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'山西大学工程学院毕业设计（论文）题目燃煤电厂锅炉水处理工艺系统分析系别动力工程系专业热能与动力工程班级S动1008班姓名周亚婷指导教师苏利红下达日期2012年2月20日设计时间自2012年2月27日22012年6月7日 毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称燃煤电厂锅炉水处理工艺系统分析2、题目来源自拟二、目的和意义燃煤电厂锅炉水处理的任务是采取有效措施保证锅炉的汽、水品质，防止锅炉结垢、积盐、腐蚀等不良现象发生。通过让学生进行锅炉水处理的毕业设计，使学生熟悉和掌握锅炉水处理的一些相关知识，以及了解目前工程上最新的水处理技术和方法，使学生提前接触到有关电厂化水车间中的水处理工艺系统，增强学生的实际工作能力，开阔学生的视野。三、原始资料1.《电厂锅炉原理及设备》2.《锅炉原理》3.《工业水处理技术》4.《电厂化学》5.《火电厂辅助生产设备及系统》6.《热力发电厂》四、设计说明书应包括的内容1.燃煤电厂用水介绍2.锅炉水汽质量标准 1.锅炉用水水质处理方法及系统2.电厂热力设备的腐蚀3.锅炉给水处理五、设计应完成的图纸无六、主要参考资料1.《电厂锅炉原理及设备》2.《锅炉原理》3.《工业水处理技术》4.《电厂化学》5.《火电厂辅助生产设备及系统》6.《热力发电厂》七、进度要求7、实习阶段第圄（、月日）至第圄（月日）共圄8、设计阶段第周（月日）至第周（月日）共周9、答辩日期第圄（年月日）八、其它要求 山西大学工程学院毕业设计论文燃煤电厂锅炉水处理工艺系统分析摘要随着电厂向高参数，大容量汽轮发电机组的发展，火力发电机组对水质要求越来越高，水处理技术变得尤为重要。如果不进行相关处理，必然会对管道、锅炉、汽轮机及其相关设备造成腐蚀、结垢，危及机组安全运行。本文主要讲述的是燃煤电厂锅炉水处理工艺系统分析的相关知识。主要是水的一些基本概念以及电厂水处理的一些预备工作，进而着重论述了水处理除盐的机理，介绍了除盐的一般方法。它包括锅炉水处理、预处理、反渗透、补给水深度除盐、凝水精处理等。【关键词】水汽质量标准；反渗透；补给水深度除盐；凝结水精处理；AVT;CWT2 山西大学工程学院毕业设计论文Coal-firedpowerplantboilerwatertreatmentprocesssystemsanalysisabstractWiththedevelopmentofthepowerplanttothehighparameter,large-capacitysteamturbinegeneratorset,thethermalpowergeneratingunitsonthewaterqualityrequirements,watertreatmenttechnologyisparticularlyimportant.Withoutprocessing,isboundtocausecorrosionofpipes,boilers,steamturbineandrelatedequipment,scaling,endangeringthesafeoperationofunit.Thisarticlestartsbydescribingthewatersomeofthebasicconceptsandsomeofthewatertreatmentplantofthepreparatorywork,andthenfocusesonthemechanismofwatertreatmentdesalinationintroducedthegeneralmethodofdesalination.Theyareboilerwatertreatment,pretreatment,reverseosmosis,thefeedwaterdepthofdemineralization,condensatepolishingprocessingandsoall.[Keywords]pretreatment;reverseosmosis;thefeedwaterdepthofdemineralization;condensatepolishingprocessing;allvolatiletreatment;combinedwatertreatment2 山西大学工程学院毕业设计论文目录第1章燃煤电厂用水介绍11.1我国水资源概况11.2电厂用水概述11.2.1电厂水处理的重要性21.2.2电厂锅炉水、汽质量标准31.3电厂锅炉的水循环71.3.1火力发电厂水汽损失71.3.2锅炉用水名称71.3.3天然水中的杂质8第2章锅炉用水水质处理方法及系统102.1水的预处理102.1.1预处理的具体方法102.2反渗透除盐112.2.1反渗透除盐的基本原理112.2.2反渗透膜的种类和性能122.2.3反渗透装置122.3锅炉补给水深度除盐132.3.1离子交换树脂132.3.2复床除盐162.3.3混合床除盐18iii 山西大学工程学院毕业设计论文2.1.1补给水除盐系统202.2凝结水精处理21第3章电厂热力设备的腐蚀223.1热力设备的氧腐蚀和酸腐蚀223.1.1氧腐蚀及其特征223.1.2热力设备的酸腐蚀223.2超临界机组的水化学工况223.2.1全挥发处理（AVT）水化学工况223.2.2联合水处理（CWT）水化学工况23结论26致谢27参考文献28外文原文30中文译文33IV 山西大学工程学院毕业设计论文第1章燃煤电厂用水介绍1.1我国水资源概况水是世界上分布最广的物质，几乎占据着地球表面的四分之三，构成了海洋、江河、湖泊以及雪和冰川，此外地层中还存在着大量的地下水，大气中也有相当数量的水蒸气。水在自然界中是不断循环的，地面水主要来自雨水，地下水主要来自地面水的渗流，而雨水又来自地面水的蒸发。水是一种溶解能力很强的溶剂，在自然循环的过程中，能溶解大气中、地表面和地下岩层中的许多物质，而且在天然水的流动过程中还会夹带一些固体物质，使天然水体中不同程度地还有各种杂质。水是工业部门生产过程中不可缺少的物质，由于工业部门不同，对水的质量要求也不同。在火力发电厂中，锅炉、汽轮机及其他附属设备组成热力系统，水进入锅炉吸收燃料放出的热能变成蒸汽，在汽轮机内蒸汽的热能转变成机械能，汽轮机带动发电机，将机械能变成电能。因此水是能量转换的重要工质。热力系统中的水质是影响火力发电厂热力设备(锅炉、汽机等)安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的原水，其中含有许多杂质，这种水是不允许进入热力设备中的水汽循环系统的，必须经过适当的净化处理，达到标准后，才能保证热力设备的稳定运行。我国水资源总量约2.8万亿m3,从地区分布而言，我国地表水资源是东南多，西北少,由东南沿海向西北内陆递减。从时程分布而言，我国地表水资源的时程分布也是极不均匀。1.2电厂用水概述电厂用水的水源主要有两种，一种是地表水；另一种是地下水。地表水是指流动或静止在陆地表面的水，主要是指江河、湖泊、水库水及海水。江河水的含盐量及硬度较低，其含盐量一般在50~500mg/L,硬度一般在1.0~8.0mmol/L,是电厂用水最合适的水源。但其最大的缺点是易受工业废水、生活污水及其他各种人为的污染。湖泊及水库水主要有江河水和大气水补给，水质与江河水类似。但由于水的流动性小，储存时间长，经过长期自然沉淀，因此浊度较低。又由于水的不断蒸发，故含盐量往往比江河水高。按其含盐量分，有淡水湖、微咸水湖，前两种可作为电厂用水的水源。大气水的含盐量一般不大于40~50mg/L,硬度一般不大于0.07~0.1mmol/L。这种水的纯度虽然较高，但是由于很难收集，加之它的量决定于气候条件，所以不能用作电厂用水的水源。海水由于长年的蒸发浓缩作用，所以其显著的特点是含盐量高，约35g/L左右，其中以氯化钠的含量为最高，约占50~60mmol/L,有时高达100~200mmol/L。各地海水水质组成基本上是相似的，各主要粒子之间的比例基本上是稳定的，只有HCO3一、CO32一含量的变化较大。常见离子含量的次序依次是(Na++K+)>Mg2+>Ca2+,Cl->SO42->(HCO3-+CO32-)。(HCO3-+CO32-)在海水中含量最小的原因是因为在河水流入海洋中时参与碳酸盐平衡的各离子的比例关系发生变化，一部分HCO3一转变成CO32-,并于水中的Ca2+反应生成CaCO3,CaCO3被水中有机生物吸收组成骨骼而沉积下来。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。海水必须经过淡化处理才能应用，未经过淡化处理的海水主要用来冷却交换器设备。位于海滨的火力发电厂，主要用海水作为凝汽器的冷却水。地下水指存在地球表面以下的土壤和岩层中的水。受外界影响小，水质比较稳定。地下水是由雨水和地表水经过地层的渗流而形成的。水流在地层渗透过程中，通过土壤和沙硕的过滤作用，悬浮物已基本或大部分除去，因而水中含盐量通常高于地表水。至33 山西大学工程学院毕业设计论文于含盐量的多少及盐类的成分，取决于地下水流经地层的矿物质成分、地下水深埋和与岩石接触时间等。我国水文地质条件比较复杂，各地区地下水含量相差很大。一般情况下，多雨地区如东南沿海地区及西南地区，由于地下水受大量雨水补给，故含盐量相对低些；干旱地区如西北、内蒙古等地，地下水含盐量较高。如果土壤中含有较多有机物时，氧气将消耗于生物氧化，产生CO2、H2s等气体，此气体溶于水中，使水具有还原性。还原性的水与高价铁钻矿石反应，是它们以低价离子状态进入水中，因此地下水游离CO2含量高，并普遍含有Fe2杯口Mn2+。溶解氧在地层中消耗后得不到补充，所以地下水中溶解含氧量很少。1.1.1电厂水处理的重要性在火力发电厂中，锅炉、汽轮机及其他附属设备组成热力系统，水进入锅炉吸收燃料放出的热能变成蒸汽，在汽轮机内蒸汽的热能转变成机械能，汽轮机带动发电机，将机械能变成电能。因此水是能量转换的重要工质。热力系统中的水质是影响火力发电厂热力设备(锅炉、汽机等)安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的原水，其中含有许多杂质，这种水是不允许进入热力设备中的水汽循环系统的，必须经过适当的净化处理，达到标准后，才能保证热力设备的稳定运行。如果品质不良的水进入水汽循环系统，就会造成以下几方面的危害：(1)热力设备的结垢如果进入锅炉或其他热交换器的水质不良，则经过一段时间的运行后，在和水接触的受热面上，会生成一些固体附着物，这些固体附着物称为水垢，这种现象称为结垢。结垢的速度与锅炉的蒸发量成正比。因此，如果品质不良的水进入高参数、大容量机组的水汽循环系统，就有可能在短时间内造成更大的危害。因为水垢的导热性能比金属的差几百倍，这些水垢又易形成在热负荷很高的锅炉炉管中，这样会使结垢部位的金属管壁温度过热，引起金属强度下降，在管内压力作用下，就会发生管道局部变形，产生鼓包，甚至引起爆管等严重事故。结垢不仅危害到锅炉的安全运行，而且会影响发电厂的经济效益。另外，在汽轮机凝汽器内结垢，会导致凝汽器真空度降低，使汽轮机达不到额定出力，热效率下降；加热器结垢会使水的加热温度达不到设计值，以致整个热力系统的经济性降低。而且热力设备结垢后还必须及时进行清洗，因此增加了机组的停运时间，减少了发电量，增加了清洗、检修的费用，以及增加了环保工作量等。(2)热力设备的腐蚀热力设备的运行常以水作为介质。如果水质不良，则会引起金属的腐蚀。由于金属材料与环境介质反应而引起金属材料的破坏叫做金属的腐蚀。火力发电厂的给水管道，各种加热器，锅炉的省煤器、水冷壁、过热器和汽轮机凝汽器都会因水中含有溶解性气体和腐蚀介质而引起腐蚀。腐蚀不仅会缩短金属的使用寿命，而且由于金属腐蚀产物转入给水中，使给水杂质增多，从而又缩短了在热负荷高的受热面上的结垢过程，结成的垢又会促进锅炉管壁的垢下腐蚀。这种恶性循环，会迅速导致爆管事故的发生。(3)过热器和汽轮机的积盐如果锅炉使用的水质不良，就不能产生高纯度的蒸汽，随蒸汽带出的杂质就会沉积在蒸汽流通部分，例如过热器和汽轮机里，这种现象称为积盐。过热器管内积盐会引起金属管壁过热，甚至爆管；汽轮机内积盐会大大降低汽轮机的出力和效率。特别是对于高温、高压的大容量汽轮机，它的高压蒸汽通流部分的截面积很小，所以少量的积盐就会大大增加蒸汽流通的阻力，使汽轮机的出力下降。当汽轮机积盐严重时，还会使推力轴承负荷增大隔板弯曲，造成事故停机。热力发电厂水处理工作就是保证热力系统各部分水汽有良好品质，防止热力设备腐蚀和积盐，所以在热力发电厂中，水处理工作对保证发电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。1.1.2电厂锅炉水、汽质量标准水分子是一种极性很强的分子，对许多物质具有很强的分散能力，并与其形成分散体系。由于水的介电常数很大，溶解能力很强，许多物质在水中有很大的溶解度，所以天然水中总是含有各种各样的杂质。GB/T12145-1999”火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量”自1999年10月修订颁33 山西大学工程学院毕业设计论文布后，随着水处理技术、热力设备防腐防垢技术和水汽品质监控技术的不断提高，特别是随着机组参数的逐渐提高，电厂对水处理方式和水汽质量监控提出了新的要求，原有标准已不适应新的机组设备和技术的要求，为此在2008年对原标准进行了修订，由国家质量监督检验检疫总局发布。此标准在起草过程中主要参考了几个主要工业国家的水汽质量标准或导则，并结合我国新的科研成果和运行经验，对其部分内容进行了修订。本标准（GB/T12145-2008）适用于锅炉主蒸汽压力不低于3.8MPa（表大气压）的火力发电机组及蒸汽动力设备，规定了其在正常运行和停（备）用机组启动时的水汽指标。1.蒸汽质量标准汽包炉的饱和蒸汽和过热蒸汽质量以及直流炉的主蒸汽质量应符合表1-1规定。表1-1蒸汽质量过热蒸汽压力MPa钠ug/kg氢电导率us/cm二氧化硅ug/kg铁ug/kg铜ug/kg标准值期望值标准值期望值标准值期望值标准值期望值标准值期望值3.8~5.8<15一<0.30一<20一<20一<5一5.9〜15.6W5<21)0.151)0.10<20010<15010<3<215.7〜18.3W5<20.1510.101)<20010<10<5<3<2>18.3<3<2<0.15<0.10010<5<5<3<2010.30us/cm,期望值不大于1）没有凝结水精处理除盐装置的机组，蒸汽的氢电导率标准值不大于0.15us/cm。33 山西大学工程学院毕业设计论文1.锅炉给水质量标准（1）给水的硬度、溶解氧、铁、铜、钠、二氧化硅的含量和氢电导率，应符合表1-2规定。表1-2锅炉给水质量炉电过热外八、、汽压力MPa氢电导率(25C),us/cm硬度mol/L溶解氧2铁铜钠二氧化硅ug/L标准值期望值标准值标准值期望值标准值期望值标准值期望值标准值期望值气包炉3.8~5.8一——<2.0<1550一10一一一应保证蒸汽二氧化硅符合标准5.9~12.60.30——一<730一<5一一一12.7~15.60.30——一<720一<5一一一>15.60.151)0.10一<71510<3<2一一2010直宛炉5.9~18.30.150.10一<710<5<3<2<5<21510>18.30.150.10一<7<5<3<2<2<3<210<51）没有凝结水精处理除盐装置的机组，给水氢电导率应不大于0.30us/cm。2）加氧处理溶解氧指标按表1-4控制。液态排渣炉和原设计为燃油的锅炉，具给水的铁、铜的含量，应符合比其压力高一级锅炉的规定。（2）全挥发处理给水的pH值、联氨和总有机碳（TOC）应符合表1-3规定表1-3给水的pH值、联氨和TOC标准炉型锅炉过热蒸汽压力MPapH(25C)联氨ug/LTOCug/L汽包炉3.8~5.88.8~9.3一一5.9~15.68.8~9.3（有铜给水系统）或9.2~9.61）（无铜给水系统）<30《5002)>15.6<2002直流炉>5.9<2001）对于凝汽器管为铜管，其它换热器管均为钢管的机组，给水pH值控制范围为9.1~9.4。2）必要时监测。33 山西大学工程学院毕业设计论文(3)直流炉加氧处理给水的pH值、氢电导率、溶解氧含量和TOC应符合表1-4规牛7Ho表1-4加氧处理给水pH值、氢电导率、溶解氧含量和TOC标准1)pH(25C)氢电导率(25C),us/cm溶解氧ug/LTOCug/L标准值期望值8.0~9.0<0.15工0.1030~150<2001)采用中性加氧处理的机组，给水的pH控制在7.0~8.0(无铜给水系统)，溶解氧50ug/L~250ug/L。1.凝结水质量标准(1)凝结水的硬度、钠和溶解氧的含量和氢电导率应符合表1-5规定表1-5凝结水泵出口水质锅炉过热蒸汽压力MPa硬度mol/L钠ug/L溶解氧"ug/L氢电导率(25C),us/cm标准值期望值3.8~5.8<2.0一<50一5.9~12.6<1.0一<50工0.30一12.7~15.6<1.0一<40<0.30<0.2015.7~18.3〜02)<5<30<0.30<0.15>18.3〜0<5<20<0.20<0.151)直接空冷机组凝结水溶解氧浓度标准值应小于100ug/L,期望值小于30ug/L,配有混合式凝汽器的间接空冷机组凝结水溶解氧浓度宜小于200ug/L。2)凝结水有精处理除盐装置时，凝结水泵出口钠浓度可放宽至10ug/L。(2)凝结水精处理除盐后水中二氧化硅、钠、铁、铜的含量和氢电导率应符合表1-6规定。表1-6凝结水除盐后的水质氢电导率(25C),us/cm钠铜铁二氧化硅ug/L标准值期望值标准值期望值标准值期望值标准值期望值标准值期望值<0.15<0.10<5<2<301<5<3<15010<0.15<0.10<301<201<5<3<10W52.锅炉炉水质量标准汽包炉炉水的电导率、氢电导件水汽品质专门试验确定，可参照表1-8的规定控制。。二氧化硅和氯离子含量，根据制造厂的规范并迪过1-7的规定控制，炉水磷酸根含量与pH指标可参照表33 山西大学工程学院毕业设计论文表1-7汽包炉炉水电导率、氢电导率、氯离子和二氧化硅含量标准锅炉汽包压力MPa处理力式二氧化硅氯离子电导率(25C)us/cm氢电导率(25C)us/cmmg/L5.9~10.0炉水固体碱化剂处理《2.002一<150一10.1~12.6<2.002一<60一12.7~15.8炉水固体碱化剂处理《0.452"<1.5<35一>15.8炉水固体碱化剂处理<0.20<0.5<20<1.53)炉水全挥发处理<0.15<0.3一<1.01）均指单段蒸发炉水。2）汽包内有清洗装置时，其控制指标可适当放宽，炉水二氧化硅浓度指标应保证蒸汽二氧化硅浓度符合标准。3）炉水氢氧化钠处理。表1-8汽包炉炉水磷酸根含量和pH标准锅炉汽包压力MPa处理力式磷酸*mmg/LpH1)(25C)单段蒸发分段蒸发标准值净段盐段标准值期望值3.8~5.8炉水固体碱化剂处理5~155~12<759.0~11.0一5.9~10.02~102~10<409.0~10,59.5~10.010.1~12.62~62~6<309.0~10.09.5~9.712.7~15.8<32)<3<159.0~9.79.3~9.7>15.8炉水固体碱化剂处理<12)一一9.0~9.79.3~9.6「炉水全挥发处理一一一9.0~9.7一1）指单段蒸发炉水。2）控制炉水无硬度。1.锅炉补给水质量标准锅炉补给水的质量，以不影响给水质量为标准，可参照表1-9的规定控制表1-9锅炉补给水质量锅炉过热蒸汽压力MPa二氧化硅ug/L除盐水箱进水电导率（25C）,us/cm除盐水箱出口电导率（25C）,us/cmTOC1)ug/L标准值期望值5.9~12.6一<0.20一<0.40一12.7~18.3<20<0.20<0.10<400>18.3010<0.15<0.10<2001）必要时监测2.减温水质量标准锅炉蒸汽采用混合减温时，其减温水质量，应保证降温后蒸汽中的钠、二氧化硅和金33 山西大学工程学院毕业设计论文属氧化物的含量符合蒸汽质量标准表1-1的规定。1.疏水和生产回水质量标准疏水和生产回水质量以不影响给水质量为前提，按表1-10控制。表1-10疏水和生产回水质量名称硬度，mol/L铁ug/L油mg/L标准值期望值疏水<2.5〜0<50一生产回水工5.0<2.5&100<1(经处理后)疏水和返回水应符合表中规定。若发现疏水不合格，应对各路疏水分别取样测定，找出不合格的原因。返回水应定期取样测定，若不合格要及时处理，合格后方可送入给水系统。生产回水还应根据回水的性质，增加必要的化验项目。2.闭式循环冷却水质量标准闭式循环冷却水质量可参照表1-11控制。表1-11闭式循环冷却水质量材质电导率(25C),us/cmpH(25C)含铁系统<30>9.5含铜系统<208.0~9.21.1电厂锅炉的水循环1.1.1火力发电厂水汽损失火力发电厂分为凝汽式电厂和供热式电厂两种。水汽循环系统在运行时，如下原因会造成水汽损失：(1)锅炉的排污放水，安全门和过热蒸汽放汽门对空排污，蒸汽吹灰和燃油的加热用汽。(2)汽轮机轴封处连续向外排气，抽气机和除氧器排气口会随空气排出一些蒸汽。(3)各种水箱的溢流和热水蒸发。(4)各管道系统法兰盘连接处不严密和阀门的泄漏。(5)厂内生活用汽，化学分析采样的流失。(6)生活用汽和取暖用热水。1.3.2锅炉用水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，因此根据实际需要给予这些水不同的名称。(1)原水。原水是指未经任何处理的天然水，它是热力发电厂中各种用水的来源。(2)锅炉补给水。锅炉补给水是指原水经过净化处理后，用来补充热力发电厂汽水损失的水。按净化处理的方向不同，分为软化水、蒸储水和除盐水。(3)凝结水。凝结水是指在汽轮机中做完功的蒸汽经冷凝而成的水。(4)疏水。疏水是指各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽冷凝水。(5)给水。给水是指送进锅炉的水，包括凝结水、补给水、疏水和返回水。33 山西大学工程学院毕业设计论文(6)锅炉水。锅炉水是指在锅炉本体的蒸发系统中流动的水。(7)冷却水。冷却水是指用作冷却介质的水，在电厂中主要是指通过凝汽器用来冷却汽轮机排气的水。(8)返回水。返回水是指热电厂向热用户供热后，回收的蒸汽冷凝水。1.3.3天然水中的杂质1.悬浮物悬浮物的颗粒较大，一般在100nm以上，它们在水中是不稳定的，在重力或浮力的作用下易于分离出来。比水重的悬浮物，当水静置时或流速较慢时会下沉，在天然水中常见的此类物质是砂子和粘土类无机物。比水轻的悬浮物，当水静置时会上浮，这类物质中常见的是动植物生存过程中产生的物质或死亡腐败的产物，它们是一些有机物。止匕外，还有些其密度与水相近的，它们会悬浮在水中。由于水中悬浮物的存在，使水体变浑浊。2.胶体胶体是指颗粒直径约为1~100nm之间的微粒。胶体颗粒在水中有布朗运动，它们不能靠静置的方法自水中分离出来。而且，胶体表面因带电，同类胶体之间有同性电荷的斥力，不易相互粘合成较大的颗粒，所以胶体在水中是稳定的。胶体大都是由于许多不溶于水的分子组成的集合体。有些溶于水的高分子化合物被看作胶体，是因为它们的分子较大，具有与胶体相似的性质。在天然水中，属于前一种胶体的主要是铁、铝和硅的化合物，是一些无机物。属于后一种的多是引动植物腐烂而形成的有机胶体，其中主要是腐殖质，它们是水体产生色、嗅、味的主要原因。水中胶体物质的存在，使水在光照下显得浑浊。3.溶解物质溶解物质是指颗粒直径小于1nm的微粒。它们大多都以离子或溶解气体状态存在于水中，现概述如下：(1)离子态杂质。天然水中含有的离子种类甚多，但在一般情况下，它们总是一些常见的离子，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等阳离子以及HCO3-、Cl-、SO42+等阴离子，它们是工业水处理中需要净化的主要离子。(2)天然水中离子态杂质来自水流经底层时溶解的某些矿物质，例如石灰石(CaCO3)和石膏石(CaSO42H2。)的溶解。CaCO3在水中的溶解度虽然很小，但当水中含有游离态CO2时，CaCO3容易转化为较易溶解的Ca(HCO3上而溶于水中。其反应为CaCO3CO2H2O>Ca(HCO3)2又如白云石(MgCO3CaCO)和菱镁矿(MgCO3),也会被含游离CO2的水溶解，其中MgCO3溶解反应可表示为MgCO3+CO2+H2O>Mg(HCO3)2由于上述反应，所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO3—、SO42+o在含盐量不大的水中，Mg2+的含量一般为Ca2+的25%~50%,水中Ca2+、Mg2+是形成水垢的主要成分。含钠的矿石在风化过程中易于分解，释放出Na+,所以地表水和地下水中普遍含有Na+0因为钠盐的溶解度很高，在自然界中一般不存在Na+的沉淀反应，所以在高含盐量水中，Na+是主要的阳离子。天然水这中K+的含量远低于Na+,这是因为含钾的矿物比含钠的矿物抗风化能力大，所以K+比Na+较难转移至天然水中。天然水中都含有Cl-,这是因为水流经地层时，溶解了其他的氯化物所以C「几乎存在于所有的天然水中。有些地区地下水中还含有较多的Fe2+和Mn",它们来源于土壤中铁、钮化合物，在缺氧条件下由于生物化学作用而转变为可溶的Fe2邛口Mn2+进入地下水中。33 山西大学工程学院毕业设计论文天然水中普遍含有硅酸，但形态复杂，变化幅度也较大。硅酸是锅炉给水处理中必须除去的主要杂质之一。（2）溶解气体。天然水中常见的溶解气体有氧（。2）和二氧化碳（CO2）,有时还有硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）和氨（NH3）等。天然水中02的主要来源是大气中的02的溶解。另外，水中藻类的光合作用也产生一部分的氧。地下水因不与大气接触，氧的含量一般低于地表水。天然水中CO2的主要来源为水体或泥土中有机物在进行生物氧化时的分解产物，也有时因地层深处进行的地质化学过程中而产生的。水中02和CO2的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。33 山西大学工程学院毕业设计论文第2章锅炉用水水质处理方法及系统2.1水的预处理水的预处理的目的主要是除去天然水中的泥砂、粘土、腐殖质及胶体颗粒，使浊度降低到1〜5mg/L。由于各地水文状况大不相同，水质各有差异。因此采用的工艺流程也不同，如混凝处理、沉降与澄清处理、过滤及吸附处理等。2.1.1预处理的具体方法天然水中含有许多杂质，必须经过一定的处理，方可作为锅炉补给水。水中的悬浮物、胶体和有机物采用混凝、沉降、澄清和过滤处理的方法，习惯称为水的预处理。1.混凝天然水中的悬浮物只用自然沉降的方法不能除尽，必须采用混凝处理后再进行过滤。混凝处理就是在水中加一种名为混凝剂的化学药品，这种药品会促使细小的颗粒变成大颗粒而下沉。从而达到去除悬浮物的目的。混凝处理的过程，就是在水中投加混凝剂后，经过混合、凝聚、絮聚等作用，最后使胶体颗粒和其他微小颗粒聚合成较大的絮状的综合过程。一般包括两个阶段：第一个阶段是胶体脱稳，指混凝剂与水混合并发生化学反应，形成带正电胶体与水中带负电胶体微粒产生电性中和，而是胶体失去稳定性的过程；第二个阶段是絮凝，指脱稳后的胶体微粒聚合成大颗粒絮凝物的过程。向水中加入一种名为混凝剂的化学药品，在水中产生电离、水解，当水的pH值合适时水解产物为带正电胶体。以硫酸铝［Al2(SO4)3•18H2O］作混凝剂，当它投入水中后发生如下反应：电离Al2(SO4)3-2A13++3SO42-水解Al3++3H2O-Al(OH)3+3H+当水的pH值合适时，Al(OH)3为带正电胶体。它们在反离子(如SO42-)的作用下渐渐凝聚成粗大的絮状物，然后在重力作用下沉降。2.沉淀与澄清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沉降。这里所说的悬浮颗粒可以是天然水中的泥沙、粘土颗粒，也可以是在混凝处理中形成的絮凝体。这些悬浮颗粒在沉降与澄清的过程中常有四种情况：当水中悬浮物浓度颗粒较小时，沉降过程可以按絮凝性的强弱分成离散沉降和絮凝沉降；当颗粒浓度较大而且颗粒具有絮凝性时，呈层状沉降；当浓度很大时，颗粒呈压缩状态沉降。3.过滤天然水经过混凝处理后，大部分悬浮物被除去，但仍有少量悬浮颗粒存在，需要进一步处理，进一步处理的方法为过滤。否则，在进行离子交换等处理时，会造成树脂污染妨碍运行。①原理。过滤即将含有少量悬浮物的水通过装有粒状颗粒状填料(称为滤料)的设备，水中悬浮物被截留下来，流出的是清水。过滤设备内所装粒状滤料，在水力的作用下是分层排列的，即大颗在下、小颗粒在上水从上向下流过滤层时，滤料颗粒表面吸附水中微小悬浮颗粒，被截留下来的悬浮物在滤33 山西大学工程学院毕业设计论文料表面发生彼此重叠和架桥过程，形成附加滤膜。在以后的过滤过程中，这层薄膜起主要过滤作用，这种过滤过程也称为薄膜过滤。部分小于滤料颗粒间孔隙的悬浮物，进入排列紧密的滤层内部，水在弯曲的通道内流动，有更多机会与滤料碰撞，水中的絮凝、悬浮物与滤料表面相互粘合，被滤料吸附和截留，称之为渗透过滤。②滤料。用作滤料的物质应具备以下条件：化学性能稳定，不影响出水水质；机械强度良好，使用中不易破碎；粒度适当。常用的滤料为石英砂、无烟煤、大理石等。③设备。过滤器是用普通滤料除去水中细小悬浮杂质颗粒的设备。常用的过滤器有普通过滤器、双流式过滤器、无阀滤池、活性碳过滤等。2.1反渗透除盐反渗透是一项高新股分离技术，其孔径很小，大都<10X1010-（10A）,它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒等。它已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、饮用蒸储水、太空水的生产，还应用于生物、医学工程。2.1.1反渗透除盐的基本原理如果将淡水（或纯水）和浓溶液用一种只能透过水而不能透过溶质的半透膜隔开，则纯水中的水会穿过半透膜至浓溶液一侧，这种溶剂通过半透膜进入一种溶液或者是从一种稀溶液向浓溶液的自然渗透现象叫做渗透。因此，在进行渗透过程中，由于浓溶液一侧液面的升高（见图2-1a）会产生压力，从而抑制淡水（或纯水）中的水进一步向浓溶液渗透。最后，当浓溶液液面距淡水（或纯水）面有一定高度（见图2-1b）,以至它产生的压力足以抵消其渗透倾向时，浓溶液的液面就不在上升。此时，通过半透膜进入浓溶液的水和通过半透膜离开浓溶液的水量相等，所以它们处于平衡状态。在平衡时，浓溶液和纯水之间的液面差表示着两种溶液的渗透压差。如果把淡水换成纯水，则此压差就表示盐水的渗透但是，如果在浓溶液侧外加一个比渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，则可以将浓溶液中的纯水挤出来，即变成浓溶液中水向纯水中渗透。由于其渗透方向和自然渗透方向相反（见图2-1c）,因此称其为反渗透。这种现象表明，当对浓溶液一侧施加的压力超过水的渗透压时，可以利用半透膜装置从浓溶液中除盐，这就是反渗透。ca图2—图因此，反渗透过程必须具备两个条件：一是必须有一种高选择性和高渗透性（一般指透水性）的半透膜；其二是操作压力必须高于浓溶液的渗透压。b33 山西大学工程学院毕业设计论文4-9反渗透原理a-正常渗透b-渗透平衡c-反渗透2.1.1反渗透膜的种类和性能1.反渗透膜材料反渗透膜材料包括各种有机高分子材料和无机材料。早期以醋酸纤维素和芳香聚酰胺系为主，现在应用更多的是复合膜。2.反渗透膜的性能一般来讲，反渗透膜应具有以下性能：透水率大，脱盐率高；机械强度大；耐酸、耐碱、耐微生物的侵袭；结构均匀，使用寿命长，性能衰减慢；原料充足，制取方便，价格较低。3.2.3反渗透装置反渗透膜应用于水处理工艺，除膜本身外，还需要2个配套部件：淡水室和浓水室（兼原水室）。所以，反渗透膜必须与其他器件一起才能组合成具有引进高压盐水和收集淡水功能的设备。这种具有进出水功能的脱盐单元成为膜元件。膜元件通常按水处理工艺需要，将多个股元件组合成更大的脱盐元件，形成反渗透装置。广义的讲，反渗透装置应包括所有膜组件、连接管道、阀门、仪表以及高压泵等相关设备，甚至可以延伸到整个反渗透系统；狭义的讲，反渗透装置仅指膜组件本身。1.板框式反渗透装置板框式反渗透装置是将两侧覆盖有微孔支撑板和反渗透膜的承压板交替迭合装配好后，装入密封的耐压容器中构成。这种装置比较牢固、运行可靠；单位体积中膜的表面积比管式的大，但比空心纤维式小。安装和维护费用较高；进料分布不均匀；流槽窄；多级膜装卸复杂；单位体积中膜的比表面积小，产水量小。适于小规模生产场所。2.管式反渗透装置管式反渗透装置是将半透膜敷设在微孔管的内壁或外壁进行反渗透，在压力下料液通过具有内壁膜的管子，穿过半透膜的产水从支撑管的小孔流出来，管内浓缩的盐水从管子另一端流出来。3.螺旋式（简称卷式）反渗透装置螺旋式反渗透装置的膜形成袋状，袋内有多孔支撑网，袋的开口端与中心管相通，二块袋状膜之间有隔网（盐水隔网）隔开。然后把这些膜和网卷成一个螺旋卷式反渗透组件，将此组件装在密闭的容器内即成反渗透装置。此种反渗透装置运行时，盐水在压力下送入此容器后，通过盐水隔网的通道至反渗透膜，经反渗透的水进入袋状膜的内部，通过袋内的多孔支撑网，流向袋口，随后由中心管汇集并送出。螺旋卷式的优点是结构紧凑，占地面积小；单位体积中膜的比表面积大。缺点是容易堵塞，清洗困难，因此对原水的预处理要求较严，不适于含悬浮固体的料液；料液流动线路短；压力消耗高；再循环浓缩困难。4.空心纤维式反渗透装置空心纤维反渗透装置中有几十万以至上百万根空心纤维，组成一圆柱形管束，纤维管一端敞开，另一端用环氧树脂封住，或者将空心纤维管做成U形，则可使敞口端聚集在一起，无需封另一端。将这种管束放入一个圆柱形外套里，此外套为一种压力容器。高压溶液从容器的一端送至设于中央的多孔分配管，经过空心纤维的外壁，从空心纤维管束敞开的一端把净化水收集起来，浓缩水从容器的另一端连续排掉。空心纤维的出现是反渗透技术的一项突破，其主要优点是：单位体积中膜的表面积大，因而单位体积的出力也大；膜不需要支撑材料，纤维本身可以受压而不破裂。其缺点是，不能处理含悬浮物的液料，所以对原水的预处理要求很严。33 山西大学工程学院毕业设计论文2.3锅炉补给水深度除盐天然水经预处理后，除了水中的悬浮物、胶体并降低了水中的有机物，但水中的溶解盐类并没有改变，因此用于锅炉补给水时，还必须作进一步处理。除去水中的溶解盐类最为普遍的方法是离子交换法。离子交换法除盐在火力发电厂水处理应用中有两种情况，一是对常规含盐量的水，直接用离子交换法进行深度除盐；另一种情况是对反渗透预脱盐之后的水进行深度除盐。2.3.1离子交换树脂离子交换法是指某些材料遇水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应的方法，这些材料称离子交换剂。在离子交换技术被应用的初期，采用的只是大然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于水处理中的离子交换剂是合成的离子交换树脂。1.离子交换树脂的组成离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构的高分子化合物。离子交换树脂的分子结构中，可以人为地分为两个部分：一部分称为离子交换树脂的骨架；另一部分是带有可交换离子的活性基团，它化合在高分子骨架上，起提供可交换离子的作用。活性基团也是由两部分组成：一是固定部分，与骨架牢固结合，不能自由移动，称为固定离子；二是活动部分，遇水可以电离，并能在一定范围内自由移动，可与周围水中的其他带同类电荷的离子进行交换反应，称为可交换离子。2.离子交换树脂的合成目前常用的离子交换树脂合成过程一般分为两个阶段：高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入活性基团的反应。即首先将单体制备成球状颗粒的高分子聚合物，然后在这种高分子聚合物上进行有机高分子反应，使之带上所需的活性基团。也有些离子交换树脂是由已具备活性基团的单体经过聚合，或在聚合过程中同时引入活性基团，直接一步制得的。下面简要介绍苯乙烯系离子交换树脂和丙烯酸系离子交换树脂的合成方法。(1)苯乙烯系离子交换树脂第一步：共聚。笨Z隔+二Z隔笨g鬓茶群(靴)(交雌)T(始物这里苯乙烯是主体原料，二乙烯苯的作用是在聚乙烯线性高分子间搭桥成网，故称二乙烯苯为交联剂。聚合物中有了交联剂便成了体型高分子化合物，为不溶的固体。共聚制得的聚合物不含可交换离子，为惰性树脂，习惯称白球。第二步：引入活性基团。在白球上引入各种活性基团，可制得交换离子不同的树脂。用于胺化的叔胺有两种：三甲胺［N(CH3)3］和二甲基乙醇胺［(CH3)2NC2H5OH］,用前者胺化所得产品为I型强碱性阴树脂，用后者胺化所得产品为II型强碱性阴树脂。如果胺化时采用伯胺、仲胺或NH3,则所得产品均为弱碱性阴树脂。(2)丙烯酸系离子交换树脂用丙烯酸甲脂或甲基丙烯酸甲脂代替苯乙烯，并与二乙烯苯共聚，制得丙烯酸共聚物，共聚物直接水解得丙烯酸系弱酸性阳树脂R-COOH,若将共聚物进行胺化，还可得到丙烯酸系弱碱性阴树脂。3.离子交换树脂的分类这里仅介绍水处理中常用离子交换树脂的分类。(1)按活性基团的性质分类离子交换树脂根据其所带活性基团的性质，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。带有酸性活性基团，能与水中阳离子进行交换的称阳离子交换树脂；带有碱性活性基团，能与水中阴离子进行交换的称阴离子交换树脂。按活性基团上H+或OH-电离的强弱程33 山西大学工程学院毕业设计论文度，又可分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂，强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。(2)按合成离子交换树脂的单体分类根据这种分类方法，将其分为苯乙烯系离子交换树脂和丙烯酸系离子交换树脂等。苯乙烯系离子交换树脂是以苯乙烯为主体原料、二乙烯苯为交联剂聚合后，再引入活性基团的高分子聚合物。丙烯酸系离子交换树脂是以丙烯酸甲脂或甲基丙烯酸甲脂为主体原料与二乙烯苯共聚制得的高分子聚合物。(3)按离子交换树脂的孔型分类按孔型的不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型两大类。①凝胶型树脂。这种树脂因聚合物呈透明或半透明状态的凝胶结构，所以称凝胶型树脂。凝胶型树脂的网孔通常很小，平均孔径约1〜2nm,且大小不一。在干的状态下，这些网孔并不存在，当浸入水中呈湿态时，它们才显示出来。凝胶型树脂因其孔径小，不利于离子运动，直径较大的分子通过时，容易堵塞网孔，再生时也不易洗脱下来。②大孔型树脂。这类树脂具有永久性网孔。大孔型树脂的特点是在整个树脂内部无论干或湿、收缩或溶胀都存在着比凝胶型树脂更多、更大的孔(孔径一般在20〜100nm)。1.离子交换树脂的性能离子交换树脂在水处理中能得以广泛应用，是因为它具有离子交换的性能和交换的可逆性。离子交换树脂性能的好坏，是离子交换法制取纯水的关键。(1)外观离子交换树脂是一种透明的物质，依其组合成份的不同，其颜色不同。树脂使用后的颜色往往比再生好的树脂稍深一些。树脂一旦被铁或有机物污染，颜色也会变深。离子交换树脂一般均呈球形，这是因为球形树脂单位体积的表面积最大，有利于交换;球形树脂填充状态好，流量分布容易均匀；水通过树脂层的压力损失较小，树脂磨损的可能性亦小。树脂呈球形状的百分率，通常用圆球率表示，一般可达90%以上。(2)粒度树脂颗粒的大小，对树脂交换能力、水通过树脂层的压力降以及交换和反洗时树脂的流失都有较大的影响。所以离子交换树脂应颗粒大小适中。离子交换树脂的颗粒大小不可能完全一样，所以一般不能简单地用一个粒径指标来表示。目前各国有关粒度的指标，除规定“有效粒径”和“均一系数”外，还规定了树脂粒度范围和限定大于粒度范围上限或小于粒度范围下限的粒径的百分数。有效粒径是指筛上保留90%体积树脂的相应试验筛筛孔孔径(mm),用符号d90表示。均一系数是指筛上保留40%体积树脂的相应试验筛筛孔孔径与保留90%体积树脂的相应试验筛筛孔孔径的比值，用符号K40表示。即显然，均一系数是一个大于1的数，该数越趋于1,则组分越狭窄，树脂的颗粒也越均匀。(3)密度33 山西大学工程学院毕业设计论文离子交换树脂的密度是指单位体积树脂所具有的质量，单位常用g/mL表示。因为离子交换树脂是多孔的粒状物质，所以有真密度和视密度之分。所谓真密度是相对树脂的真体积而言，视密度是相对树脂的堆积体积而言。由于在水处理工艺中，树脂都是在湿状态下使用的，所以与水处理工艺有密切关系的是树脂的湿真密度和湿视密度。①湿真密度。湿真密度是指树脂在水中经充分溶胀后的真密度。蠲密度⑷湿树脂的真体积是指树脂在湿状态下的颗粒体积，此体积包括颗粒内网孔的体积，但颗粒和颗粒间的空隙体积不应计入。树脂的湿真密度与其在水中所表现的水力特性有密切关系，它直接影响到树脂在水中的沉降速度和反洗膨胀率，是树脂的一项重要实用性能,其值一般在1.04〜1.30g/mL之间。②湿视密度。湿视密度是指树脂在水中充分溶胀后的堆积密度。*F淑棚般i密棚日的推积体积湿视密度可用来计算交换器中装载的湿树脂重量，此值一般为0.60〜0.85g/mL之间。树脂的湿视密度不仅与其离子型有关，还与树脂的堆积状态有关。树脂的密度与其交联度有关，交联度高，由于树脂的结构紧凑，所以密度也越大。通常阳树脂的密度大于阴树脂的，强型树脂的密度大于弱型树脂的。(4)含水率含水率是离子交换树脂固有的性质。为了使交换离子在树脂颗粒内能自由运动，树脂颗粒内须含有一定的水分。树脂的含水率是指单位质量的湿树脂(除去表面水分后)所含水分的百分数，一般在50%左右含水率(w)岬湿棚冒底里含水率可以反映树脂的交联度和孔隙率的大小，树脂含水率大则表示它的孔隙率大和交联度低(5)溶胀和转型体积改变率当将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积会膨胀，这种现象称为溶胀。离子交换树脂有两种溶胀现象，一直是不可逆的，即新树脂经溶胀后，如重新干燥，它不再恢复到原来的大小；另一种是可逆的，即当树脂浸入水中时其体积会胀大，而干燥时又会复原。树脂由一种离子型转为另一种离子型时，其体积会发生改变，此时树脂体积改变的百分数称树脂转型体积改变率。(6)耐磨、耐热性交换树脂颗粒在运行中，由于相互摩擦和胀缩作用，会发生碎裂现象，所以其耐磨性是一个影响其使用性能的指标。一般来说，其年损耗量不应超过3~7%0各种树脂均有一定的耐热性。(7)酸、碱性和中性盐分解能力H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂，如同酸碱那样，在水中可以电离出H+和OH-,这种性质称为树脂的酸、碱性。根据电离能力的大小，离子交换树脂的酸、碱性具有强、弱之分。离子交换树脂与中性盐进行离子交换反应，同时在溶液中生成游离酸或碱的能力，称之为树脂的中性盐分解能力。强酸性阳树脂和强碱性阴树脂具有中性盐分解的能力，而弱酸性阳树脂和弱碱性阴树脂基本上无中性盐分解能力。(8)离子交换树脂的选择性离子交换树脂吸附种离子的能力不同，有些离子易被树脂吸着，吸着后较难把它置换33 山西大学工程学院毕业设计论文下来；而另一些离子较难被吸着但却比较容易置换下来，这种性能就是离子交换树脂的选择性。离子交换树脂的选择性主要取决于被交换离子的结构。止匕外，离子交换树脂的选择性还与溶液浓度有关。树脂的交联度对树脂的选择性也有重要影响。交联度越大，树脂对不同离子之间选择性差异也越大；交联度越小，这种选择性差异也越小。(9)交换容量交换容量是表示离子交换树脂交换能力大小的一项性能指标。作为树脂基本性能的交换容量有全交换容量、中性盐分解容量和弱酸(弱碱)基团交换容量。所谓中性盐分解容量是指树脂能与中性盐进行交换反应的交换容量。全交换容量与中性盐分解容量之差即为弱酸(弱碱)基团交换容量。(10)化学稳定性①对酸、碱的稳定性。离子交换树脂对酸、碱是稳定的，特别对非抗氧化性的酸更稳定。一般来说，阳树脂盐型比H型稳定，阴树脂Cl型比OH型稳定。②抗氧化性。不同类型的树脂抗氧化性能不一样，通常，交联度高的树脂抗氧化性好，大孔型树脂比凝胶型树脂抗氧化性好。2.3.1复床除盐除去水中各种溶解盐类的处理工艺称除盐，原水只一次相继通过强酸H离子交换器和强碱OH离子交换器进行除盐称一级复床除盐。如图2-2所示为一典型的一级复床除盐系统，它由一个强酸H交换器、一个除碳器和一个强碱OH交换器串联而成。图2-2一级复床除盐系统1—强酸H交换器；2—除碳器；3—中间水箱;4—中间水泵；5—强碱OH交换器1.除盐原理原水在强酸H交换器中经H离子交换后，除去了水中所有的金属阳离子。被交换下来的H+与水中的阴离子结合成相应的酸，其中与HCO3一结合成的CO2可在除碳器中被脱除。水进入强碱交换器后，以酸根形式存在的阴离子与强碱阴树脂进行交换被除去，被交换下来的OH-与水中的H+中和，从而将水中溶解盐类全部除去制得除盐水。2.运行中的离子交换反应及水质变化(1)除去水中阳离子的交换反应强酸性阳树脂的603H基团对水中所有金属阳离子均有较强的交换能力，与水中主要阳离子Ca2+、Mg2+、Na+的交换反应为33 山西大学工程学院毕业设计论文2R-SO3H+Ca(HCO3)2-(R-SO3)2Ca+2H2CO32R-SO3H+Mg(HCO3)2-(R-SO3)2Mg+2H2CO32R-SO3H+Na2SO4-2R-SO3Na+H2SO4R-SO3H+NaC—R-S03Na+HCl对于非碱性水，还进行以下的交换2R-S03H+CaSC4-(R-S03”Ca+H2SO42R-S03H+MgS04-(R-SO3)2Mg+H2SO4当水中有过剩碱度时，其交换反应为R-S03H+NaHCO3-R-SO3Na+H2CO3实际上，含有多种离子的水通过强酸H型阳树脂层时，尽管通水初期水中阳离子都参与交换，但之后由于水中Ca2+、Mg2+等高价离子已在水流的上游处被交换，并等量转为Na+,所以沿水流方向最前沿的离子交换仍是H型树脂与水中Na+的交换，即R-S03H+NaHCO3-R-SO3Na+H2CO32R-SO3H+Na2SO4-2R-SO3Na+H2sR-SO3H+NaC—R-S03Na+HCl经H离子交换后，水中各种金属阳离子都被交换成H+,其中的碳酸盐转变成弱酸H2CO3(即C02和H2O),中性盐转变成相应的强酸。在生产实践中，树脂并未完全被再生成H型，因此运行时出水中总还残留有少量阳离子。由于树脂Na+的选择性最小，所以出水中残留的主要是Na+0为了要除去水中H+以外的所有阳离子，除盐系统中强酸H交换器必须Na+泄漏时，停止运行，然后用酸溶液进行再生。一级复床除盐系统中的H离子交换器，还可以包括弱酸树脂的H离子交换器，构成强酸树脂和弱酸树脂联合应用的形式。(2)脱除C02水经H离子交换器后，阴离子转变成相应的酸。其中的HC03-转变成了游离C02,连同进水中原有的游离C02,可很容易地由除碳器除掉，以减轻0H交换器的负担，这就是在离子交换器除盐系统中设置除碳器的目的。经脱碳处理后，水中游离C02的含量一般都可降到5mg/L左右。在原水碱度很低时，比如低于0.5mmol/L或水的预处理中设置有石灰处理时，或之前设有反渗透预脱盐时，该系统中可不设除碳器，水中这部分碱度经H离子交换后生成的少量C02,在经强碱0H交换器时以HCO3一形式被交换除去。(3)除去水中阴离子的交换反应在一级复床除盐系统中，强碱0H交换器是用来除去水中0H以外所有阴离子的。强碱0H交换器总是设置在H交换器和除碳器之后，此时水中阴离子以酸的形式存在，因此强碱0H离子交换实质上是0H型树脂(简写成R0H)与水中无机酸的交换，其交换反应为ROH+HORCl+H2O2ROH+H2SO4-R2SO4+H2OROH+H2CO3-RHCO+H2OROH+H2SQ3-RHSiO+H2O由于经H离子交换的出水中含有微量的Na+,因此进入强碱OH交换器的水中除无机酸外，还有微量的钠盐，所以还有树脂与微量钠盐进行的可逆交换，其反应为ROH+NaCl=RCl+NaOHROH+NaHCO3=RHCO3+NaOHROH+NaHSiO3=RHSiO3+NaOH33 山西大学工程学院毕业设计论文由于强碱型树脂对水中强酸阴离子（SO42-、Cl-）的交换强于对弱酸阴离子（HCO3-、HSiO3一）的交换，对HSiO-的交换能力最差。而且由于存在可逆交换，因此出水中有少量HSiO3-（＜100小/L）,并呈微碱性，pH约7~8。要提高强碱交换器的出水水质和水量，就必须创造条件提高除硅效果，以减少出水中硅的泄露，这些条件包括进水水质方面的和再生方面的。由上述知道，如果进水中硅化合物呈NaHSiO3形式，则用强碱型树脂是不能将其去除完全的，因为交换反应的生成物是强碱NaOH,逆反应很强；如果进水中阳离子只有H+,交换反应就会生成电离度很小的水，故除硅较完全。因此，组织好强酸H交换器的运行，减少出水Na+泄漏量，也即减少强碱OH交换器进水Na+含量，就可提高除硅效果。一级复床除盐系统中，强碱OH交换器运行末期出水水质变化有两种不同的情况，一是因H交换器先失效，另一种是OH交换器先失效。当H交换器先失效时，相当于OH交换器进水中Na+含量增大，于是OH交换器的出水中NaOH含量上升，其结果是出水的pH、电导率、SiO2和Na+含量均增大；当OH交换器先失效时，表现出的现象是出水中SiO2含量增大因H2SiO3是很弱的酸，所以在失效的初期，对出水pH的影响不很明显，但紧接着随H2CO3或HCl漏出pH就会明显下降。至于出水的电导率往往会在失效点处先呈微小的下降，然后上升，这是因为OH交换器正常运行时，具出水pH通常为7-8,而当其失效时，交换产生的OH-减少，所以电导率有微小下降。当OH-减少到与进水H+正好等量pH=7时电导率最低。之后，由于出水中H+的增加而使电导率增大。一级复床除盐系统中的OH离子交换，还可以包括弱碱树脂的OH离子交换。2.3.1混合床除盐经过一级复床除盐处理过的水，虽然水质已经很好，但还不能满足更高压力等级锅炉对水质的要求。其主要原因是位于系统首位的H离子交换器的出水中有强酸，离子交换的逆反应倾向比较显著，以致出水中仍残留少量Na+,而H离子交换器出水中的Na+又会影响串联其后的OH离子交换器的出水水质。当对水质要求更高时，尽管可采取增加级数的办法来提高水质，但增加了设备的台数和系统的复杂性。为了解决这个问题，采用混合床除盐是一种有效办法。所谓混合床就是将阴、阳树脂按一定比例均匀混合装在同一个交换器中，水通过时同时完成阴、阳离子交换过程的床型。对水质要求很高时，混合床中所用树脂都必须是强型的，弱酸树脂和弱碱树脂组成的混合床出水水质很差，一般不采用。1.混合床除盐原理混合床可以看作是由许许多多阴、阳树脂交错排列而组成的多级式复床。在混合床中，由于运行时阴、阳树脂是相互混匀的，所以阴、阳离子的交换反应几乎是同时进行的，或者说水中的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的。因此，经阳离子交换所产生的H+和经阴离子交换所产生的OH一都不会积累起来，而是马上互相中和生成H2O,这就使交换反应进行的十分彻底，出水水质很好。混合床中树脂失效后，应先将两种树脂分离，分别进行再生和清洗。然后再将两种树脂混合均匀，又投入运行。2.混合床结构混合床离子交换器的本体是个圆柱形承压容器，有内部装置和外部管路系统。交换器的工作压力、工作温度及防腐措施与阴、阳离子交换器相同。内部主要装置有：上部进水装置、下部排水装置、碱液分配装置、进酸装置及压缩空气装置，在阴、阳树脂分界处设有中间排液装置。上述装置采用的形式多数为：进水装置穹行多孔板形式；下部排水装置多孔板加水帽式；中间排液装置母管支管式，支管为梯形绕丝结构；碱液分配装置母管支管包网，支母管均为不锈钢支管包网20、60目各一层。3.树脂性能要求33 山西大学工程学院毕业设计论文(1)混合床中阴、阳树脂的再生是分别进行的，为了便于阴、阳树脂的分离，两种树脂应有一定的密度差，一般不小于15%。(2)树脂的分离效果不仅与树脂的密度有关，还与树脂颗粒大小有关，若树脂颗粒大小不均匀，则分层难度增加。止匕外，树脂颗粒范围过大，会增大水流阻力。因此，混床宜选用颗粒较均匀的树脂。(3)树脂应有较高的机械强度。1.运行操作由于混床是将阴、阳树脂装在同一个交换器中工作的，再生前需将两种树脂分离，分别进行再生；运行制水前需将两种树脂均匀混合。因此，混合床一个运行周期应包括以下步骤：反洗分层一再生一树脂混合一正洗一制水。2.混合床运行特点及应用(1)运行特点混合床和复床相比有以下特点：出水水质优良和出水水质稳定；间断运行对出水水质影响较小；终点明显。缺点是：树脂交换容量的利用率低；再生剂比耗高；再生操作复杂，需要的时间长。(2)应用由于混合床具有上述特点，所以在对水质要求很高时，往往在一级复床除盐系统或反渗透脱盐系统后设置混合床除盐，进行深度除盐处理，以进一步提高水的纯度。在处理凝结水时，由于被处理水的离子浓度低，才单独使用混合床。3.离子交换除盐系统(1)组成系统的原则①系统的第一个交换器是H交换器，这是为了提高系统中强碱OH交换器的除硅效果和使弱碱OH交换能顺利进行。同时，这样设置也比较经济，因为第一个交换器由于交换过程中反离子的影响，其交换能力不能得到充分发挥，而阳树脂交换容量大，且价格比阴树脂便宜，所以它放在前面比较合适。②要求除硅时，在系统中应设强碱OH交换器，因为只有强碱阴树脂才能起交换HSiO3一的作用。③对水质要求很高时，应在一级复床后设置混合床。④除碳器应设在H交换器后、OH交换器前，这样可以有效地将水中HCO3—以CO2形式除去，以减轻强碱OH交换器的负担和降低碱耗。这是因为经H+交换后，在酸性条件下HCO3一才会以CO2形式存在，显然若除碳器放在H交换器之前是起不到这个作用的。除碳器不能放在OH交换器之后是因为含CO2的水进入强碱OH交换器后，在中性条件下它以HCO39式被强碱树脂交换，所以若除碳器放在强碱OH交换器后也就失去了它的应用价值。⑤当原水碳酸盐硬度比较高时，在除盐系统中宜增设弱酸H交换器，弱酸H交换器应置33 山西大学工程学院毕业设计论文于强酸H交换器之前。⑥当原水中强酸阴离子含量较高时，在系统中宜增设弱碱OH交换器，利用弱碱树脂交换容量大、容易再生等特点，提高系统的经济型。弱碱OH交换器应放在强碱OH交换器之前。由于弱碱性阴树脂对水中CO2基本上不起交换作用，因此它可置于除碳器之后，也可置于除碳器之前。不过将其置于除碳器之前，对弱碱性阴树脂交换容量的发挥更为有利。⑦强、弱型树脂联合应用时，视情况可采用双层床、双室床、双室浮动床或复床串联。(2)复床除盐系统的组合方式复床除盐系统的组合方式一般分为单元制和母管制。①单元制图2-3(a)为组合方式是单元制的一级复床除盐工艺流程图。该组合方式适用于进水离子比较稳定，交换器台数不多的情况。单元制系统中，通常OH交换器中树脂的装入体积富裕10%-15%,其目的是让H交换器先失效，这样泄露的Na+经过OH交换器后，在其出水中生成NaOH,导致出水电导率发生显著升高，便于运行终点监督。此时，只需监督复床除盐系统中OH交换器出水的电导率和SiO2即可。当电导率或SiO2显示失效时，H交换器和OH交换器同时停止运行，分别进行再生后，再投入运行。此组合方式易自动控制，但系统中OH交换器中树脂的交换容易往往未能充分利用，故碱耗较高。图2-3复床系统的组合方式(a)单元制(b)母管制②母管制图2-3(b)为组合方式是母管制的一级复床除盐工艺流程图。该组合方式适用于进水离子比值变化较大，交换器台数较多的情况。在此组合方式中阳、阴离子交换器分别监督,失效者从系统中解列出来进行再生，与此同时将已再生好的备用交换器投入运行。此组合方式运行的灵活性较大。2.3.1补给水除盐系统1.系统选择锅炉补给水除盐系统选择的依据主要是锅炉炉型、机组参数以及水源水质特点。选择系统时，除了考虑当前的技术水平外，还应考虑运行的经济性和安全性。2.系统出力的确定水处理系统的出力是根据电厂规模、机组容量及水汽损失率确定的。为了保证水处理系统在最不利的条件下，也能供给锅炉合格的补给水，水处理系统的出力应考虑到有可能出现的最大供水量，即应能满足锅炉需要的最大补给水量。锅炉的最大补给水量是根据电厂全部正常水汽损失以及机组启动或事故而增加的损失之和确定的。由前者需要的补给水量为正常补给水量，正常补给水量包括厂内水汽循环损失、对外供汽损失、锅炉排污损失以及其他用汽损失而需补充的水量。3.补给水除盐系统33 山西大学工程学院毕业设计论文2.3凝结水精处理火力发电厂的凝结水主要由汽轮机凝结水、生产返回水及各种疏水构成，凝结水处理主要指汽轮机凝结水的处理。由于凝结水由蒸汽凝结而成，水质应该很好，故凝结水处理又称为凝结水精处理。之所以要对凝结水进行净化处理，是由于以下三方面的原因，使凝结水受到一定程度的污染：一是由于在凝汽器不严密处，冷却水漏入到凝结水中而使凝结水受到污染；二是凝结水系统的设备和管路的腐蚀而使凝结水受到污染；三是蒸汽带入的杂质污染凝结水。凝结水处理的目的是去除凝结水中所含有的金属腐蚀产物和微量的溶解性盐，它适于直流炉机组、亚临界参数以上的汽包锅炉机组、用海水或苦咸水作冷却水的高压机组及超高压机组、带有间接空冷凝汽器的超高压机组。凝结水处理系统原则上由三部分组成：前置过滤器-混床-后置过滤器。前置过滤器用来除去水中的金属腐蚀产物（一般为悬浮态和胶态）；除盐部分用以除去溶解于凝结水中的盐分；后置过滤器用于截留除盐装置漏出的碎树脂。33 山西大学工程学院毕业设计论文第3章电厂热力设备的腐蚀3.1热力设备的氧腐蚀和酸腐蚀氧腐蚀和酸腐蚀是热力设备最常见的两种电化学腐蚀，也是导致凝结水-给水系统腐蚀的主要原因。凝结水-给水系统的腐蚀不仅直接造成热力设备腐蚀损坏，而且可能产生大量腐蚀产物并被给水带入锅炉，在水冷壁炉管中沉淀，由此可引起炉管局部过热、腐蚀甚至爆管，从而严重威及电厂的安全、经济运行。因此，凝结水-给水系统的腐蚀是超临界机组给水处理所要解决的关键问题。3.1.1氧腐蚀及其特征1.氧腐蚀过程由于表面保护膜的缺陷、硫化物夹杂等原因，当碳钢与含氧水接触时，碳钢表面各部位的电极电位不相等，从而形成微腐蚀电池，电极电位较负的部位为阳极区，电极电位较正的部位为阴极区；另外，根据Fe-H2O体系的电位-pH图可知，在中性或碱性水中,碳钢主要发生氧腐蚀。2.氧腐蚀的一般特征当钢铁在水中发生氧腐蚀时，常常在其表面形成许多小鼓泡。这些鼓泡的大小差别很大，其直径从1mm到20mm、30mm不等，这种腐蚀特征称为溃疡腐蚀。鼓包表面的颜色可能呈黄褐色、砖红色或黑褐色，次层是黑色粉末状物，这些都是腐蚀产物。将这些腐蚀产物除去之后，便可看到一些大小不一的腐蚀坑。3.1.2热力设备的酸腐蚀热力设备运行时，水汽系统中可能存在的酸性物质，主要是游离的二氧化碳以及低分子有机酸和无机强酸。这些酸性物质随着水汽在系统中循环，在一定条件下可能引起水的pH值降低，并导致设备金属的酸性腐蚀。3.2超临界机组的水化学工况由于溶解氧、二氧化碳作用以及除氧器运行不良等原因造成给水系统金属材料的腐蚀。给水系统金属的腐蚀，不仅会造成给水管道及相关设备的损坏，而且由于腐蚀产物随给水带入锅炉内，导致在锅炉蒸发面上发生金属腐蚀产物沉积，甚至造成锅炉管的损坏。由此可见，对锅炉给水水质进行调节，防止给水污染及给水系统金属腐蚀，对火电厂的安全经济运行具有重要意义。给水水质调节是指向给水中加入水处理药剂，改变水的成分及化学特性，如pH值、氧化一还原电位等，以降低给水系统各种金属的腐蚀速率。随着机组参数和给水水质的提高，给水处理工艺也在不断发展和完善，目前常用全挥发处理和联合水处理两种方式。3.2.1全挥发处理(AVT)水化学工况全挥发处理有还原性全挥发处理和弱氧化性全挥发处理。还原性全挥发处理是指在对给水进行热力除氧的同时，向给水中加入氨和联氨，以维持一个除氧碱性水工况，以使钢铁表面形成较稳定的F63O4保护膜。因为采用的药品都是挥发性的，而且给水具有较强的还原性，所以常称为全挥发处理，英文为AllVolatileTreatment(Reduction),简称AVT(R)。弱氧化全挥发处理是指对给水进行热力除氧的同时，只向给水中加氨，不再加除氧剂进行化学辅助除氧的处理，英文为AllVolatileTreatment(Oxidation),简称AVT(O)。33 山西大学工程学院毕业设计论文1.加氨处理原理在常温常压下，氨是一种有刺激性气味的无色气体，极易溶于水，其水溶液称为氨水。由于氨在高温高压下不会分解、易挥发、无毒，因此可以在各种压力等级的机组及各种类型的电厂中使用。给水加氨后，氨在水中按下式电离产生OH-：NH3?H2O?NH4++OH-因此，它可以中和游离二氧化碳产生的碳酸，并使水呈碱性。由于碳酸是二元弱酸，该中和反应有以下两步：NH3?H2O+CO2?NH4HCO3NH3?H2O+NH4HCO3?(NH4)2CO3+H2O实际上，在水汽系统中NH3、CO2和H2O之间存在着复杂的平衡关系。2.热力除氧的原理根据气体溶解定律(亨利定律)，一种气体在与之相接触的液相中的溶解度与它在气液分界面上气相中的平衡分压成正比。在敞口设备中把水温提高时，水面上水蒸汽的分压增大，其他气体的分压下降，则这些气体在水中的溶解度也下降，因而不断从水中析出。当水温达到沸点时，水面上水蒸汽的压力和外界压力相等。其他气体的分压降至零，溶解在水中的气体可能全部逸出。利用气体溶解定律，在敞口设备(如热力除氧器)中将水加热到沸点，使水沸腾，这样水中溶解的氧就会析出。这就是热力除氧原理。由于气体溶解定律在一定程度上也适用于二氧化碳等其他气体，热力法不仅可除去水中溶解的氧，也能同时除去水中的二氧化碳等其他气体。而二氧化碳的去除，又会促使水中的碳酸氢盐的分解，所以热力法还可除去水中部分碳酸氢盐。3.联氨处理的原理联氨水溶液呈弱碱性，因为它在水中会发生下面的电离反应而产生OH-N2H4+H2O?N2H5++OH-25c时联氨的电离常数为8.510—7,它的碱性比氨的水溶液略弱(25c时，氨的电离常数为1.8M0-5)。联氨会热分解，其分解产物可能是NH3、H2和N2,分解反应可能为5N2H4-3N2+4H2+4NH3在没有催化剂的情况下，联氨的分解速度取决于温度和pH值。温度愈高，分解速度愈高；pH值增高，分解速度降低。联氨是还原剂，它可以和水中的溶解氧直接反应，其反应式如下：N2H4+O2-N2+2H2O另外，联氨还能将金属高价氧化物还原为低价氧化物，如将F&O3还原为Fe3O4,从而促进钢铁表面上生成Fe3O4保护膜。3.2.2联合水处理(CWT)水化学工况向电导率小于0.15s/cm的给水中加入适量的氨，将给水的PH值提高到8.0〜9.0,再力口入微量的气态氧(30〜150©/L),以使钢表面上形成更稳定、致密的Fe3O4-Fe2O3双层钝化保护膜，从而进一步减少锅炉金属腐蚀的目的。这是加氧处理和加氨碱化处理的联合应用，所以称为联合水处理(CombinedWaterTreatment简称CWT)。1.CWT的基本原理在水的pH值为7时，Fe的电极电位在-0.5V左右，处于腐蚀区，钢铁会被腐蚀。这时，在高纯水中加入氧或过氧化氢，使铁的电位升高到0.3~0.4V,进入F&O3的钝化区，这样钢铁就得到保护。在水中含有微量氧的情况下，钢铁腐蚀产生的Fe2+和水中的氧反应，能形成Fe3O4氧化膜。反应式为2++33 山西大学工程学院毕业设计论文3Fe2+0.5O2+3H2—Fe3O4+6H但是，这样产生的氧化膜中Fe3O4晶粒间的间隙较大，水可以通过这些晶粒间隙渗入到钢材表面而引起腐蚀，所以这样的Fe3O4膜的保护效果较差，不能抑制Fe2+从钢材基体溶出。如果向高纯水中加入足量的氧化剂，可以在Fe3O4膜的空隙和表面生成更加稳定的o-Fe2O3°反应式为4Fe2+O2+4H2MFe2O3+8H2FesO4+H2O^3Fe2O3+2H++2e这样，在加氧水工况下形成的碳钢表面膜具有双层结构，一层是紧贴在钢表面的磁性氧化层(Fe3O4,内伸层)，其外面是含尖晶石型的氧化物层(F62O3)。氧的存在不仅加快了F63O4内伸层的形成速度，而且在F63O4层和水相界面处又生成一层Fe2O3层，使Fe3O4表面孔隙和沟槽被封闭，加之Fe2O3的溶解度远比Fe3O4低，所以形成的保护膜更致密、稳定。另外，如果由于某些原因使保护膜损坏，水中的氧化剂能迅速地通过上述反应修复保护膜。因此，与除氧工况相比较，加氧工况可使钢表面上形成更稳定、致密的Fe3O4-Fe2O3双层保护膜。具表层呈红色，厚度一般小于10pm,多数晶粒的尺寸＜1pm。1.CWT加氧系统概况CWT应选用纯度大于99%的氧气作氧化剂。加氧系统由氧气钢瓶、氧气流量控制器和氧气输送管线组成。为了控制水中溶解氧的浓度，在凝结水和给水系统中设有两个氧加入点：一点在凝结水处理装置出口的凝结水管道上，另一点在给水泵的吸入侧(除氧器出口)的给水管道上。2.CWT的启动和正常运行控制方案CWT工况下机组正常启动时，首先应按AVT运行模式启动，进行正常的系统清洗和除氧器排气，并通过加氨将给水pH值提高至9.0-9.5。当机组运行稳定，所带负荷高于最低运行负荷(30%B-MCR),省煤器进口给水导电率＜0.15pS/cm并有继续降低的趋势时，开始加氧，从AVT运行转换到CWT运行模式。为加快水汽循环系统中钢表面保护膜的形成和溶解氧的平衡，加氧初期可适当提高给水中的含氧量，但最高不得超过150pg/L在CWT运行中，应按规定调节给水的pH值和溶解氧含量。当加氧系统投入运行后，首先调节自动加氨装置的控制值，将省煤器入口给水的pH值控制在8.0-9.0o然后，调节加氧流量，将省煤器入口给水的溶解氧量控制在30-150^g/L实际操作时，可根据凝结水和给水的流量及其溶解氧量的监测数据来调节凝结水处理装置出口点和除氧器出口点的氧流量，将省煤器入口给水中溶解氧浓度维持在上述控制范围内。3.非正常运行时的给水处理方式的转换(1)CWT向AVT切换的条件：机组正常停机前1-2h;给水电导率论2pS/cmE凝汽器存在严重泄漏影响水质时；加氧装置有故障无法加氧时；机组发生MFT时。(2)CWT向AVT切换的操作：关闭凝结水和给水加氧二次门，退出减压阀关闭氧气瓶；提高自动加氨装置的控制值，使给水pH值提高至9.0-9.5;加大除氧器、高低压加热器排气门开度。保持AVT方式至停机保护或机组正常运行。4.CWT的效果国内外直流锅炉机组实施CWT水工况有以下效果:(1)给水含铁量降低；(2)下辐射区水冷壁管铁沉积量减少；(3)锅炉化学清洗间隔时间延长；(4)凝结水除盐设备的运行周期增长；(5)锅炉的启动时间缩短。33 山西大学工程学院毕业设计论文结论在火力发电厂中，水是能量转换的重要工质。没有经过净化处理的原水，其中含有许多杂质，如果这些品质不良的水进入水汽循环系统，就会造成热力设备的结垢、腐蚀、积盐等危害。所以，这些水必须经过适当的净化处理，达到标准后，才可以进入水汽循环系统。本文主要讲述的是燃煤电厂锅炉水处理工艺系统分析的相关知识。首先介绍了我国水资源概况和电厂用水概述，通过分析水中所含杂质及锅炉水、汽质量标准进而介绍了目前锅炉水处理的工艺与系统。水处理的一般工艺为：水的预处理一预脱盐一深度脱盐一精处理。在预处理方面主要介绍了根据水中悬浮物、胶体和有机物等杂质颗粒大小的不同而分别采用混凝、沉淀、过滤或其相结合的不同预处理方法；预脱盐主要是反渗透脱盐，最常用的是卷式反渗透装置；在深度脱盐中，水经过复床除盐、混合床除盐及补给水除盐系统后，得到较洁净的产品水，进入凝汽器，最后再通过凝水精处理系统，使水质达到所要求的标准。在热力系统的运行过程中，由于溶解氧、二氧化碳以及除氧器运行不良等原因会造成给水系统金属材料的腐蚀。其不仅会造成给水管道及相关设备的损坏，甚至会造成锅炉管的损坏。由此可见，防止给水污染及给水系统金属腐蚀，对火电厂的安全经济运行具有重要意义。目前最常用的处理方法是AVT（全挥发处理）和CWT（联合水处理）。AVT是通过对给水的热力除氧、加氨处理和联氨处理等使水质达到所求标准；CWT主要是对给水进行加氧处理的方法。33 山西大学工程学院毕业设计论文致谢弹指一挥问，大学生涯在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。回想自己的十几年的求学生涯，在师长、亲友的大力支持下,走得辛苦却也收获满囊。首先，我要感谢我的爸爸妈妈，他们都是农民，没有他们的勤勤恳恳和细心安排，我是无论如何也完成不了我的大学生活。同时，感谢很多为我上过课的老师，感谢他们宽进宽出的教学态度，各具特色的教学方法和全心全意替学生着想的无私精神，使得我各个学科的期末考试和历次课程设计都能顺利通过。另外，我还要感谢学院为我提供了做毕业设计的良好环境。在这篇论文的构思和写作过程中，我的论文指导老师苏利红，对我论文的完成更是功不可没。苏老师每次给我的疑问给予细心的解答并给出写作建议，对我的论文进行细心的修改，使得我的论文结构一步一步的完善，内容日趋丰满。没有苏老师的细心指导，这篇论文是不可能完成的。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导，经由苏老师悉心的点拨，再经思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的感觉。如果说我大学在自己的专业领域，也就是热能与动力工程这个专业领域内有什么重要收获的话，那“培养出了对电厂运行程序的兴趣”绝对是最值得一提的。没有学习兴趣，在别人看来再好的学校再好的专业，对自己来说学习起来只能是索然无味，或者说至少会丧失很多学习过程中应有的乐趣。我相信“兴趣是最好的老师”，所以我很庆幸自己经过大学的学习后，开始喜欢上自己的专业。我深知，大学本科阶段的这些专业知识也不过是些非常基础的知识，说这么多只是想提醒自己，要学的东西还太多！书到用时方恨少，在这篇论文的写作过程中，我深感自己的水平还非常的欠缺。生命不息，学习不止，人生就是一个不断学习和完善的过程，敢问路在何方？路在脚下！最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。33 山西大学工程学院毕业设计论文参考文献：[1]陈志和.电厂化学设备及系统.中国电力出版社，2006[2]周本省.工业水处理技术.化学工业出版社，1999[3]王方.锅炉水处理.中国建筑工业出版社，1993[4]许立国.火电厂水处理技术.中国电力出版社，2006[5]叶江明.电厂锅炉原理及设备.中国电力出版社,2004[6]朱琳.反渗透膜的污染和防治.华东电力，2004第7期[7]李瑞扬.吕薇.锅炉水处理原理与设备.哈尔滨工业大学出版社，2003[8]谢晋生.锅炉给水处理及分析（第三版）.北京科学出版社，1998[9]解鲁生.锅炉水处理原理与实践.中国建筑工业出版社,1997[10]Langeler.W.F.AWWAJournal,1936[11]Ryznar.W.J.AWWAJournal,1944[12]Puckorius.P.Power,198333 山西大学工程学院毕业设计论文外文原文：EDIdevicesandrunEDI(Electrodeionization),alsoknownasfillingthebedelectrodialysis,isacombinationofelectrodialysisandionexchangetechnology,high-purewaterpreparationdevice,andcanreplacetraditionaldevices-mixedbedionexchangetoproducehighpuritywater.FillinthefreshwaterchamberoftheelectrodialysisYin,thecationexchangeresin,agreaterdegreeofelectrodialysisdesalinationdepth.UseofelectrodialysisinthepolarizationprocessintheionizationofwatergeneratedbyHandOHions,theelectrochemicalregenerationofthepackedbedionexchange,notonlytoovercomethelimitationsoftheionexchangeregenerationprocessofcontinuousoperation,andalsoreducestheregenerationthedrawbacksoftheprocessofacid-baseconsumption.Availabletheuseofgoodenvironmentalandeconomicbenefits.EDIdevicesisbyYin,thepositiveelectrode;anionandcationexchangemembrane(referredtoasnegativefilm,positivefilm);anionandcationexchangeresin;DCpowersupply;byYinfilm,positivefilm,electrodeisolationintofreshwaterchamber,concentratedwaterchamberverywaterchamberandothercomponents.ThedevicesuseYinYinofthecationexchangemembranewater,cationselectivitythrough(ie:anionexchangemembraneselectivelythroughtheanion,topreventcations;cationexchangemembraneselectivelypreventanionbycation.)anddirectedmigrationofanionsandcationsintheroleoftheDCelectricfieldtodothephysicalcharacteristics,toachievethepurposeofremovalofionsinwater.Ordinaryelectrodialysisinthewatertreatmentsystemisoftenusedaspre-desalinationplant,roughing,highsalinitywatertoremove80%-90%oftheoriginalsaltcontentinwater.Lowersalinitywaterqualityduetohighersolutionresistance,polarizationisaserious,powerconsumption,lowefficiency,theelectrodialysisprocessisdifficulttocarryon(ordinaryelectrodialysis,ionmigrationfromthesolutiondirectlytothemembrane.)Therefore,theordinaryelectrodialysisdoesnotapplytothepreparationofhighpuritywater.EDIdevicesbecauseofitsfreshwaterchamberfilledwithionexchangeresin,ion-exchangeresinoftheconductivepropertiesof2-3ordersofmagnitudehigherthantheconductivepropertiesofthecorrespondingcontactwithwater,soeffectivelyimprovetheelectrodialysisofthelimitingcurrentdensity,acceleratedthemigrationspeedofions,andhasreducedthepolarizationofelectrodialysisinordertoachievethepurposeofthedepthofdemineralization.Inaddition,theionexchangeresininthefreshwaterchambertoflowdisturbance,canimprovetheflowstate,topromotethediffusionofions,canincreasethelimitingcurrentdensity.Thesametime,theionexchangeresinstrongabilitytocapturetheionsinwater,ionsinwatercanbeadsorbedintheresinparticles,theadsorptionofionsundertheelectricfield,theiontransportchannelssetupthroughtheresinparticlestomigratetothemembranesurface(EDI)devicemigrationofionsoccursintheresinparticlephaseandsolutionphaseoramixtureofbothphases.)intotheconcentratedwaterchambertoimprovetheremovalefficiencyoftheelectrodialysisofionsthroughionselectivemembranes.ThedeviceisalsousedtheelectrodialysispolarizationoccurshydropowerfromtheHandOH-ionstoachieveself-regenerationofionexchangeresin,nolongerneedperiodicregenerationtoobtaincontinuousandstableoperation.Thenumberofionsisabout2-9timesthenumberofotherionsinthewater,undertheelectricfieldinvolvedintheregenerationoftheresininthemigrationprocess,andtheioninthewaterintotheconcentratedwater33 山西大学工程学院毕业设计论文chamberintheconcentrationofwaterchamberHandOH-ionsThecombinationofwater.1ShouldbenotedthatintheEDIprocessdesignandoperation1.1oftheEDIfeedwaterquality,morestringentrequirementsEDIhavecertainrequirementsforwaterquality,generalrequirementsforwaterforreverseosmosiswater,which,theTDS030mg/L;ofpH:5.0-8.0;hardnessthe<1仙mol/L;temperature:5-30C;waterpressure:0.15-04MPa.EDIruntimeonlyasmallpartoftheDCcurrentfortheelectricalmigrationofions,mostoftheelectricityconsumedinthewaterandelectricityfrom,sotheEDIismoreapplicabletotheTDS<30mg/Lofreverseosmosiswaterquality,otherwiseitwillaffectthewaterquality.Inaddition,duetotheionexchangemembraneandnot100%preventwaterionsthrough,thereisalwaysasmallamountofionsthroughtheionexchangemembranefromtheenrichmentroomspreadtothefreshwaterchamber.Whentheioncontentinwaterishigher,thediffusioneffectincreaseswillleadtoEDIwaterqualitydeterioration.Inordertoreducewaterconsumption,theconcentrationofwaterwiththeoperationmodeofthepartofthecycle,theconcentrationofionsinwatercontentishigherthanthewaterintheioncontentofwaterCO2concentrationisgreaterthan5mg/L,Caconcentrationgreaterthan0.5mg/L,accordingtoinformation,thereisthepossibilityofdepositionofcalciumscaleoccursintheanionexchangemembrane.Whentheionexchangemembranefoulingdeposition,willreducetheinfiltrationareaofthemembrane,therebypreventingtheionsthroughthemigration,resultingindecreasedwaterquality.Inaddition,thecathodewaterchamber,duetotheelectrodereaction,makingtheincreasedwaterpHisalkaline,highincidenceofCaCOMg(OH)2andothermaterialdepositedonthesurfaceofthecathode,theflowareaoftheelectrodetoreducetheimpactonthecurrentpass.ShouldbestrictlycontrolledtowatertheconcentrationofCO2andCaions.Run,foundthepoorwaterqualityshouldbeappropriatetoincreasetheconcentrationofwateremissions,lowercalciumandmagnesiumionconcentrationintheconcentratedwaterchambercaneffectivelypreventtheconcentrationofwaterindoorscaling.Youcanalsoslowdownthediffusionofwaterionsconcentration.Adjustedaccordingtochangesinwaterqualityconcentrationofwateremissionsisagoodmeanstogetexcellentpurewater.1.2pairsofsiliconisanimportantindicatortoevaluatetheEDIequipmentEDIisusedinthepreparationofultra-purewaterequipment,theuserequiresnotonlytheremovalofwater,electrolytes,alsocalledweakelectrolytes,colloidsandothersubstances,suchas:siliconoxideionremovalisdifficulttoremove.Siliconoxideionhydrationradius,electronegativityandweakerreasontoremovethedifficultyoftheelectricdesalinationdevicesonsiliconlargeEDIdevicesgenerallysiliconoxideionremovalcapacityofdesalinationasanevaluationofthedeviceanimportantindicatoroftheability.theEDIproductionwatersiliconindicatorstomeettherequirementsoftheboilerfeedwater.1.3inwaterofCO2ontheEDIproductwaterqualityinfluencedWaterinthisdevicefortworeverseosmosisproductwater,theproductwateriscollectedina350cubicmetersoffreshwatertanks,theinstallationofcarbondioxideabsorber,ofCOntheairdissolvedinwaterpHisofteninthe5.5-8.0changes.WhentheinfluentpHvalueislow,theEDIproductwaterresistanceisalsoacorrespondingchange(seechart1).Thechangesintherangeof12.0-17.5MQ?cm.ByshorteningtheresidencetimeofwaterinthetankwaytoweakentheCO2onthewaterthewaterqualityimpacts,theavailabilityofhighwaterresistance.Inviewofthis,considerwhenthesystemconfigurationofthetankvolumeshouldbeinstalledinthetanktopreventtheCOintheair33 山西大学工程学院毕业设计论文dissolvedinthefacilities.1.1runningintheelectrodereactiongasesneedtobedischargedintime,otherwiseitwillaffectthequalityofthewaterproductionEDIintherun-timeduetothecurrentpolarizationofionsinwaterandthewatermoleculesintheelectrodereactiongeneratessomegases(suchashydrogen,oxygen,chlorine,etc.),thesegases,suchascannotbedischarged,blockingwaterchannelsorbubblesintheformattachedtoonthesurfaceoftheelectrodeandtheexchangemembrane,thepassingoftheimpactofcurrentorreducethepowerflowarea,thusreducingtheworkefficiency,resultinginthedeclineinthequalityofproducedwater.1.2theEDIhavecertainrequirementsforthewatertemperatureEDIrequirementsinthe15-350Cwatertemperature,watertemperatureistoolowwillincreasetheviscosityofwater,reducingtheconductivityofthewaterisnotconducivetotheregenerationofionmigrationandresin.Appropriatetoenhancethewatertemperature,whichreducestheviscosityofwater,improvetheconductivityofthewater,ionmigrationandresinregeneration.Buttoohighwilldamagetheresin.1.3ThevelocityofthecurrentEDIproductwaterqualityThesizeoftherateofwaterflowwilldirectlyaffectthecontacttimeofwaterelectrolysistoproduceHandOH-ionswiththeresin,thusaffectingtheregenerationflowratethesmallerthelongertheHandOH-ionswiththeresincontacttime,moreconducivetotheregenerationoftheresin.Theflowrateistoolowaconcentrationpolarizationtoreducethecurrentefficiency.Therefore,thewaterflowisgenerallycontrolledat0.5-1.0cm/s.2TheapplicationprospectsoftheEDIsystemEDIandreverseosmosis(RO)combinedtobreakthelimitationsofearlysystemsonlyatalowerflowrate,andimproveoperationalreliability.Thisconfigurationisabletoadapttothelargeflowofpowerplantsandhigh-puritywaterqualityrequirements.Hasthefollowingadvantages:(1)theEDIconcentrationofwaterqualityisbetterthanpre-treatmentsystemwaterquality,theconcentrationofwatercanbedirectlyrecycledtotheentrancetotheRO.Exemptfromtheregenerationofmixedbedprocesswaterandwastepollutionproblems,andsignificantsavingssincewaterconsumption.(2)therunningcostsoftheEDIdeviceandmixedbed,thepowerconsumptionandmixedbedregenerationofpharmaceuticalcostsroughlythesame.Regenerationbecausetheydonotusechemicalagents,suchascost,space,safetyandenvironmentalproblemscanbereducedthus.(3)EDItechnologybreakthroughintheoriginalionexchangeandelectrodialysis,thelimitingcurrentdensityandcurrentefficiency,andreceiveahigherlevelofdesalination,thewaterresistivityofupto>15MQ?cm.Abletomeettherequirementsoftheboilerfeedwate(4)ofthedevicewithoutregenerationwithacid-baseconsumption;chemicalwasteemissions;coversanareaofregenerationequipment;recovery;canruncontinuously;safeoperation,simplemanagement;environmentalbenefitssignificantly.Tosumup,EDItechnologyistheemergingnewtechnologiesinwatertreatmentindustry,itiseconomical,environmentallyfriendlycharacteristicsofmuchindustryattention,willbecomethemainstreamproductsofwatertreatmentequipmentinthefieldofindustrialwatertreatmentiswidelyavailable.33 山西大学工程学院毕业设计论文中文译文：EDI装置及运行EDI(Electrodeionization)又称填充床电渗析，是一种将电渗析技术和离子交换技术相结合的高纯水制备装置，可替代传统的离子交换装置--混床来生产高纯水。因在电渗析的淡水室中填充了阴、阳离子交换树脂，更大程度的提高了电渗析的脱盐深度。利用电渗析在极化过程中电离水所产生的H+和OH-离子，对填充床内离子交换进行电化学再生，既克服了离子交换因有再生过程而不能连续运行的局限，也减少了再生过程酸碱消耗的弊端。使用中可获得更良好的环保和经济效益。EDI装置是由阴、阳电极；阴、阳离子交换膜；阴、阳离子交换树脂；直流电源；及由阴膜、阳膜、电极隔离成的淡水室、浓水室、极水室等部件组成。装置利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择性透过功能和在直流电场的作用下阴、阳离子做定向迁移的物理特性，来实现去除水中离子的目的。而EDI装置因在其淡水室中填充了离子交换树脂，离子交换树脂的导电性能比与之相接触水的导电性能要高2-3个数量级，这样有效的提高了电渗析的极限电流密度，加快了离子的迁移速，减弱了电渗析的极化现象，从而实现了深度除盐的目的。另外，离子交换树脂在淡水室中对水流有扰动作用，能改善水流状态，促进离子扩散，可提高极限电流密度。同时，离子交换树脂对水中离子有较强的捕捉能力，可以将水中离子吸附在树脂颗粒上，被吸附的离子在电场作用下，通过树脂颗粒搭建的离子传输通道迁移到膜表面(EDI)装置中离子的迁移发生在树脂颗粒相、溶液相或二者的混合相中。透过离子选择性膜进人浓水室，提高了电渗析对离子的去除效果。装置还利用电渗析极化而发生水电离产生的H+和OH-离子实现对离子交换树脂的自再生，无需再进行周期性再生，可获得连续稳定运行。其离子数量约为水中其他离子数量的2-9倍，在电场作用下迁移过程中参与了对树脂的再生后，与水中的离子一样进入浓水室，在浓水室中H+和OH-离子结合为水。1EDI工艺设计及运行中应注意的问题1.1EDI对进水质有较严格的要求EDI对进水水质有一定的要求，一般要求进水为反渗透纯水，其中，TDS030mg/L;pH:5.0-8.0;硬度01、mol/L温度：5-30C；进水压力：0.15-04MPa。由于EDI运行时只有少部分的直流电流用于离子的电迁移，而大部分电能消耗在水电离上，所以EDI更适用于TDS030mg/L的反渗透水水质使用，否则将影响出水质量。另外，因离子交换膜并不能100%的阻止水中离子通过，总有少量的离子会从浓缩室透过离子交换膜扩散到淡水室。当水中离子含量较高时，这种扩散效应会增大，会导致EDI出水水质劣化。为了降低水耗，浓水采用了部分循环的运行方式，浓水中离子含量要高于进水中离子含量，据资料介绍，水中CO2浓度大于5mg/L,Ca2+浓度大于0.5mg/L时，就有在阴离子交换膜上发生钙垢沉积的可能。当离子交换膜上有垢沉积后，会减少膜的渗透面积，从而阻碍离子的透过与迁移，导致出水品质减低。另外，在阴极水室中，由于电极反应，使得水pH值增高呈碱性，易发生CaCO3、Mg(OH)2等物质在阴极表面沉积，造成电极通流面积减少影响电流传递。所以应严格控制进水中CO2及C」+离子的浓度。运行中，如发现进水水质较差时，应适当加大浓水排放量，降低浓水室中的钙、镁等离子浓度，可以有效的防止浓水室内结垢。也可减缓水质离子的浓差扩散。根据水质变化情况调整浓水排放量是获得优纯水的良好手段。33 山西大学工程学院毕业设计论文1.1对硅的去除能力是评价EDI设备的一个重要指标EDI是用于制备超纯水的设备，使用中不仅要求其去除水中电解质，还要求去除水中难以去除的弱电解质、胶体等物质，如：氧化硅离子等。由于氧化硅离子的水合半径比较大，电负性较弱的原因，电除盐装置对硅的去除难度较大，因此，一般将EDI装置对氧化硅离子的去除能力作为评价该装置脱盐能力的重要指标。以二级反渗透产品水作为EDI进水，EDI产水硅指标能满足锅炉补给水要求。1.2水中CO2又tEDI产水品质影响较大本装置进水为二级反渗透产品水，该产品水被收集在一个350立方米的未加装二氧化碳吸收器的淡水箱中，由于有空气中CO2的溶入，进水pH常在5.5-8.0问变化。当进水pH值较低时，EDI产水电阻也有相应变化。变化幅度为12.0-17.5MQ?cm。通过缩短水在水箱中的滞留时间的办法，来削弱CO2对进水水质的影响后，可获得较高的出水电阻。鉴于此，当系统配置的水箱容积较大时应考虑在水箱上安装防止空气中CO2溶入的设施。1.3运行中电极反应产生的气体需及时排出，否则将影响产水品质由于EDI在运行时会因过电流极化现象与水中离子及水分子发生电极反应生成一些气体(如氢气、氧气、氯气等)，这些气体如不能及时排出，将阻塞水通道或以气泡形式附着在电极及交换膜表面上，影响电流传递或减少电通流面积，从而减低了工作效率，造成产水质量下降。1.4EDI对进水温度有一定的要求EDI要求进水温度在15-35C,水温过低会增加水的粘度，降低水的导电能力，不利于离子的迁移和树脂的再生。适当提升进水温度，可降低水的粘度，提高水的导电能力，有利于离子的迁移和树脂的再生。但过高会损坏树脂。1.5水流速度对EDI产水质量有一定影响水流速度的大小将直接影响水电解产生的H+和OH-离子与树脂的接触时间，从而影响再生效果，流速越小H+和OH-离子与树脂的接触时间越长，越有利于树脂的再生。但流速过低易产生浓差极化，降低电流效率。所以水流速一般要求控制在0.5-1.0cm/So2EDI系统的应用前景EDI与反渗透(RO)结合在一起使用，打破了早期系统仅能在较低流量下使用的局限，提高了运行可靠性。这种配置能适应电厂的大流量及高纯度水质的要求。有以下优点：(1)EDI浓水水质优于预处理系统进水水质，具浓水可直接回收到RO的入口。免除了混床工艺中的再生用水和排废污染问题，大大节约了自用水量。(2)EDI装置的运行费用与混床相当，其电耗与混床再生的药剂费用大致相当。因不使用化学再生药剂，可减免由此而所引起的费用、空间、安全及环保等问题。(3)EDI技术突破了原有离子交换和电渗析技术，提高了极限电流密度和电流效率，可获得更高的除盐效果，其出水电阻率可达》15MQ•cm能满足锅炉补给水的使用要求。(4)该装置无再生用酸碱消耗；无化学废物排放；无再生设备占地；回收率高；可连续运行；操作安全、管理简单；环保效益显著。综上所述，EDI技术是目前水处理行业正在兴起的新技术，它经济、环保的特性备受行业瞩目，将会成为水处理设备的主流产品在工业水处理领域获得广泛应用。33 山西大学工程学院毕业设计论文指导教师评语表33山西大学工程学院毕业设计论文33山西大学工程学院毕业设计论文评语:是否具备答辩资格且备1=1=1指导教师签名:33'