a绪论 第一章 电厂用水概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电厂化学设备及系统,660MW,超临界机组集控值班员理论培训,电厂化学设备及系统,660MW,超临界机组集控值班员理论培训,学习内容,绪论,第一章 电厂用水概述,第二章 水的预处理,第三章 水的预脱盐（超滤、反渗透）,第四章 锅炉补给水深度除盐,第五章 凝结水精处理,第六章 超临界机组热力设备腐蚀概述,第七章 热力设备的氧腐蚀和酸性腐蚀,第八章 超临界机组的水化学工况,第九章 冷却水系统的腐蚀与防护,第十章 热力设备的化学清洗,绪 论,一、超临界机组的工作特点,二、超临界机组对水质的要求,三、超临界机组的化学工作,发电厂类型,可以看出以下结论：,能量守恒定律；,火电厂可分为三大系统：燃烧系统、水汽系统、电气系统；,热力系统中的水汽是密闭、循环运行的；,火电厂是一个能量转化工厂。将燃料中的化学能最终转化为电能，电,是火电厂的产品。,能量转化过程示意图,锅 炉,汽轮机,发 电 机,蒸 汽,化学能,(,燃料,),热能,机械能,电能,Power Plant,一、超临界机组的工作特点,蒸汽参数超过水的临界状态的压力,( 22.129MPa),和温度,(374.15),的机组称超临界机组。实际运行的超临界机组的蒸汽参数大多在,23MPa,和,538,以上，我国,600MW,超临界火力发电机组的参数范围为,24-25MPa,，,538-566,。,超临界锅炉的典型水汽流程是：,给水省煤器螺旋水冷壁垂直水冷壁,汽水分离器顶棚和包覆过热器低温过热器,屏式过热器高温过热器集汽联箱。,超临界直流炉机组水汽流程如图,600MW,汽轮发电机组汽水循环流程,水、汽命名,(1),原水：,未经任何处理的天然水,(,如江河、湖、泊、海洋、地下水等,),称为原水，又称生水。,(2,),清水：,原水经过混凝澄清过滤后，去掉悬浮物的水称为清水。,(3),锅炉补给水：,原水经过各种方法净化处理后，用来补充热力发电厂汽水损失的水，称为锅炉补给水。可分为软化水、蒸馏水、除盐水和高纯水等。,(4),凝结水：,在汽轮机中做功后的乏汽冷凝成的水称为凝结水。,(5),疏水：,各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽冷凝水称为疏水。,(6),返回水：,热电厂向用户供热后，回收的蒸汽冷凝水称为返回水。,(7),给水：,送进锅炉的水称为给水。发电厂的给水主要由凝结水，补给水和各种疏水组成。,(8),锅炉水：,在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水称为锅炉水，习惯上简称炉水。,(9),冷却水：,用作冷却介质的水称为冷却水，又称循环水。主要是指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。,(10),饱和蒸汽：,炉水吸热蒸发成为湿分较大的蒸汽。,(11),再热蒸汽：,在汽轮机高压缸做功后的蒸汽，重新抽出进入锅炉再热器加热，然后再进入中压缸继续做功的蒸汽。,(12),过热蒸汽：,饱和蒸汽经过热器加热后的干蒸汽。,二、超临界机组的水质,水质不良还会引起热力设备的金属腐蚀，结垢和积盐。,三、超临界机组的化学工作,(1),锅炉补给水的净化处理。包括除去天然水中的悬浮物和胶体的澄清及过滤处理；反渗透预除盐处理，以及离子交换深度除盐处理。,(2),汽轮机凝结水的精处理。,(3),热力设备的腐蚀与防护及水化学工况。,思考题,1.,电厂如何将燃料的化学能转换成电能,?,2.,画出凝汽式电厂汽水系统流程图，并标出出各部分的设备名称和水汽名称。,3.,水质不良会引起什么现象,?,有什么危害,?,第一章 电厂用水概述,第一节 电厂用水的水源及水质特点,第二节 天然水中的杂质和天然水分类,第三节 电厂用水的水质指标,第四节 水质校核,第一节,电厂用水的水源及特点,一、水的结构,二、,水的特性,三、水的自然分布,四、水的运动,五、天然水中的杂质特性,六、锅炉补给水净化流程,一、水分子的结构,水的基本化学式为,H,2,O,。两个氢原子核排列成以氧原子核为顶的等腰三角形。水分子是一个极性很强的分子。在正极一方有两个裸露的氢核，在负极一方有氧的两对孤对电子，五个水分子之间形成四个氢键，其中每一个外围分子又再与另外的分子继续生成氢键。这种现象称为水分子的缔合现象，所以水是单个分子,H,2,O,和,(H,2,O)n,的混合物，,(H,2,O),n,称为水子的集聚体或聚合物。,二、水的特性,1,、水的状态,水在常压下有汽、液、固三态。在常压下，水的冰点为,0,，沸点为,100,。在自然环境中可以固体存在，也可以液体存在，并有相当部分变为水蒸汽。火力发电厂的生产工艺就是利用水的这种三态变化来转换能量的。,2,、水的密度,水的密度是,3.98,时最大为,1g/cm,3,。高于或低于此温度时，其密度都小于,1g/cm,3,。,3,、水的比热容,在所有的液体和固体物质中，水的比热容最大（,4.1868J/g,）同时水也有很大的蒸发热和溶解热。这是因为水加热时，热量不仅消耗于水温升高，还消耗于水分子聚合物的解离,(,氢键,),。,4,、水的溶解能力,水是一种优良极性溶剂。能溶解大量杂质。锅炉补给水净化的任务就是将水在自然界中所溶解的杂质除去。,5,、水的电导,因为水是一种很弱的两性电解质，能电离出少量的,H,+,和,OH,-,，所以即使是理想的纯水也有一定的导电能力，这种导电能力常用电导率来表示。,电阻率是对断面为,lcmlcm,、长,lcm,体积的水所测得的电阻，单位是欧姆,厘米,(cm),。,电导率是电阻率的倒数。电导率的单位是西门子,/,厘米,(S/cm,或,S/cm),。,25,时纯水的电导率为,0.0546,微西门子,/,厘米,(S/cm),。,6,、水的沸点与蒸汽压,蒸发,H,2,O(l) H,2,O,（,g,）,凝结,在温度一定的情况下，达到动态平衡时的蒸汽称为该温度下的饱和蒸汽，这时的蒸汽压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。,当水的温度升高到一定值，其蒸汽压力等于外界压力时，水就开始沸腾，这时的温度称为该压力下的沸点。,当气体高于某一温度时，不管加多大压力都不能将气体液化，这一温度称为气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化的压力称为临界压力。水蒸汽的临界温度为,374.15,，临界压力为,22.129MPa,。,7,、水的化学性质,（,1,）水能与金属和非金属作用放出氢,2Na+2H,2,O2NaOH+H,2,Mg+2H,2,OMg(OH),2,+H,2,3Fe+4H,2,O Fe,3,O,4,+4H,2,3Fe+4H,2,O Fe(OH),2,+4H,2,C+H,2,OCO+H,2,（,2,）水还能与许多金属和非金属的氧化物反应，生成碱和酸。,CaO+H,2,OCa(OH),2,SO,3,+H,2,OH,2,SO,4,CO,2,+H,2,OH,2,CO,3,（,3,）水有很强的稳定性，加热到,2000,时，才有,0.588%,的水分解：,2H,2,O=H,2,+O,2,水具有以上的特性，是水用来做热力发电厂能量转换的介质的先决条件。,三、水的自然分布,1,、生物圈,生物圈是指地球上有生命的部分，即地球上所有的生物,(,包括人类,),及其生存环境的总体。它是地球上最大的生态系统，其划分的范围在海平面以上,9km,到海平面以下,10km,，它包括了上千万种物种。生物圈中所有的生物都离不开水，水是生命最基础的物质，没有水就没有生命。,2,、水圈（水的分布）,地球是一个水量极其丰富的天体。海洋和陆地上的液态水和固态水构成了一个连续的圈层，覆盖着,3/4,以上的地球表面，称为水圈，它包括江河湖海中一切淡水和咸水、土壤水、浅层与深层地下水以及两极冰帽和高山冰川的冰，还包括大气中的水滴和水蒸汽。,水 的 分 布 比 例,四、水的运动：,自然循环运动：,水的社会循环,五、 水中杂质的综合特性,粒 径（,mm,）,10,-9,10,-8,10,-7,10,-6,10,-5,10,-4,10,-3,10,-2,0.1,分 类,真溶液,胶 体,悬浮物,成 分,主要离子,溶解气体,无 机,有 机,下沉物,（无机）,漂浮物,（有机）,阴,阳,主要,维量,Cl,-,SO,4,2-,HCO,3,-,CO,3,2-,HsiO,3,-,Na,+,K,+,Ca,2+,Mg,2+,O,2,CO,2,N,2,H,2,S,CH,4,SiO,2,H2O,Fe(OH),3,H,2,O,Al,2,O,3,H,2,O,腐殖质,富里酸,硅铝酸盐颗粒、,沙砾、粘土,动植物残枝,碎片,危 害,结垢、积盐、腐蚀,污染强碱性阴离子,交换树脂、硅垢,堵塞管路,污染阳树脂,特 征,透明,光照下混浊,浑浊,肉眼可见,分辨工具,质子显微镜,超显微镜,显微镜,沉降,1M,的时间,200a,2a,7d,2min,常用处理,方法,蒸馏、电渗析、反渗透、,闪蒸、离子交换,超 滤,精密过滤,自然沉降、过滤,混凝、澄清、过滤,六、火电厂用水特点,1,、,地表水（江河湖泊）,（,1,）江河水：因季节河流域不同水质有所不同。,低含盐量水,(500mg/L),为硫酸盐型水质，阳离子以,Na+,为主；,高含盐量水,(1000mg/L),为氯化物型水质，阳离子也以,Na+,为主。,（,2,）湖泊水：,淡水湖的离子总量为小于,1000mg/L,；,咸水湖的离子总量为,1000,25000mg/L,；,盐水湖的离子总量为大于,25000mg/L,。,五大淡水湖，即鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖、巢湖。青海湖为咸水湖。,2,、地下水：,埋藏在地表以下的所有天然水都称为地下水。按其埋藏的条件分为潜水,(,浅层地下水,),和承压水,(,深层地下水,),两种。浅层地下水是指分布在第一个隔水层以上靠近地表面的沉积物孔隙内水、风化岩石裂缝内水、碳酸盐岩溶洞内水等。深层地下水是指隔水层之间的水。,3,、海水：,海水是天然水体的主要组成部分，它覆盖的面积约占地球表面的,71,。含盐量特别高，约为,35g/L,左右。,七、地表水和地下水的差异：,1,、地表水江、河、湖水的特点是：,(1),悬浮物含量高。,(2),含盐量较低，硬度和,CO2,含量较低。,(3),地表水中的含氧量呈饱和状态。,(4),地表水易被污染。,2,、地表水海水的特点是：,(1),悬浮物含量高。,(2),含盐量很高，氯化物含量最高。,(3),含氧量呈饱和状态。,(4),海生动植物较多，尤其是贝类、藻类 等有机物含量很高。,3,、地下水的特点,(1),悬浮物和菌类含量低，水质清澈。,(2),水质和水温较稳定。,(3),溶解氧含量较低，游离二氧化碳含量较高。,(4),含盐量和硬度较地表水高（海水除外）。,(5),含有广泛的铁质。,(6),不易被污染。,八、锅炉补给水净化及处理,例,1,、某电厂取自黄河滩地地下水：,第四系全新潜水水井,24,眼，第四系上更新统浅层承压水,5,眼，设计水质按潜水与浅层承压水,10:1,比例混。工艺流程为：,由循环水弱酸树脂处理系统来水软水箱软水泵保安过滤器超滤装置超滤水箱高压泵反渗透装置淡水箱淡水泵逆流再生阳离子交换器逆流再生阴离子交换器混床除盐水箱除盐水泵主厂房热力系统。,出水水质量标准：,电导率：,0.15S/cm(25),二氧化硅：,10g/L,例,2,、,某火电机组，以长江水为水源。补给水处理流程为：,例,3,、某,4X300MW,电机组采用水库水为水源，,属地表水，含盐量为,302.16mg/L,，经混凝澄清后作为化学除盐水，锅炉补给水净化除盐工艺流程如下：,水库水,1330m/h,机加速澄清池（投加碱式氯化铝或聚丙烯酰胺）蓄水池生水加热器高效过滤器阳双室固定床除碳器中间水箱阴双室固定床混床除盐水箱凝结水贮水箱。,系统出水质量标准：,硬度：,0umol/l,； 二氧化硅：,20g/L,；,电导率：,0.3s/cm,。,某,660MW,超临界机组补给水处理系统工艺流程如下,：,主厂房生水加热器的来水原水箱超滤给水泵精密过滤器（,100,）超滤装置超滤水箱升压泵精密过滤器（,5,）高压泵反渗透装置淡水箱淡水泵逆流再生阳离子交换器除碳器中间水箱中间水泵逆流再生阴离子交换器混床除盐水箱除盐水泵主厂房凝水补水箱。,九、天然水中的主要几种化合物,1,、水中的碳酸化合物,K1 K2,CO,2,(aq)+H,2,O H,+,+HCO,3,-,2H,+,+CO,3,2-,根据平衡关系式得：,PH=6.35+lgHCO,3,-,-lgCO,2,PH=10.33+lgCO,3,2-,-lgHCO,3,-,1=CO,2,/C+HCO,3,-,/C+CO,3,2-,/C,由方程组绘成碳酸盐的电离度和,PH,的关系图：,从上图可以看出：,(1),当,PH4.3,时时，碳酸盐化合物全部转化为,CO2,；,(2),当,PH,值升高时，,CO2,降低，,(HCO3-),增大，当,pH,8.3,8.4,时，碳酸化合物全部转化为,HCO3-,；,(3)PH,值再继续升高,(,大于,8.3,时,),，,CO2,消失，,HCO3-,和,CO32-,同时存在，,HCO3-,含量降低，,CO32-,含量增大，当,pH=12,时，水中碳酸化合物几乎完全以,CO32-,的形态存在。,2,、硅酸化合物,K1 K2,H,2,SiO,3,H,+,+HSi0,3,-,2H,+,+Si0,3,2-,(,固体,),不同,PH,值时水中各种硅酸化合物的百分,硅酸形式,PH,值,5,6,7,8,9,10,11,H,2,SiO,3,100,99.9,99.0,99.9,50.0,8.9,0.8,HSiO,3,-,0.1,1.0,9.1,50.0,91.0,98.2,SiO,3,2-,0.1,1.0,十、天然水的分类,1,、按水质指标分类,（,1,）按含盐量分类,天然水按含盐量分四类,（,2,）按硬度分类,按水中硬度的含量，可将天然水分为五种类型,低含盐量水,中等含盐量水,较高含盐量水,高含盐量水,200mg/L,200,500mg/L,500,1000mg/L,1000mg/L,极软水,软 水,中等硬度水,硬 水,极硬水,9.0mmol/L,2,、按水处理工艺学,离子的结合顺序为：,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Na,+,+K,+,HCO,3,-,、,SO,4,2-,、,C1,-,（,1,）,碱性水,(BH),（,2,）,非碱性水,(HB),1,2Ca,2+,1,2Mg,2+,Na,+,+ K,+,HCO,3,-,1,2SO,4,2-,C1,-,1,2Ca,（,HCO,3,）,2,1,2Mg,（,HCO,3,）,2,NaHCO,3,+KHCO,3,Na,2,SO,4,+K,2,SO,4,NaC1+ KC1,1/2Ca,2+,1/2Mg,2+,Na,+,+ K,+,HCO,3,-,1/2SO,4,2-,C1,-,1/2Ca,（,HCO,3,）,2,1/2CaSO,4,1/2MgSO,4,Na,2,SO,4,+K,2,SO,4,NaC1+ KC1,1/2Ca,2+,1/2Mg,2+,Na,+,+ K,+,HCO,3,-,1/2SO,4,2-,C1,-,1/2Ca,（,HCO,3,）,2,1/2Mg,（,HCO,3,）,2,1/2MgSO,4,Na,2,SO,4,+K,2,SO,4,NaC1+ KC1,十一、天然水中的碱度,天然水中主要为：,B=OH,-,+HCO,3,-,+ 1/2CO,3,2-,+H,3,SiO,4,-,+B(OH),4,-,+1/2HPO,4,2-,+NH,3, OH,-,+ 1/2CO,3,2-, +HCO,3,-,酚酞碱度：,P= OH,-,+1/2 1/2CO,3,2-,甲基橙碱度,M,：,M= OH,-,+ 1/2CO,3,2-, +HCO,3,-,存在形式,碱度成分含量,P,与,M,与的关系,OH,-,CO,3,2-,HCO,3,-,OH,-,P=M,0,0,P=M,OH,-,、,CO,3,2-,2P-M,2,（,PM,）,0,M,2,P,HCO,3,-,0,0,M,P=0,，,M=H CO,3,-,十二、天然水的特点,1,地表水（江、河、湖、泊）：,(1),悬浮物和胶体含量较多，浊度较高。,(2),含盐量较低，硬度和,CO,2,含量较低。,(3),含氧量呈饱和状态。,(4),地表水易被污染；含有藻类，并具有色、臭、味。,2,地下水：,(1),经土壤和砂砾的过滤去除了水中大部分悬浮物和菌类，水质清澈。,(2),水质和水温较稳定。,(3),溶解氧含量较低，游离,CO,2,含量较高。,(4),含盐量和硬度较高。,(5),含有广泛的铁质。,(6),不易被污染。,3,、海水：,（,1,）含盐量特高，约,35g/L,左右。,（,2,）藻类和有机物含量很高。,（,3,）悬浮物含量很高。,海水的化学组分通常用盐度和氯度表示。盐度是表示海水含盐量的指标，一般为,35,左右；氯度是表示海水中氯化物含量的指标，一般为,20,左右。,十三、水质校核,（一）、水中阳离子与阴离子,（二）、含盐量和溶解固体,含盐量,100mg/L,的水样，,a,应,5,。,（三）、硬度,（四）、,pH,与碳酸盐化合物的关系：,在,pH8.3,的水中，,25,时,CO,2,、,HCO,3,-,与,pH,的关系应符合式,实测,pH,值与上述计算,pH,值的误差,a,应,0.2,例,某,600MW,火电厂采用地下水为水源的水质：,Ca,2+,=69.05mg/L,，,Mg,2+,=26.3mg/L,，,HCO,3,-,=298.87mg/L,，,SO4,2-,=82.04mg/L,，,Na,+,+K,+,=63.9mg/L,，,Cl,-,=61.04mg/L,，,游离,CO,2,=10.2 mg/L,，,PH=7.4,7.6,可溶硅为：,15.79 mg/L,（,1,）按水处理工艺这种水属哪类？可以形成哪些化合物，含量,为多 少,mmol/L?,（,2,）该种水质的硬度、碱度和含盐量各为多少,mg/L(,或,mmol/L)?,解：,1/2Ca,2+,=69.05/20.04=3.45 mmol/L,1/2Mg,2+,=26.30/12.15=2.16 mmol/L,Na,+,=63.9/22.99=2.78 mmol/L,HCO,3,-,=298.87/61.02=4.90 mmol/L,SO,4,2-,=82.04/48.03=1.71 mmol/L,C1,-,=61.04/35.45=1.72 mmol/L,（,1,）根据假想结合原则，该水非碱性水中的鎂硬水，其中有：,1/2Ca(HCO,3,),2,=3.45mmol/L,；,1/2Mg(HCO,3,),2,=1.45mmol/L,；,1/2MgSO,4,=0.71mmol/L,；,1/2Na,2,SO,4,=1.0mmol/L,；,NaCl=1.72mmol/L,。,(2),求硬度、碱度和含盐量：,含盐量,=Ca,2+,+Mg,2+,+Na,+,+HCO,3,-,+SO,4,2-,+C1,-,=483.39 mg/L,或 含盐量,=1/2Ca,2+,+1/2Mg,2+,+Na,+,=8.39mmol/L,含盐量,=1/2SO,4,2-,+HCO,3,-,+C1,-,=8.33mmol/L,硬度：,H,Ca,=3.45mmol/L,；,H,Mg,=2.16mmol/L,H=H,Ca,+H,Mg,=3.45+2.16=5.61mmol/L,；,H,F,=0.71mmol/L H,T,=4.90 mmol/L,H=H,F,+H,T,=5.61mmol/L,B,G,=0,按其硬度的大小为中等硬度水。,碱度：,P= 2.45mmol/L,；,M= 4.90mmol/L,；,答：（略）,思 考 题,1.,天然水中含有哪些杂质,?,2.,什么叫硬度、碱度、酸度,?,3.,硬度分为几种,?,4.,碳酸化合物在水中的存在形式与,pH,值有何关系,?,5.,硅酸化合物在水中的存在形式与,pH,值有何关系,?,6.,超,临界机组补给水处理系统工艺流程。,