全面解析火力发电厂化学水处理工艺

2017-12-04 11:32:24 pass 360

导读:热力系统中水的品质,是影响发电厂热力设备(锅炉、汽轮机等)安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的天然水中含有许多杂质,如果直接进入水汽循环系统,将会对热力设备造成各种危害。为了保证热力系统中有良好的水质,必须采用化水处理工艺对水进行适当的净化处理,并严格监督汽水质量。下面对火力发电厂化学水处理工艺进行解析。

在火力发电厂中,水进入锅炉后,吸收燃料(煤)燃烧释放的热能,转化为高温、高压的蒸汽,将高温、高压的蒸汽输送到汽轮机中,在汽轮机中,热能转化为机械能,推动汽轮机转动,并带动发动机将动能转化为电能。所以锅炉与汽轮机为火力发电的主要设备。为保证他们的正常运行,对锅炉用水的质量有很严格的要求,而且,机组中蒸汽参数愈高,对其要求愈严。这些对于我们化学工作者提出了更高要求。

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全面解析火力发电厂化学水处理工艺

全面解析火力发电厂化学水处理工艺

再生装置

一、水质概述

1、热力发电厂各种水质名称由于水在热力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同,水质常有较大的差别。根据实际的需要,我们常给予这些水以不同的名称:

原水:未经任何处理的天然水。

锅炉补给水:原水经过各种净化方法处理后,用来补充热力发电厂汽水损失的水。

凝结水:在汽轮机做功后的蒸汽经冷凝成的水。

疏水:各种蒸汽管道及用汽设备中的蒸汽冷凝水。

返回水:热电厂向热用户供热后,回收的蒸汽冷凝水。

给水:送进锅炉的水。

锅炉水:锅炉本体的蒸发系统中流动着的水。

冷却水:用作冷却介质的水。

2、热力发电厂中水处理的重要性

没有经过净化处理的天然水含有许多杂质,这种水如果进入水汽循环系统,将会造成各种危害。为了保证热力系统的良好水质,必需对水进行适当的净化处理和严格的水汽质量监督。

由于水汽质量不良引起的危害:

a.热力设备的结垢

b.热力设备的腐蚀

c.过热器与汽轮机的积盐。

3、水处理工作者应做好如下工作

a.净化原水即炉外水处理。

b.对给水进行除氧(或加氧)、加药等处理。

c.炉内水处理即加药和排污(汽包炉)。

d.凝结水处理。

e.对生产返回水进行除油除铁的净化处理。

f.对冷却水进行防垢、防腐、防止微生物处理。

g.发电机内冷水处理。

h.对热力系统各部分的汽水质量进行监督。

i.废水、污水及中水处理(环保)。

4、水质概述

水质指标:

按离子(NH4+)

钾离子(K+)

钠离子(Na+)

镁离子(Mg2+)

钙离子(Ca2+)

钡离子(Ba2+)

二氧化碳(CO2)

碳酸根(CO32-)

碳酸氢根(HCO3-)

亚硝酸根(NO2-)

硝酸根(NO3-)

氯离子(CI-)

5、水中杂质的分类

5.1按杂质或离子粒径分

粒径      

10-7    10.6   10-5  70-4  10-3   10-2    10-1     1    10 (mm)

分类  

真溶液

胶体溶液

悬浮液

特征

透明

光照下浑浊

浑浊

肉眼可见

常用处理法

离子交换、电渗析、反渗透

超滤 

精密过滤

自然沉降、过滤

棍凝、澄清、过滤

5.2按主要水质指标分类

a.低含盐量水:含盐量在200mg/L以下;

b.中等合盐量水:含盐量为200-500mg/L;

c.较高含盐量水:含盐量为500-1000mg/L;

d.高含盐量水:含盐量在1000mg/L以上;

杂质名称 

对水质的影响

泥沙、粘土

1、使水浑浊、沉积于各配管装置系统的锅炉热交换器中。

2、产生粘泥。

3、沉积在离子交换树脂上,影响其工作使交换容量下降。

藻类、微生物

1、使水产生色度,并有不愉快的气味。

2、产生粘泥。 

某些有机物

1、产生沉积;

2、污染离子交换树脂;

3、进入锅炉,易使炉水起泡,产生汽水共腾。

4、降了氏炉水pH值,造成酸性腐蚀。

胶体硅 

1、在锅炉内沉积;

2、易使炉水起泡,产生汽水共腾;

3、高压炉因选择性携带而产生蒸汽通路的硅沉积。

铁、铝化合物

1、炉内结垢;

2、产生垢下腐蚀。

高分子有机物

1、污染离子交换树脂,使其工作交换容最降低;

2、易使炉水起泡,从而使蒸汽品质变坏。

3、降低炉水PH值,造成酸性腐蚀。 

CL-

1、对不锈钢产生点蚀。

2、使水中含盐虽增加 

SO42-

1、与Ca2+结合生成硫酸钙水垢。

2、使水中含盐量增加 

HCO3- 

1、在锅炉内分解、产生碱性腐蚀,并易使炉水气泡。

2、在蒸汽中产生COZ腐蚀。

Ca2+,Mg2+,Na

1、在锅炉、热交换器内产兰丝吉垢。

2、增加含盐量。

3、增加水的腐蚀倾向。

Fe2+,Mn2+

1、污染离子交换树脂,产生中毒不易再生。

2、过炉内结垢。

3、产生垢下腐蚀。 

二、锅炉补给水的预处理

水的预处理:除去天然水体中含有的泥砂、粘土、腐殖质等悬浮物和胶体杂质及细菌、真菌、藻类、病毒等这些杂质的混凝、澄清、过滤、超滤等工艺。

经过预处理后的水,如作为锅炉补给用水,还必须除去水中溶解性的盐类,如不首先除去这些杂质,后续除盐处理将无法进行。

预处理是锅炉补给水处理工艺流程中的一个重要环节。

1混凝澄清处理

化学混凝:投加化学药剂(混凝剂)使得胶体分散体系脱稳和凝聚的过程。

混凝澄清处理:在混凝过程中,合有微小悬浮微粒和胶体杂质被聚集成较大的固体颗粒,使颗粒性的杂质与水分离的过程。

1.1胶体的稳定性和电位

胶体在水溶液中能持久地保持其悬浮的分散状态的特性叫做稳定性。水中的同类胶体带有相同的电荷,彼此之间存在着电性斤力,使之不能聚合。表面有一层水分子紧紧地包围着,称为水化层,它阻碍了胶体颗粒间的接触。

使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳。

胶体所带的电荷影响胶体的凝聚。当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时,剪切面(滑动面)上的电位,称之为犷电位。若犷电位愈大,则胶体就愈稳定;若电位等于零,胶体不带电荷,这时胶体极不稳定,易于彼此聚合成大块而沉降。

1.2胶体的脱稳、凝聚和絮凝

改变胶体颗粒的某些特性,使之失去稳定性称之为胶体的脱稳。

在布朗运动的作用下,相互凝聚成细小絮凝物的反应过程称为凝聚。

细小絮凝物在范德华弓}力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下,相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。向水中投加混凝剂后,经过混合、凝聚、絮凝等综合作用,可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物。

凝聚和絮凝的全过程称为混凝。

1.3常用的混凝药剂

·常用的混凝剂主要分为铝盐和铁盐两类:

铝盐中以硫酸铝和聚合铝为主;

铁盐中以三氯化铁和聚合硫酸铁居多。

铁盐与铝盐相比,铁盐生成的絮凝物密度大,沉降速度快,pH适应范围宽;混凝效果受温度的影响比铝盐小;但投加铁盐时要注意,设备运行不正常时,带出的铁离子会使出水带色,并可能污染后续除盐设备。

·助凝剂分无机类和有机类。

典型的无机助凝剂有氧化钙、水玻璃、膨润土有机类的助凝剂有聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酞胺(PAM)等。

1.4影响混凝效果的因素

通常以出水的浊度来评价混凝处理的效果。因为混凝澄清处理包括了药剂与水的混合,混凝剂的水解、经基桥联、吸附、电性中和、架桥、凝聚及絮凝物的沉降分离等一系列过程,因此混凝处理的效果受到许多因素的影响,其中影响较大的有:

pH值的影响

pH是指加药后的水的pH,pH的影响主要是pH对混凝剂的水解产物的形态、混凝效果和对原水有机物的影响。

水的碱度;

混凝剂的剂量;

水力条件对混凝效果的影响;

水温的影响;

水中阴离子的组成;

接触介质的影响;

水的浊度。

2常用混凝澄清设备

2.1混合设备

分管道混合,水泵混合,水力混合和机械混合等

2.2泥渣循环型澄清池

机械搅拌澄清池

2.3气浮澄清池

气浮澄清池机理及工艺过程水力循环澄清池

气浮澄清池

3水的过滤处理

水经过澄清处理后,其浊度通常在10一20mg/L需要进一步降低水中浊度。

水的过滤是一种去除水中悬浮颗粒状杂质的操作过程,过滤不仅可以降低水的浊度,而且还可以除去水中的部分有机物、细菌甚至病毒。

3.1过滤的基本概念

过滤:是杂质脱离流体在滤料颗粒表面被截流(大颗粒)、被吸附(小颗粒或带电粒子)的过程。即水通过过滤介质除去悬浮物等颗粒性

物质的过程。

用于过滤的材料称为滤料或过滤介质。石英砂是最常用的粒状过滤材料,过滤设备中堆积的滤料层称为滤层或滤床。

装填粒状滤料的钢筋混凝土构筑物称为滤池。

装填粒状滤料的钢制设备称为过滤器,运行时相对压力大于零的过滤器称之为压力式机械过滤器。

悬浮杂质在滤床表面截留的过滤称为表面过滤而在滤床内部截留的过滤称为深层过滤或滤床过滤。

水通过滤床的空塔流速简称滤速。

3.2过滤工艺的类型

按水流方向分有:

下向流、上向流、双向流等;

按填充滤料的种类分有:

单层滤料、双层滤料和三层滤料滤池;

按阀门分有:

单阀滤池、双阀滤池、无阀滤池等。

过滤设备通常位于澄清池或沉淀池之后,过滤浊度一般在15mg/L以下,滤出浊度一般在2mg/L以下。

3.3滤料的要求条件

作为滤料的固体颗粒材料必须满足下列要求:

有足够的机械强度,以减轻在运行和冲洗过程中因摩擦而磨损、破碎的程度。

具有足够的化学稳定性,在过滤过程中极少的发生溶解现象。

外形接近于球状,表面粗糙而有棱角。

价格便宜。

满足上述要求可用作滤料的有:

天然砂、人工破碎的石英砂、无烟煤、磁铁矿砂、石榴石、大理石、白云石、花岗石等,其中石英砂、无烟煤和磁铁矿砂较为常用。

3.4过滤的工作过程

过滤运行呈循环状态:

反洗神正洗神过滤组成的周而复始的过程。当颗粒状滤料工作到滤层中截留有较多量泥渣时,为了恢复其过滤能力,需要将滤层进行反冲洗,如果冲洗不当,会使滤池的水头损失加快、过滤周期缩短。

正洗是在反冲操作之后,将伎水的过滤方向通水,将不合格的出水排走。待正洗完成后,即可重新投入运行。

3.5滤池的反冲洗

滤池的反冲洗周期与以下因素有关

a.过滤速度、b.滤层厚度、c.滤料粒径、d.进水品质、e.要求的出水品质等。

在运行中一般以下列指标来决定反冲洗频率。

滤池的水头损失达到预定的极限值;

滤池的出水浊度达到预定的极限值;

滤池的运行时间达到一定值。

当滤池出水量达到一定值时。

以水头损失决定冲洗频率的较多。

3.6滤池的反洗强度

过滤设备反洗时,利用水的动力使滤层松动,滤料间高速水流产生的剪切力使滤料颗粒相互碰撞、摩擦,将粘在滤料颗粒表面的泥渣剥离下来。

为了保证良好的反洗效果,滤料的膨胀度和冲洗强度应保持适当,冲洗强度过小时,下部滤层浮不起来;冲洗强度过大时,滤料之间碰撞机率减小,细小滤料也易流失。

一般来讲—

石英砂的反洗强度为15一18L/(m2·s),

无烟煤的反洗强度为10一12U(m2·s),

反洗膨胀率为50%,

反洗时间为5一10min

3.7常用的过滤设备

重力式无阀滤池

基本结构

主要工艺参数

滤料:一般采用石英砂或天然河砂为滤料,粒径为0.5一1.2mm,滤层厚度)700mm。

过滤速度:设计时一般采用10m/h。

过滤周期:由水位自动控制,最大允许水头损失1.5一2.0米水柱。当进水浊度小于1OFTU时,过滤周期大于10h。

反冲洗强度:12一15L/(s·m2)。

反冲洗历时:4一5min。

重力式无阀滤池

压力式过滤器

a.基本结构

压力式过滤器(亦称机械过滤器)外壳为一个密闭的钢罐,在一定压力下进行工作。滤料层可以是单层、双层或三层。

当过滤阻力达到极限值时,停止运行进行冲洗。冲洗方式可根据需要采用水冲洗或辅助空气擦洗。冲洗时一般是先将过滤器内的垫层水放到滤层边缘,然后从底部送入压缩空气擦洗滤层,再用气、水同时冲洗,最后单用水冲洗。

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过滤速度:用于接触凝聚过滤时过滤速度应适当降低。

过滤周期:一般以水头损失控制,单双层滤料控制在5一6m水柱,三层滤料控制在10m水柱以内。

反冲洗强度:以滤层膨胀率达到40一50%为宜。

反冲洗历时:5一7min。

c.压力式过滤器的运行管理

·滤料装填

·滤料清洗

·过滤

·反洗

·正洗

·过滤器反冲洗时注意:

装填滤料时防止伤害滤帽等部件。反洗时不应有

跑滤料现象。遇到反洗时而出水仍然不清的异常

情况,应停止反洗,找出原因,必要时打开人孔,

检查设备内部构件是否损坏,而不应加大反洗强度,以免损坏设备及多孔板上的排水帽。

卧式过滤器

4超(微)滤

超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜处理。

膜孔径通常在5nm和0.1um之间。

分离悬浮物、大分子和胶体物质、细菌和微生物等杂质,对BOD和COD有部分的去除率。

所截留分子量(MWCO)在1000一500,000之间,其孔径大约在0.001一0.1 pm范围内。

可通过定期反洗和化学清洗,保持长期使用。

有平板式、管式、涡卷式等多种组件形式,但在火力发电厂主流超滤以中空纤维式超滤装置为主。

一般用在反渗透前的预处理。

4.1概念

·超滤

超滤是利用超滤膜为过滤介质,以压力差为驱动力的一种膜分离过程。在一定的压力下,只允许水、无机盐及小分子物质透过膜,而阻止水中的悬浮物、胶体、微生物等物质透过,以达到水质净化的目的。

·超滤膜元件

超滤膜元件是指具有端部密封的中空纤维式的膜丝束与外壳组成的元件。

·超滤膜组件

超滤膜组件是按一定技术要求将超滤膜与外壳、连接器等其他部件组装在一起的组合构件,一般还应包括产水取样或用于检测完整性的透明管等。

超滤产品按照膜分离的推动力可分为压力式和浸没式两种。

·超滤装置

超滤装置是指将若干个超滤膜组件并联组合在一起,并配备相应的水泵、自动阀门、检测仪表、支撑框架和连接管路等附件,能够独立进行正常过滤、反洗、化学清洗等工作的水处理装置。

·错流过滤

错流过滤是指超滤的进水以平行膜表面的流动方式流过膜的一侧,当给流体加压后,产水以垂直进水的方向透过膜,从膜的另一侧流出,形成产品水。

·全量过滤

全量过滤又称死端过滤,是指超滤的进水以垂直膜表面的方式流动,产水以平行进水的方向透过膜,从膜的另一侧流出,形成产品水。在电厂中,通常采用全量过滤。

。平均水回收率

平均水回收率是指超滤装置平均净产水流量和平均进水流量之比。

·超滤膜通量

超滤膜通量是指单位时间内通过单位超滤膜面积的产品水体积,单位为/(m2·h)。

  透膜压差

透膜压差指超滤膜进水侧与产品水侧之间的压力差;又称过膜压差。

4.2超滤膜组件的操作方式和工作过程

a.超滤膜组件的操作方式以压力式某产品为例。

b.超滤装置的工作过程

C.超滤对预处理的要求

超滤装置的进水一般应经过预处理,压力式超滤水处理装置一般应设计预过滤器;浸没式超滤水处理装置应保证进水中不含有易划伤超滤膜的颗粒物质和易缠绕膜丝的丝、带状物。

d.正常操作程序

一般正常操作程序为:产水一正洗一反洗一正洗一产水一,··…。

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5水的吸附和杀菌消毒处理

5.1活性炭吸附处理

采用混凝、澄清、过滤的预处理工艺对于水中的悬浮物、浊度的去除是十分有效的,但对有机物的除率为40%一50%0

另外,在锅炉补给水的预处理中,为了减少水中有机物而进行氯化处理,为了防止余氯对后续水处理材料(如离子交换树脂、反渗透膜)造成危害,必须考虑除去余氯。

目前除去水中余氯和有机物的主要方法之一就是采用活性炭吸附处理工艺。

a.活性炭的性质

活性炭是由多种含碳原料经脱水、炭化、活化、筛分加工制成。制造活性炭的原料包括木材、褐煤、泥煤、硬果壳、甘蔗渣、据末、动物骨

·物理性质

活性炭具有不规则的结晶或无定形结构。

活性炭不仅吸附能力强,而且吸附容量大,其主要原因就是它的多孔结构,比表面积可达到500一1500m2/g。多孔的构造和分布与活性炭的原料、活化方法和活化条件等因素有关。

·化学性质

活性炭在制造过程中有多种表面氧化物生成。

这些表面氧化物一般带有轻基、梭基、碳基等含氧官能团,使得活性炭表面带有微量电荷,表现出一定的选择性吸附特征。活性炭表面所带的含氧官能团和电荷的量随原料组成、活化条件不同而异。

·活性炭的理化性能

活性炭用作吸附处理时,表征其理化性能的技术指标有粒度、视密度、亚甲基蓝脱色力、碘吸附值。

b.影响活性炭吸附性能的因素

因活性炭对水中有机物的吸附量与很多因素有关,去除率在20%一80%之间,差别很大。

.活性炭的结构及特性

活性炭的孔径、空容分布及比表面积影响吸附容量。

.被吸附有机物的性质

·分子结构和表面张力

·有机物的分子量

·有机物的溶解度


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