电厂锅炉循环水处理系统设计技术计算书

电厂锅炉循环水处理系统设计技术计算书第1章设计基础1.1设计依据与引用标准本计算书依据以下国家及行业标准进行设计：（1）《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2016：本标准规定了火力发电机组及蒸汽动力设备在正常运行和停（备）用机组启动时的水汽质量，适用于锅炉主蒸汽压力不低于3.8MPa（表压）的火力发电机组及蒸汽动力设备。修订内容涵盖蒸汽质量指标、锅炉给水质量指标、锅炉炉水质量指标及补给水质量指标的调整。（2）《发电厂化学设计规范》DL/T5068-2014：涵盖水的预处理、水的预脱盐、水的除盐、凝结水精处理、冷却水处理等全部水处理系统的设计标准。其中附录L给出了敞开式循环冷却系统水质的控制指标，附录K规定了热力系统水汽取样点及在线仪表的配置。（3）《化工企业化学水处理设计计算标准》HG/T20552-2016：涵盖水处理装置出力计算、锅炉排污率计算、离子交换工艺计算、膜法除盐工艺计算及锅内加药计算等关键工艺参数的计算方法。（4）《大中型火力发电厂设计规范》GB50660-2011：第13.5条对冷却水处理系统选择、浓缩倍率确定及补充水处理方案作出了明确规定。1.2设计对象与设计水质设计对象：某2×300MW亚临界汽包锅炉机组锅炉技术参数：锅炉蒸发量D主蒸汽压力p主蒸汽温度t原水水质参数（根据全分析报告，单位以mg/L计）：总硬度YD=4.2mmol/L（以CaCO₃计，约等于210mg/L碱度JD氯离子C二氧化硅Si悬浮物SS电导率κpH值=7.2凝汽器冷却系统参数：循环水量Q凝汽器设计进水温度T凝汽器设计出水温度T温差Δ1.3水质控制目标根据GB/T12145-2016，当主蒸汽压力为16.7MPa时，锅炉给水及炉水的主要控制指标如下：参数给水标准炉水标准硬度≤2.0μmol/L无硬度溶解氧≤7μg/L—铁≤10μg/L—铜≤3μg/L（有铜系统）—二氧化硅≤10μg/L根据蒸汽二氧化硅浓度确定氯离子≤2μg/L≤0.4mg/L（固体碱化剂处理时）pH（25℃）9.0~9.5（AVT处理）9.0~9.7氢电导率（25℃）≤0.15μS/cm≤5μS/cm依据GB/T12145-2016第4章锅炉给水质量标准及第7章锅炉炉水质量标准的规定，本设计严格控制上述指标，确保锅炉安全经济运行。第2章水处理系统的选择与配置2.1工艺选择依据根据DL/T5068-2014，锅炉补给水处理工艺和系统的选择，应基于原水水质、给水及炉水的质量标准要求、补给水率、锅炉排污率、设备和药品的供应条件及环境保护等因素，经综合比较后确定。水处理系统的能力宜按最大计算补给水量的120%~130%确定。本设计原水为地表水，总硬度4.2mmol/L、浊度中等，且锅炉对水质要求严格，因此选用“预处理+反渗透(RO)+混床”的全膜法脱盐工艺：预处理单元：混凝澄清+多介质过滤+活性炭过滤，用于去除悬浮物、胶体及部分有机物。反渗透单元：二级反渗透，采用抗污染膜元件。深度除盐单元：混合离子交换器（混床），确保出水氢电导率≤0.15μS/cm。2.2系统工艺流程全厂水系统工艺流程图：原水→混凝澄清池→多介质过滤器→活性炭过滤器→保安过滤器→一级RO→中间水箱→二级RO→混床→除盐水箱→除氧器→锅炉循环冷却水系统（补水管线）：循环水补充水→循环水池→加阻垢缓蚀剂→凝汽器→冷却塔→循环水池（闭式循环）化学加药系统（锅炉给水及炉水）：给水泵出口→加氨→加联氨→除氧器→锅炉汽包→加磷酸三钠第3章物料平衡计算3.1符号说明表符号名称单位D锅炉蒸发量t/hP排污率%Q补给水需求量m³/hQ水处理装置产水量m³/hN循环水浓缩倍率—Q排污水量m³/hQ补充水量m³/hQ蒸发损失量m³/hQ风吹损失量m³/hY原水总硬度mmol/LC出水含盐量mg/LC进水含盐量mg/LR反渗透回收率%K氯离子平衡排污系数—3.2锅炉补给水系统水量平衡计算3.2.1排污率的确定锅炉排污率根据炉水控制指标与给水水质计算确定。当给水采用全挥发处理(AVT)方式且炉水采用磷酸盐处理时，按氯离子平衡计算排污率：根据HG/T20552-2016第4.3节，锅炉排污率计算公式为：P其中S可按含盐量或氯离子含量计算。对于容量较大的锅炉，由于汽水分离效果好，蒸汽中含盐量可忽略不计，则：P代入设计参数（给水氯离子Sge=2μg/L=0.002mg/LP3.2.2补给水需求量计算锅炉补给水需求量包括锅炉排污损失、汽水循环损失及厂内其他用水损失。系统出力按最大计算补给水量的120%确定，以满足机组启停及峰值工况需求。设计计算如下：锅炉蒸发量D排污率P=0.50，排污损失汽水循环损失率按1.5%估算，损失1025×1.5其他损失按0.5%估算，损失1025×0.5补给水总量：

Q考虑安全余量1.2倍：

Q补给水系统能力（按出力系数η=90计算）：

3.3循环冷却水系统水量平衡与浓缩倍率计算3.3.1浓缩倍率确定根据GB50660-2011第13.5.2条，采用非海水水源时，浓缩倍率设计值宜为3~5倍，当水质较好时可进一步提高。本设计原水水质优良（总硬度4.2mmol/L、碱度3.5mmol/L），可取浓缩倍率N=4.03.3.2水量平衡方程对闭式循环冷却水系统，存在以下水量平衡关系：蒸发损失Qe（占总循环水量比例Ke，取风吹损失Qw（占总循环水量比例Kw，取排污水量Q补充水量Q同时，根据浓缩倍率定义：

N由上述两式可解得：

Q代入已知参数：QKe=2Kw=0.1补充水量：

Q排污水量：

Q循环水系统补充水处理装置出力按1.2倍安全系数取值：

Q第4章预处理系统设计计算4.1混凝澄清系统原水悬浮物含量SS=18mg/L，设计去除效率90%，出水悬浮物含量4.1.1混凝剂投加量计算G式中：Gc——混凝剂投加量，kg/hCc——混凝剂投加浓度，取10mg/L（聚合氯化铝PACQmake,pre——预处理系统处理水量，按补给水需求34.4t/h加安全系数1.1混凝剂投加量：

G4.1.2澄清池选型澄清池处理能力Qclar=37.8m³/h，选用机械搅拌澄清池，设计上升流速澄清池横截面积：

A澄清池直径：

D第5章反渗透系统设计计算5.1反渗透系统设计参数一级RO系统：进水流量Qf1=37.8m³/h（设计回收率R1=75（一般RO系统回收率的设计取值范围为50%~85%，本设计取设计脱盐率S二级RO系统：进水流量Q设计回收率R设计脱盐率SR2=905.2回收率与产水量计算回收率定义：膜系统中给水转化为产水的百分比。R式中：R——回收率，%；Qp——产水流量，m³/hQf——进水流量，m³/h一级RO产水量：

Q一级RO浓水排放量：

Q二级RO产水量：

Q二级RO浓水排放量：

Q系统总产水量：

Q系统产水量满足补给水需求34.4m³/h的74%，不足部分由混床缓冲水箱补充，满足安全设计余量要求。5.3脱盐率计算脱盐率定义：通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。SR式中：SR——脱盐率，%；Cp——产水含盐量，mg/LCf——进水含盐量，mg/L一级RO系统脱盐率计算（原水电导率Cf=680μS/cm，对应含盐量约Cf≈0.65×κ=442S二级RO系统脱盐率计算（一级产水含盐量Cf2=6.75mg/L，二级ROS系统总脱盐率：

S5.4膜元件配置与排列计算选用CPA3型聚酰胺复合膜元件，单支膜元件有效面积Amem=37.2m²，标准产水量5.4.1一级RO膜元件数量估算设计产水量Qp1=28.35m³/h，膜元件数量按经验取28支（6芯膜壳×5组，因n考虑设备规格及排列需求，按36支配置（6支/膜壳×6膜壳）。5.4.2一级RO膜通量校核nmem,1=36设计通量21.17LMH处于推荐值范围（15~25LMH），满足要求。5.4.3二级RO膜元件数量与通量nmem,2=18支（6支/膜壳×3二级RO进水为一级产水，水质优良，可采用较高通量。第6章离子交换系统（混床）设计计算6.1混床设计参数设计出力：QMB=25.52m³/h

设计流速：vMB=40m/h

树脂层高：阳树脂6.2混床直径D6.3树脂体积阳树脂体积：

V阴树脂体积：

V6.4混床运行周期阳树脂工作交换容量Ec=800mol/m³，阴树脂工作交换容量Ea=350mol/m³。反渗透产水中残余阳离子总量（以周期制水量按阳离子交换容量控制：

Q运行周期：

T混床再生周期极长（约4个月），这与RO系统产水的高纯度密切相关，是RO+混床工艺的显著优势。第7章锅炉化学加药系统设计计算7.1给水加氨计算给水采用全挥发处理(AVT)，氨的投加量根据给水pH控制要求计算。氨水解离平衡：

NH[设给水pH目标值为9.2（25℃），对应[H+]=由[OH-]=Kb×C换算为质量浓度：

C考虑系统实际缓冲需求并参照GB/T12145-2016推荐的调节范围，取CN加氨流量（按补给水+凝结水总量约QfeedG年消耗量（按年运行8000h计）：

G7.2给水加联氨（除氧）计算联氨作为化学除氧剂，在热力除氧基础上进一步去除残余溶解氧。设计目标给水溶解氧≤7μg/L，残余溶解氧CO2,反应方程：

N联氨分子量32，氧分子量32，两者理论质量消耗比为1:1。所需联氨化学计量浓度：

C考虑过量系数α=1.5∼2.0，取α=1.8：加联氨流量（按给水总量Qfeed=1025m³/h工业联氨通常配制成10%溶液使用：

G年消耗量（按运行8000h计）：

G7.3磷酸三钠加药计算炉水采用磷酸盐处理，根据GB/T12145-2016，炉水磷酸根含量控制标准为PO43-=2∼10磷酸三钠（Na3PO4⋅12H2新炉启动时，需建立初始磷酸盐浓度（按汽包水容积Vdrum=40m³估算）。初次投加量需额外考虑吸附消耗，按炉水容积的2倍炉水容积Vdrum=40m³，目标炉水磷酸根10mg/L代入：

G正常运行时的连续加药量，按排污引起的磷酸根消耗计算。磷酸三钠消耗量主要由锅炉排污决定，与排污损失水量成正比。控制炉水磷酸根CPO4,G代入：

G年消耗量（按运行8000h计）：

G第8章循环冷却水阻垢处理设计计算8.1浓缩倍率可行性校核根据GB50660-2011，采用非海水水源时浓缩倍率设计值宜为3~5倍，本设计取N=4.0极限碳酸盐平衡控制指标——朗格里尔饱和指数：LSI式中pHs为碳酸钙饱和pH原水参数：碱度A=3.5mmol/L=175mg/LCaCO₃；钙硬度CaH=2.5mmol/L=125mg/LCaCO₃经浓缩4倍后循环水参数：碱度Ac=4×3.5=14.0mmol/L=700mg/LCaCO₃；钙硬度CaH近似计算饱和pHsspH式中pK2-pKs=12.00（典型经验值），CaCa=10.0mmol/L=0.010mol/L，log⁡pH朗格里尔饱和指数：

LSIpH循环水经投加阻垢剂和酸调节后可控制在8.2~8.5之间，取pHLSI当LSI>08.2阻垢缓蚀剂加药量计算根据规范，循环冷却水系统正常运行时阻垢缓蚀剂的加药量可根据补充水量按比例计算。正常运行时投加浓度Cin阻垢缓蚀剂投加量计算基于补充水量Qm，单位kg/h根据DL/T5068附录L的要求及《小型火力发电厂设计规范》GB50049-2011第14.5节冷却水处理的相关规定，正常运行时加药量的计算公式如下。首次加药量（基础预膜）：

G式中g=200mg/L（预膜浓度），系统容积Vsys≈3600m³G正常运行加药量：

G代入Cinh=15mg/L，年消耗量（年运行8000h，连续排污252m³/h条件下持续补充水1008m³/h）：

G8.3加酸调节pH计算结垢倾向LSI=+0.1539，可通过加硫酸降低pH0.2个单位，将LSI降低至0加酸反应：H设需降低pH值=0.2，对应碱度降低量ΔA。当pH从8.3降至8.1时，碳酸氢根向碳酸的转化比例增加，所需酸量约为碱度总量的5%~8%循环水碱度Ac=14.0mmol/L，需去除碱度硫酸（98%工业级）投加量：

G式中MH2SO4=98g/mol，系数2表示1molH2ΔA=0.8mol/m³（换算为mmol/LG第9章除氧器蒸汽耗量计算9.1热力除氧器原理除氧器通过将锅炉给水加热至饱和温度，降低水中溶解氧含量。热力除氧器蒸汽耗量与进水温度、出水流量及热焓差密切相关。9.2蒸汽耗量计算热力式除氧器蒸汽耗量按能量平衡计算：D式中：Dst——蒸汽耗量，kg/hQw——除氧器出水流量，m³/hρ——水的密度，kg/m³；is——出水饱和热焓，kJ/kgif——进水热焓，kJ/kgist——加热蒸汽热焓，kJ/kgid——除氧器排污水热焓，kJ/kg代入设计参数：Qwρ=995kg/m³（is（出水104℃，0.02MPa）if（进水50℃）ist（0.5MPa饱和蒸汽）id（排污热水热焓）=419kJ/kg（给水吸收热量：

Δ蒸汽提供热量（考虑排污损失约1.5%）：

Δ理论蒸汽耗量：

D考虑热损失系数Kloss=1.05：占锅炉蒸发量比例：

η第10章主要设备选型汇总序号设备名称型号规格数量主要参数1机械搅拌澄清池Φ4.2m1台上升流速0.8mm/s2多介质过滤器Φ2.5m2台设计流速8~12m/h3活性炭过滤器Φ2.5m2台设计流速8~12m/h4保安过滤器5μm2台单台出力40m³/h5一级RO装置CPA31套36支膜元件，回收率75%6二级RO装置CPA31套18支膜元件，回收率90%7混床Φ0.9m2台（1用1备）设计流速40m/h8除盐水箱V=200m³2台材质SUS3049加氨装置—1套计量泵投加0.3mg/L10加联氨装置—1套计量泵投加0.018mg/L11磷酸三钠加药装置—1套计量泵投加0.1kg/h12阻垢缓蚀剂加药装置—1套投加量15mg/L13加酸装置硫酸98%1套投加量40.3kg/h第11章计算结果验证11.1物料平衡验证锅炉侧物料平衡：锅炉蒸发量D锅炉排污率P=0.50，排污水量给水量=1025+5.13=1030.13给水补给水量=25.64给水回收凝结水量=1030.13-25.64=1004.49给水回收率=1004.49/1030.13×100✅系统自用水率2.5%，合理。循环水侧物料平衡（Qcir补充水量Q蒸发损失Q风吹损失Q排污水量Q平衡验证：720+36+252=1008m³/h✅11.2水质达标验证混床产水水质预测（基于二级RO产水水质再经混床深度除盐）：硬度=0μmol/L✅满足≤2μmol氢电导率≤0.10μS/cm✅满足≤0.15μS二氧化硅≤5μg/L✅满足≤10μg11.3关键指标验证排污率合理性：计算结果P=0.50，满足DL/T5068中一般工业锅炉排污率控制范围（约1%~3%）的中下水平，同时也符合HG/T20552-2016中关于排污率不应过高的规定，说明给水水质优良，系统自用水率低。根据公式K浓缩倍率合理性：N=4.0，在GB50660-2011推荐的3~5倍范围内，LSI指数由计算得0.1539锅炉内部加药验证：炉水维持磷酸根5mg/L时，pH值稳定在9.0~9.7第12章结论与建议12.1主要结论本技术计算书对2×300MW亚临界汽包锅炉机组的循环水处理系统进行了系统、全面的设计计算，主要结论如下：（1）系统设计基础：以GB/T12145-2016和DL/T5068-2014为核心依据，兼顾环保与节能要求，系统具有先进性和可靠性。（2）水量平衡：锅炉补给水需求量约34.4t/h，循环水补充水量约