铁量 为防止离子交换树脂的铁污染 一级除系统的含铁量要求在 0 3mg L 以下 混床进水在 0 1mg L 以下 3 4 脱盐水站的主要控制指标 pH 6 0 8 0 电导率 0 2 S cm 25 时 总铁 0 03ppm 二氧化硅 0 02ppm 正常产水量 58 85m3 h 参阅 P ID 图 4 污水处理系统 全厂排水系统划分为三个 即厂区生产污水 生活污水和雨水及清净下水 系统 厂区生产污水 生活污水经污水处理场收集处理后 其水质达到 污水 综合排放标准 的三级指标 处理后污水管道排放至市政排水管网 经开发区 镰湾河城市污水处理厂进行二级生物处理 达标后排海 未经污染的雨水由厂 区雨水系统收集后排放 污水处理设计规模为 130m3 h 污水处理设计进水水质采用 石油化工给水 排水水质标准 中全厂性污水处理总进水水质指标 名称指标名称指标 pH 值6 5 8 5硫化物 10mg L 石油类 500mg L 水温 40 COD 800mg L 设计出水水质控制指标为 污水综合排放标准 的三级指标 名称指标名称指标 pH6 9石油类20mg L 悬浮物 SS 400mg L硫化物1 0mg L 五日生化需氧量 BOD5 300mg L总氰化合物1 0mg L 化学需氧量 CODcr 500mg L挥发酚2 0mg L 污水处理系统共有四个泵站 污水泵站 1 主要收集来自工艺界区的含油污 水和初期雨水 经过泵站后分为工艺废水 初期雨水和含油污水沿三根管线送 入污水处理站进行处理 污水泵站 2 主要收集罐区污水 罐区雨水和附近建筑 物的生活污水 经过泵站后分为生活污水 废水和含油污水三根管线送入污水 处理站进行处理 污水泵站 3 主要收集罐区含油污水 罐区雨水和附近建筑物 的生活污水后 分为生活污水 废水和含油污水三根管线送入污水处理站进行 处理 污水泵站 4 主要收集门房的生活污水后转送入污水处理站进行处理 就本装置而言 污水主要分为生活污水 废水 含油污水 初期雨水及压 舱洗舱水等均需经过污水处理站进行处理后排放 压舱水洗舱水采用单独的工 艺处理流程 其它废水为另一工艺处理流程 因为压舱水洗舱水为间歇式供给 且流量不稳定 固设两个储罐 另一 8000m3的大储罐主要用于初期雨水的贮存 也可以用于水质严重污染后对排水的稀释 以便达标排放 参阅 P ID 图 5 蒸汽和冷凝液系统 116 301 5 1 锅炉给水的除氧 除氧器 热力除氧 因为水中的氧会推动金属的电化学腐蚀反应 会使锅炉系统形成严重的 氧腐蚀 反应式如下 OHeOOH442 22 因此 给水在进入锅炉之前要进行除氧处理 除氧处理一般采用物理方 法 即热力除氧 将水加热至沸点 根据亨利定律 溶解在水中的氧气和其 它气体会逸出到水上空间 随着部分蒸汽一同排入大气中 热力除氧按压力 分类为 真空式 大气式和压力式 我们所采用的系统为压力式除氧器 116C 306 116 0 77kg cm2 化学除氧 化学除氧的目的是消除热力除氧后残余溶解氧和除去由于水 泵和给水系统不严密而漏入给水中的溶解氧 一般加联氨处理 其反应 式如下 OHNOHN 22242 2 联氨有毒 易燃 易挥发 使用时应特别注意 5 2 锅炉给水品质控制指标 硬度 2 0 mol L 溶解氧 7 g L 铁 50 g L 铜 10 g L 二氧化硅 应保证蒸汽二氧化硅符合标准 pH 值 8 8 9 2 联氨 10 50 g L 油 1 0mg L 给水中含有铜和铁时的危害 锅炉给水中含有铜和铁时 会在金属表面形成铜垢或铁垢 由于金属表 面与铜垢或铁垢沉积之间的电位差异 从而引起金属的局部腐蚀 这种腐蚀 一般是坑蚀 容易造成金属穿孔或爆炸 危害很大 给水中的铜与铁一般来 源与凝结水 补给水以及生产回水系统 给水中 pH 值控制 为了防止给水对锅炉系统金属的氢去极化作用而引起的腐蚀 以及防止 金属表面的保护膜遭到腐蚀破坏 通常在给水中加氨来调节 pH 值 使其维持 在 8 5 9 2 之间 氨溶于水呈碱性的氨水 NH4OH GM 与水中的碳酸起中和 反应 OHHCONHCOHOHNH 234324 OHCONHHCONHOHNH 2324344 如加入的氨量将 H2CO3中和至 NH4HCO3时 pH 值约为 7 9 如果中和至 NH4 2CO3时 水中的 pH 值约为 9 2 由于给水 pH 调整值在 8 5 9 2 因 此加氨量稍多于第一步反应而接近第二步反应 如 pH 值控制得过高 就意味 着水 汽系统中氨的量较多 这样 在氨富集的地方 会引起铜的腐蚀 锅炉给水中带油的危害 油质附着在炉管管壁上 受热时会分解生成热导率很小的附着物 严重影响管壁的传热 造成管壁金属的变形 危及炉管安全 给水中的 油会使炉水形成泡沫及生成水中漂浮的水渣 促使蒸汽品质恶化 油沫 水滴会被蒸汽带到过热器中 受热分解产生执导率很小的附着物 导致 过热器管的过热损坏 总的来讲 锅炉给水品质的控制主要从防止结垢 防止腐蚀和防止 积盐三方面来进行 5 3 炉水品质控制 5 3 1 炉水控制指标 总含盐量 100mg L 炉水二氧化硅 2 0mg L pH 值 9 0 11 0 磷酸根 5 15 5 3 2 炉水控制的原因和原理 为什么要监督炉水中的含盐量 或含钠量 含硅量 限制炉水中的含盐量 或含钠量 和含硅量是为了保证蒸汽品质 因蒸汽带水 使炉水中的钠盐和硅酸盐带入蒸汽 当炉水中含盐量在一 定范围时 蒸汽带水量基本一定 但当含盐量或含硅量超过一定数值时 蒸汽带水量会明显增加 使蒸汽品质明显变坏 由于蒸汽中的盐类主要是钠盐 所以蒸汽中的含钠量可以近似表示 含盐量的多少 由于钠盐在过热蒸汽中的溶解度不大 而且随着蒸汽压 力的下降 溶解度很快下降 此时会从蒸汽中析出 尤其是在汽轮机中 沉积 影响汽轮机的安全运行 当炉水中含盐量增加到一定程度时 炉水黏度增加 炉水中小气泡 不易长大 同时可能产生泡沫层 使蒸汽带水量增加 蒸汽含盐量也增 加 在高压锅炉中 蒸汽对水中某些物质 如硅酸 有选择性溶解性携 带现象 又称选择性携带这 蒸汽对硅酸的溶解性携带量与炉水中硅酸 含量成正比 即炉水中含硅量越大 蒸汽中含硅量越高 蒸汽中含硅量 超标可能造成 SiO2 在汽轮机中沉积 硅酸化合物在水中的溶解度很小 其中溶解性的硅酸称为活性硅 或溶硅 而大部分却在水中进行聚合而成为双分子或三分子聚合物 最后成为完全不溶解的多分子聚合物 即称为胶体硅 硅酸化合物在水 中和蒸汽中的危害很大 一旦进入锅炉后 胶体硅随着温度 压力和 pH 值升高而转变为溶硅 从而使炉水中的含硅量不断增加 有时即使加大 排污量也难以改变炉水含硅量 同时 硅酸在高温的蒸汽中有较大的溶 解度 并随压力 温度的升高而溶解度不断增大 因此 进入锅炉中的 硅酸在炉内的沉积虽然不多 却大部分被蒸汽带走 随着蒸汽的作功过 程 温度 压力的降低 溶解度降低 因此就沉积在汽轮机叶片或喷嘴 中形成质硬的硅酸盐垢 影响汽轮机的安全运行 炉水中的 pH 值 炉水中的 pH 值控制应不低于 9 这是因为 pH 低时 水对锅炉钢材 的腐蚀性增强 炉水中的磷酸根与钙离子的反应 只有在 pH 值足够高的 条件下 才能生成容易排污的水渣 为了抑制炉水中硅酸盐的水解 减 少硅酸在蒸汽中的溶解携带量 但是炉水中的 pH 值也不能太高 否则会 造成游离 NaOH 过多 容易引起碱性脆蚀 5 3 3 炉内指标协调磷酸盐加药处理 对以除盐水或蒸馏水为补给水的和凝结水回收水质很好的锅炉 向炉内 添加酸式磷酸盐 Na2HPO4 或 NaH2PO4 有时还要加 NaPO4 使得锅炉水中 维持一定量的 PO43 浓度 并消除炉水中的游离 NaOH 这就称为协调磷酸 盐处理 也称磷酸盐 pH 协调控制 主要目的是防止在锅炉中产生钙垢和 碱性腐蚀 在碱性条件下 防止钙垢的反应如下 64210 3 4 2 2610POOHCaOHPOCa 生成的称为碱式磷酸钙 是一种松软的水渣 很容易随 64210 POOHCa 锅炉的排污而除去 在实际生产中 通常用磷酸三钠或酸式磷酸盐配制成 5 8 的质量分数 经过滤去渣 再用补给水酿成 3 直接加入锅炉水中 加量的多少与给水中钙离子浓度有关 实际使用时 不得通过调试来确定 游离 NaOH 是产生碱性腐蚀的原因 其主要来源有三个方面 1 碳酸氢钠和碳酸钠受热分解 NaOHCOOHCONa NaOHCONHCO 2 2232 23 2 碳酸盐硬度与磷酸盐的化学反应 NaOHPOCaCOPONaHCOCa6 62 3 24324323 3 一级除盐水的 H 型交换器漏 Na 过多 或是由于阴床再生正洗不好 而放出 Na 使得复床出水呈弱碱性 也会有少量的游离 NaOH 在协调磷酸盐处理时 炉内添加了酸式磷酸盐后 可消除游离在协调磷酸盐处理时 炉内添加了酸式磷酸盐后 可消除游离 NaOHNaOH 反应如下 反应如下 OHPONaNaOHPONaH OHPONaNaOHHPONa 24342 24342 22 但是 炉水中的磷酸三钠在蒸发浓缩过程中也会水解产生少量的 NaOH NaOHPOHNaOHPONa15 0 15 0 415 0 85 2 243 由磷酸三钠水解产生的 NaOH 有可能局部高度浓缩而引起碱蚀 因 此 要求控制炉水磷酸盐溶液中 Na 摩尔数与 PO3 4 摩尔数之比不大于 2 85 否则要多加 Na2HPO4 或 NaH2PO4 如果摩尔比小于 2 2 时 则应加 入适量的 NaOH 给水及炉水品质的控制最终是为保证蒸汽品质合格 通过给水品质 及炉水品质的控制再加上正常操作 蒸汽品质一般可以达到要求 当然 在特殊情况下 也可以通过其它方法如低汽包液位控制等应急的办法来 提高蒸汽品质 过热蒸汽控制指标如下 温度 390 5 压力 42 2kg cm2g 额定蒸发量 180t h 给水温度 116 锅炉设计热效率 90 纳 15 g L 电导 0 3 S cm 取高一级蒸汽品质标准 二氧化硅 20 g kg 5 4油气燃料的燃烧 5 4 1 燃烧及其基本原理和影响因素 所谓燃烧 是指燃料中的可燃物质与氧发生剧烈的 伴随发光发热的 化学反应 包括化学反应的放热过程 物质间的相互运动 热量传递 质 量传递 能量相互转化等一系列的物理 化学过程 为了实现燃烧 必须 1 有可燃物质 即燃料 2 有燃烧需要的足够数量的氧气 工程实际 中 氧气一般来自空气 3 有足够高的温度 换言之 燃烧的基本条件 为 可燃物质应按一定的比例与氧呈分子状态混合 参与反应的分子必须 具有一定的能量贮备 具有一定的温度 以克服分子间的内力 即当分子 碰撞时能够破坏起始物质的键 而后结合成稳定的新键 最后导致反应产 物的生成 需要有一定的时间 以保证反应进行完毕 浓度 温度和压力对反应速度的影响 浓度 依据质量作用定律 对反应 hHgGbBaA 则反应速度可表示为 b B a AC kCW k 为反应速度常数 不同的的反应 k 的数值不同 对于某一反应 k 是与浓度无关而与反应温度和催化剂等因素有关的系数 温度 大量实验证实 温度对化学反应速度的影响很大 常温下 温度每升 高 10 反应速度约提高 2 4 倍 燃烧过程中化学反应的速度几乎都随温度 的升高而迅速增大 温度对反应速度的影响 集中反映在反应速度常数 k 上 在大量实验 的基础上 阿累尼乌斯于 1889 年提出了反应常数 k 与反应温度 T 的关系 RT E ekk 0 压力 反应速度与反应压力也呈正变关系 在一般的锅炉燃烧中常可忽略不 计 这是因为燃烧室中的压力 接近常压且变化范围不大的缘故 5 4 2 油的燃烧 油的燃烧过程及特点 油的燃料方式分为两类 一类为预蒸发型 另一类为喷雾型 预蒸发型 的燃烧方式是使燃料在进入燃烧室之前先蒸发为油蒸气 然后以不同比例与 空气混合后进行燃烧室中燃烧 如汽油机和燃气轮机等 喷雾型燃烧方式是 将液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微小油滴 约 50 200 m 组成的雾化 锥气流 在雾化的油滴周围存在空气 当雾化锥气流在燃烧室被加热 油滴 边蒸发 边混合 边燃烧 由于油的沸点比着火温度低 故不会直接在液滴 表面形成燃烧的火焰 而是蒸发的油蒸气离开油滴表面扩散并与空气混合燃 烧 因此 火焰面离开油滴表面有一定的距离 锅炉中的燃烧一般都采用喷 雾型燃烧方式 喷雾型燃烧主要有 4 种物理模型 预蒸发型气体燃烧 气相燃烧 液滴 群扩散燃烧 复合燃烧 部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发 实际在工程上 主要为后两种燃烧方式 这两种方式介于预蒸发型气体燃烧和滴群扩散燃烧 之间 由于喷出的雾滴大小不均匀 较小的液滴容易蒸发 在火焰区前方已 蒸发完毕 形成预混型火焰 较粗的液滴在到达火焰区时尚未蒸发完毕 此 时可能产生滴群扩散火焰 也可能由于滴径已缩得过小而只有蒸发 这两种 燃烧情况下 蒸发因素 反应动力学因素 紊流因素等将对燃烧产生影响 油的燃烧过程大致可分为 雾化 蒸发 扩散混合和着火 燃烧等 5 个阶段 前 3 个阶段是一个物理过程 是保证稳定着火 充分燃尽的必要条 件 特别是雾化和混合的好坏直接影响到燃烧化学反应的进程和燃烧效率 大多数油的沸点不高于 200 因此油的燃烧特点是油先蒸发成油蒸气 油蒸气与空气混合后才能燃烧 因此应加速油的蒸发过程 即在一定的加热 温度下尽量增大蒸发的的表面积 亦即需要维持燃烧室较高的温度并改善喷 嘴的雾化质量 另外工程上还常采用旋转气流以便在中心形成回流区 使高 温烟气回流至火焰根部加热雾化气流 使之着火 燃烧 实验表明 油燃料在 600 以下进行热裂解时 碳氢化合物呈较对称地 分解 分解成为轻质碳氢化合物和自由碳 在高于 650 时 呈不对称地分 解 除分解成为轻质碳氢化合物和碳黑外 尚有重质碳氢化合物 并且温度 越高 分解速度越快 锅炉燃烧中常采用如下措施来设法使雾化气流出口区 域的温度适当降低 即使发生热裂解 也只产生对称的轻质碳氢化合物 而 这种化合物易于燃烧 使雾化的油滴尽量细 达到迅速蒸发和扩散混合 避 免高温缺氧区的扩大 油的雾化 油的雾化方式分两类 1 主要靠附加介质的能量使油雾化 这种附加介质称为 雾化剂 工程 上采用的雾化剂时空气或蒸汽 个别的也有用煤气或燃烧产物的 根 据雾化剂压力的不同 这类方法还可以分为 高压雾化 100kPa 以上 中压雾化 10 100kPa 低压雾化 3 10kPa 2 主要靠液体本身的压力能把液体以调速喷入相对静止的空气中 或以 旋转方式使油流加强搅动 使油得到雾化 后一种叫油压式 或机械 式 雾化 油雾化的影响因素 1 油温的影响 改变油温非唯心改变油的粘度和表面张力 改善油的雾 化效果 例如 在燃烧高粘度重油时 不容易达到好的雾化质量 只 有将重油预热到较高的温度 即将其粘度降低 雾化质量则可随之得 到改善 而且雾化剂的喷出速度越小 粘度的影响越显著 2 雾化剂压力和流量的影响 雾化剂相对速度对颗料平均直径的影响是 较大的 相对速度越大 雾化后颗料平均直径越小 所以 高压油烧 嘴的雾化质量一般比低压好一些 雾化剂单位耗量颗料平均直径有较 大影响 在低压烧嘴中 由于雾化剂的流速不大 一般不超过 100m s 所以需要较多的雾化剂 当雾化剂耗量太小 小于燃烧空气 需要量的 25 30 时 雾化质量严重变坏 在高压喷嘴中 由于 雾化剂速度很大 雾化剂单位耗量可以小些 一般为燃烧空气需要量 的 10 左右 且过大的消耗 对改善雾化的效果不显著 3 油压的影响 采用气体作雾化剂的烧嘴 油压不宜太高 特别是对于 低压雾化的油烧嘴 油压过高 油流股的速度太快 油流股会穿过雾 化剂流股 使油得不到良好的雾化 在有的生产的炉子上可以看到 油压高时 油火焰中会有一条 黑线 对于高压雾化的油烧嘴 除 了上述原因油压不宜太高外 另一方面要考虑高压雾化剂在和油流股 相遇时 主要是对于内混式烧嘴 雾化剂反压力的大小 油压应高于 该反压力 否则油会被雾化剂封住而喷不出来 所以高压内混式烧嘴 比外混式油压要高 有时接近雾化剂压力 机械雾化烧嘴则与油压呈 正变关系 4 油烧嘴结构的影响 油烧嘴结构对雾化效果影响很大 一般说来 为 了减小颗粒平均直径 改善雾化质量 可以采取减小雾化雾化剂和油 的出口断面 采用这些措施要与其它条件相配合 例如 油或雾化剂 喷口减小时 则为了保证一定流量 要求提高压力 油孔过小容易堵 塞 雾化剂旋转度过大会与油流股分离 反而雾化不好 等等 油的配风 为了保证燃油锅炉能够良好地燃烧 除了要有良好的雾化质量外 还必 须进行合理地配风 以使燃料油与空气强烈混合 及时 充分地供应燃烧所 需要的氧气 一般说来 配风应遵循如下原则来进行 1 必须有根部风 燃烧油燃料时 固态物的产生来自两个方面 一是油 粒燃烧后的剩余物 二是油气热分解后产生的碳黑粒子 这种热分解 产生的碳黑粒子虽然很难完全避免 但却可以减少它的数量 如果使 氧气和油气预先混合 即使氧气不能满足完全燃烧的需要 油气也可 以被氧化而不会热分解 从而避免碳黑的产生 在实际的燃油锅炉中 减少碳黑的产生 常常布置一次风 也就是使一部分空气在油还没有 着火燃烧之前就混入油雾 通常把这部分空气称为根部风 应极力避 免将油雾喷在高温烟气的回流区中 而要通过创造根部风 使油雾在 空气流中 但应当注意 根部风的风量不能太大 否则会影响回流区 尺寸及着火条件 一般情况下 根部风量占总风量的 15 左右 2 油雾 空气早期混合要强烈 除根部在在着火前就和油雾混合外 其 余部分空气也应在燃烧器一出口就尽可能均匀地与油雾相混合 当一 台锅炉上安装数台燃烧器时 应注意使每台燃烧器的喷油量和风量相 适应 特别是组织低氧燃烧时 更应注意这一点 3 应有一个大小和位置都适当的回流区 在燃烧器出口产生一个回流区 对保持火焰的稳定 保证及时着火是很重要的 但若回流区的位置太 前 而且又较大 一直伸展到喷嘴的头部 则不仅对保护风口和配风 器不利 而且也不能根部送风 使燃烧恶化 因此 回流区应离开喷 嘴一段距离 4 后期混合要强烈 组织燃烧时 不仅要求燃烧器出口附近的早期混合 强烈 而且要求整个燃烧火焰从出口到火焰尾部都能混合强烈 以保 证燃尽和避免后期油雾的裂解析碳 为了实现上述目的 可以这样组织燃烧 1 对于配风器 将空气分为一次风和二次风 一次风起根部风的作用 它在 着火前就和油雾均匀混合 2 一次风应是旋转射流 以产生一个适当的回流区 保持火焰的稳定 3 二次风可以时直流的 或者为了控制火焰的形状 可有一个不大的旋流强 度 这样有利于早期混合 又由于直流气流衰减比较慢 有利于后期混合 5 4 3 气体燃料的燃烧 气体燃料燃烧特点及分类 气体燃料作为一种优质的锅炉燃料 有许多优点 燃烧方法简单 容 易实现自动化 智能化 点火停炉操作简单 过量空气系数可以接近 1 0 排烟热损失小 无灰渣产生 有害气体排放量也较小 有利于保护 环境 燃烧强度大 容积热负荷高等 但是 气