电厂化学水处理讲义 33页

第一章水质概述第一节天然水及其分类一、水源水是地面上分布最广的物质，几乎占据着地球表面的四分之三，构成了海洋、江河、湖泊以及积雪和冰川，止匕外，地层中还存在着大量的地下水，大气中也存在着相当数量的水蒸气。地面水主要来自雨水，地下水主要来自地面水，而雨水又来自地面水和地下水的蒸发。因此，水在自然界中是不断循环的。水分子（H2。是由两个氢原子和一个氧原子组成，可是大自然中很纯的水是没有的，因为水是一种溶解能力很强的溶剂，能溶解大气中、地表面和地下岩层里的许多物质，此外还有一些不溶于水的物质和水混合在一起。水是工业部门不可缺少的物质，由于工业部门的不同，对水的质量的要求也不同，在火力发电厂中，由于对水的质量要求很高，因此对水需要净化处理。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、湖泊和水库水。海水虽然属于地表水，但由于其特殊的水质OO二、天然水中的杂质：天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按照其颗粒大小可分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。悬浮物:悬浮物的表示方法：通常用透明度或浑浊度（浊度）来表示。颗粒直径约在IO"毫米以上的微粒，这类物质在水中是不稳定的，很容易除去。水发生浑浊现象，都是由此类物质造成的。胶体:颗粒直径约在毫米之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，有明显的表面活性，常常因吸附大量离子而带电，不易下沉。溶解物质:溶解盐类的表示方法：1.含盐量：表示水中所含盐类的总和。2.蒸发残渣：表示水中不挥发物质的量。3.灼烧残渣：将蒸发残渣在800c时灼烧而得。4.电导率：表示水导电能力大小的指标。5.硬度的表示方法：硬度是用来表示水中某些容易形成垢类以对于天然水来说，主要指钙、镁离子。硬度按照水中存在得阴离子情况。划分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两类。6.碱度和酸度：碱度表示水中含OH-、CO32-、HCO3量以及其它一些弱酸盐类量得总和。碱度表示方法可分为甲基橙碱度和酚酗碱度两种。酸度表示水中能与强酸起中和作用的物质的量。溶解物质是指颗粒直径小于10-6mm勺微粒，它们大都以离子或溶解气体状态存在于水中。天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO、SO2-。在含盐量不大的水中，Mg+的浓度一般为Ca2+的25%~50%水中Cs2+、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Nao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是主要阳离子。天然水中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。由于在一般水中K+的含量不高，而且化学性质与N苫相似，因为在水质分析中，常以(K++Na+)之和表示它们的含量，并取加权平均值25作为两者的摩尔质量。\n天然水中都含有Cl-,这是因为水流经地层时，溶解了其中的氯化物。所以Cl+几乎存在于所有的天然水中。天然水中最常见的阳离子是Ca2+、Mg2+、K、Na+;阴离子是HCO、SO2-、Cl-。溶解气体：天然水中常见的溶解气体有氧(Q)和二氧化碳(CO),有时还有硫化氢(HLS)、二氧化硫(SO)和氨(NH)等。天然水中Q的主要来源是大气中Q的溶解，因为空气中含有%勺氧，水与大气接触使水体具有自充氧的能力。另外，水中藻类的光合作用也产生一部分的氧，但这种光合作用并不是水体中氧的主要来源，因为在白天靠这种光合作用产生的氧，又在夜间的新陈代谢过程中消耗了。地下水因不与大气相接触，氧的含量一般低与地表水，天然水的氧含量一般在0~14mg/L之间。天然水中CO的主要来源：为水中或泥土中有机物的分解和氧化,也有因地层深处进行的地质过程而生成的，其含量在几毫克/升至几百毫克/升之间。地表水的CO含量常不超过20~30mg/L,地下水的CO含量较高，有时达到几百毫克/升。天然水中CO并非来自大气，而恰好相反，它会向大气中析出，以为大气中CO的体积百分数只有%~%与之相反的溶解度仅为~L。水中Q和CO的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。。微生物。在天然水中还有许多微生物，其中属于植物界的有细菌类、藻类和真菌类；属于动物界的有鞭毛虫、病毒等原生动物。另外，还有属于高等植物的苔类和属于后生动物的轮虫、涤虫等。为了研究问题方便起见，人为地将水中阴、阳离子结合起来，写成化合物的形式，这称为水中离子的假想结合。这种表示方法的原理是，钙和镁的碳酸氢盐最易转化成沉淀物，所以令它们首先假想结合，其次是钙、镁的硫酸盐，而阳离子Na+和K以及阴离子Cl-都不易生成沉淀物。因此它们以离子的形式存在于水中。第二节电厂用水的类别及水质指标一、电厂用水的类别水在火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。因此根据实用的需要，人们常给予这些水以不同的名称。它们是原水、锅炉补给水、给水、锅炉水、锅炉排污水、凝结水、冷却水和疏水等。现简述如下：(1)原水：也称为生水，是未经任何处理的天然水(如江河水、湖水、地下水等)，它是电厂各种用水的水源。(2)锅炉补给水：原水经过各种水处理工艺净化处理后，用来补充发电厂汽水损失的水称为锅炉补给水。按其净化处理方法的不同，又可分为软化水和除盐水等。(3)给水：送进锅炉的水称为给水。给水主要是由凝结水和锅炉补给水组成。(4)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。(5)锅炉排污水：为了防止锅炉结垢和改善蒸汽品质，用排污的方法，排出一部分炉水，这部分排出的炉水称为锅炉排污水。(6)凝结水：蒸汽在汽轮机中作功后，经冷却水冷却凝结成的水称为凝结水，它是锅炉给水的主要组成部分。(7)冷却水：用作冷却介质的水为冷却水。这里主要指用作冷却作功后的蒸汽的冷却水，如果该水循环使用，则称循环冷却水。（8）疏水：进入加热器的蒸汽将给水加热后，这部分蒸汽冷却下来的水，以及机组停行时，蒸汽系统中的蒸汽冷凝下来的水，都称为疏水。在水处理工艺过程中，还有所谓清水、软化水、除盐水及自用水等。二、水质指标所谓水质是指水和其中杂质共同表现出的综合特性，而表示水中杂质个体成分或整体性质的项目,称为水质指标。由于各种工业生产过程对水质的要求不同，所以采用的水质指标也有差别。火力发电厂用水的水质指标有二类：一类是表示水中杂质离子的组成的成分指标，如。a+、Mg2+、Na+、Cl-、SO2-等；另一类指标是表示某些化合物之和或表征某种性能，这些指标是由于技术上的需要而专门制定的，故称为技术指标。1.表征水中悬浮物及胶体的指标\n（1）悬浮固体。（2）浊度。（3）透明度。1.表征水中溶解盐类的指标（1）含盐量。含盐量是表示水中各种溶解盐类的总合，由水质全分析的结果，通过计算求出。含盐量有两种表示方法：一是摩尔表示法，即将水中各种阳离子（或阴离子）均按带一个电荷的离子为基本单位，计算其含量（mmol/L）,然后将它们（阳离子或阴离子）相加；二是重量表示法，即将水中各种阴、阳离子的含量以mg/L为单位全部相加。由于水质全分析比较麻烦，所以常用溶解固体近似表示，或用电导率衡量水中含盐量的多少。（2）溶解固体。溶解固体是将一定体积的过滤水样，经蒸干并在105~1100c下干燥至恒重所得到的蒸发残渣量，单位用毫克/升（mg/L）表示。它只能近似表示水中溶解盐类的含量，因为在这种操作条件下，水中的胶体及部分有机物与溶解盐类一样能穿过滤纸，许多物质的湿分和结晶水不能除尽，碳酸氢盐全部转换为碳酸盐。（3）电导率。表示水中离子导电能力大小的指标，称作电导率。由于溶于水的盐类都能电离出具有导电能力的离，所以电导率是表征水中溶解盐类的一种代替指标。水越纯净，含盐量越小。电导率越小。水的电导率的大小除了与水中离子含量有关外，还和离子的种类有关，单凭电导率不能计算水中含盐量。在水中离子的组成比较稳定的情况下，可以根据试验求得电导率与含盐量的关系，将测得的电导率换算成含盐量。电导率的单位为微西/厘米（uS/cm）。三.表征水中易结垢物质的指标表征水中易结垢物质的指标是硬度，形成硬度的物质主要是钙、镁离子，所以通常认为硬度就是指水中这两种离子的含量。水中钙离子含量称钙硬（Ha）,镁离子含量称镁硬（T。，总硬度是指钙硬和镁硬之和,即H=Ha+HMg=[（1/2）Ca2+]+[（1/2）M2+]。根据Ca2+、M$与阴离子组合形式的不同，又将硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。（1）盐硬度（HD是指水中钙、镁的碳酸盐及碳酸氢盐的含量。此类硬度在水沸腾时就从溶液中析出而产生沉淀，所以有时也叫暂时硬度。（2）非碳酸盐硬度（HE是指水中钙、镁的硫酸盐、氯化物等的含量。由于这种硬度在水沸腾时不能析出沉淀，所以有时也称永久硬度。硬度的单位为毫摩尔/升（mmol/L）,这是一种最常见的表示物质浓度的方法，是我国的法定计量单位。1、征水中碱性物质的指标表征水中碱性物质的指标是碱度，碱度是表示水中可以用强酸中和的物质的量。形成碱度的物质有：(1)强碱，如NaOHCa(OH2等，它们在水中全部以OH形式存在；(2)弱碱，如NH3的水溶液，它在水中部分以OH非式存在；(3)强碱弱酸盐类，如碳酸盐、磷酸盐等，它们水解时产生OH。在天然水中的碱度成分主要是碳酸氢盐，有时还有少量的腐殖酸盐。水中常见的碱度形式是OH、CO2-和HCO,当水中同时存在有HCO和OH的时候，就发生如(2-2)式的化学反应，HCO3+OHKCO2—+HO(2-2)故一般说水中不能同时含有HCO碱度和OH碱度。根据这种假设，水中的碱度可能有五种不同的形式：只有OH碱度；只有CO2-碱度；只有HCO碱度；同时有OH+CO2-碱度；同时有CO2—+HCO碱度。碱度的单位为毫摩尔/升(mmol/L),与硬度一样，在美国和德国分别用ppmCCO和oG为单位。2、表示水中酸性物质的指标表示水中酸性物质的指标是酸度，酸度是表示水中能用强碱中和的物质的量。可能形成酸度的物质有：强酸、强酸弱碱盐、弱酸和酸式盐。天然水中酸度的成分主要是碳酸，一般没有强酸酸度。在水处理过程中，如H离子交换器出水出现有强酸酸度。水中酸度的测定是用强碱标准来滴定的。所用指示剂不同时，所得到的酸度不同。如：用甲基橙作指示剂，测出的是强酸酸度。用酚酗作指示剂，测定的酸度除强酸酸度(如果水中有强酸酸度)外，还有HCO酸度，即CO\n酸度。水中酸性物质对碱的全部中和能力称总酸度。这里需要说明的是，酸度并不等于水中氢离子的浓度，水中氢离子的浓度常用PH值表示，是指呈离子状态的H+数量；而酸度则表示中和滴定过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将要电离的两个部分。第二章水的预处理天然水未进锅炉前除掉水中杂质的工作，称为炉外水处理，也叫做补给水处理。根据水中所含杂质种类不同，采取不同的水处理方法。对水中较大的悬浮物，靠重力沉淀就可以除掉，这种处理称为自然沉淀法。对于水中的胶体微粒，常向水中加入一些化学药品，使胶体颗粒凝聚沉淀，这种处理称为混凝沉淀法。对于溶于水中的盐类，可采用蒸储法、离子交换法、电渗析法等等。目前电厂多采用离子交换法。炉外水处理就是由上述某些方法联合组成的水处理流程，一般为：现将一般水处理流程中，各种水处理方法、原理及其设备分述如下第一节混凝沉淀\n一、混凝沉淀的原理混凝、沉淀过程一般是在澄清器内进行的。处理方法，是向水中加入混凝剂(硫酸铝、聚合铝和硫酸亚铁、氯化铁等)、石灰乳和镁剂(菱苦土或白云粉)等化学药品。各种药品的作用如下：混凝剂的作用。混凝剂在水中的作用：是促使水中微小的悬浮物或胶体颗粒相互凝聚成大颗粒而下、一沉。二、混凝、沉淀设备及处理过程利用混凝沉淀方法除掉水中悬浮物的沉淀设备叫做澄清池。目前常见的澄清池也有水力循环澄清池、机械搅拌澄清池、脉冲澄清池和泥渣悬浮澄清池等。各种澄清池尽管在结构上有差异，但它们的工作原理则是相似的。这里仅以悬浮澄清池为例来阐述澄清池的工作过程。图13-2是悬浮澄清池的结构示意图。原水首先经过空气分离器，把水中含图13-2悬浮澄清池1—空气分离器；2—喷嘴；3—混合区；4—水平隔板；5—垂直隔板；6—反应区；7—过渡区；8—出水区；9—水栅；10—集水槽；11—排泥系统；12—泥渣浓缩器；13—采样管；14—可动罩子有的空气分离出去。这样就可以避免空气进入澄清池内，搅动悬浮层和把悬浮泥渣带出澄清池，破坏悬浮层的正常工作。不含空气的水和各种药剂，经过喷嘴送入澄清池下部的混合区。由于混合区水流旋涡很强，可以使混凝剂与水充分混合。在混合区上部装有水平和垂直的多孔隔板，从混合区出来的水继续向上流经多孔板时，多孔板既能使水得到进一步的混合，又能消除旋涡使其成为平稳水流，进入反应区。反应区是澄清器的中心部分，是主要工作区。当水进入反应区后，水中杂质逐渐凝聚成絮状悬浮物(称为泥渣)由泥渣组成的悬浮层对水起过滤作用。经过反应区悬浮层的水，继续上升，进入过渡区。由于筒体截面逐渐增大，水的流速逐渐减小，使悬浮物与水分离。澄清池上部出水区截面最大，水在这里流速最低，水与悬浮物得到了很好的分离。最后，澄清水由环形集水槽引出，送至清水箱。澄清池的中央设有垂直圆形的排泥筒。沿着排泥筒的不同高度开有许多层窗口，多余的泥渣自动地经排泥窗口进入浓缩器，浓缩后的泥渣由底部排污管排入地沟。浓缩器与集水槽之间设有回水导管。由于浓缩器与集水槽之间有水位差，使浓缩器上部的清水经加水导管送入集水槽，而悬浮层上部的水经排泥窗口进入浓缩器，同时带走了多余的泥渣，使悬浮层保持固定的高度。澄清池的出水质量，一般可以达到以下标准：(1)悬浮物含量不大于20毫克/升。(2)碱度不大于毫克当量/升。(3)硅酸根含量，平均可降至~毫克/升。(4)耗氧量不大于5毫克/升O2。三、影响混凝因素：1、水的PH值2、水温3、混合速度4、剂量\n1、水中杂质（泥渣）第二节过滤处理生水经过混凝、沉淀处理后，虽然已将水中大部分悬浮物等杂质除掉，但是水中仍残留有20毫克/升左右的细小悬浮颗粒，需要进一步处理。除去残留有悬浮杂质，常用的方法是过滤。在电厂水处理中，主要是采用粒状滤料形成滤层，当浑水通过滤层时，就可以把水中悬浮物吸附截留下来，流出的是清水。一、过滤原理浑水通过滤层时，为什么能除掉水中的悬浮物呢？对过滤的机理，现在还有些不同的看法。目前人们认为，经过混凝处理的水，通过滤层的滤料时，有两个作用：一个是滤料颗粒表面与悬浮物之间的吸力，使悬浮物被吸附；另一个作用滤层对悬浮颗粒的机械筛除作用，而主要是吸附作用。二、滤料选择做滤料的固体颗粒，应有足够的机械强度和很好的化学稳定性，以免在运行和冲洗时，因摩擦而破碎，或因溶解而引出水水质恶化。石英砂有足够的机械强度，在中性、酸性水中都很稳定。但是在碱性水中石英砂能够溶解，使水受到污染。无烟煤的化学稳定性较高，在一般碱性、中性和酸性水中都不溶解，它的机械强度也较好。此外，滤料的粒度和级配都应该选择合适。三、过滤设备及运行过滤设备有多种，电厂水处理中常见的有机械过滤器和无阀滤池等。1．机械过滤器（1）设备结构。机械过滤器的结构如图13-3所示。图13-3机械过滤器1—放空气管；2—进水漏斗；3—缝式滤头；4—配水支管；5—配水干管；6—混凝土它的本体是一个圆柱形容器，内部装有：进入装置、滤层和排水装置。外部设有必要的管道、阀门等。在进、出口的两根水管上装有压力表，两表的压力差就是过滤时的水头损失（运行时的阻力）进水装置可以是漏头形式或其他形式的，其主要作用是使进水沿过滤器截面均匀分配。滤层由滤料组成，滤料的粒径一般采用~毫米。滤层的厚度一般为~米。排水系统多采用支管缝隙式配水装置。它的作用：一是使出水的汇集和反洗水的进入，能沿着过滤器的截面均匀分布；一是阻止滤料被带出。\n(2)设备运行。过滤器在工作时，浑水经进水口流到进水漏斗，然后流经过滤层除掉浑水中的细小悬浮物而成为清水。此清水上排水系统送出。滤速为8~10米/时，或更大些。过滤器的运行过程中，由于滤料不断吸附浑水中的悬浮杂质，使运行阻力逐渐增大。当阻力增大到一定时，应停止运行，对滤料进行反洗。反洗滤料时，先将过滤器内的水排放到滤层以上约10厘米处，用压缩空气吹洗3分钟左右，然后将反洗清水和压缩空气从过滤器底部排水系统进入，经过滤层上升并冲动滤料使滤料浮动起来。此时滤料颗粒在水中游动并相互摩擦，这样将滤粒表面所吸附的杂质洗掉。在用清水和压缩空气混合反洗3~5分钟后，停止压缩空气，仅用清水继续反洗约2分钟后停止反洗。洗掉的吸附杂质随水上升，经上部进水漏斗上底部排水门排入地沟。最后，用水正洗至合格投入运行或备用。(3)双层滤料。一般机械过滤器多用单层滤料，但单层滤料反洗后，在水流的作用下，滤料颗粒形成了“上细下粗”的排列。由于滤层上部的砂粒细，砂粒之间孔隙小，所以吸附的悬浮物大多数集中在上面，致使滤层下部的滤料不能充分发挥吸附作用。这样就带来了水流阻力增长快，运行周期短的缺点。为了消除上述缺点，采用了双层滤料的办法。就是将滤层上部石英砂换一层颗粒较大的无烟煤，组成无烟煤-石英砂的双层滤料的过滤器。由于无烟煤的比重比石英砂的小，所以反洗后无烟煤仍然保持在上层。上层无烟煤颗粒之间的孔隙较大，水中悬浮物除被无烟煤吸附外，还可以进入下层石英砂滤层。这样就充分发挥了滤料的截污能力，使水流阻力增长较慢，延长了运行周期。2．无阀滤池(1)设备结构。无阀滤池的结这种过滤设备是用钢筋水泥筑成的主体，由冲洗水箱、过滤室、集水室、进水装置以及冲洗用的虹吸装置等组成。(2)设备运行。无阀滤池运行时，浑水由进水槽1进入，经过进构如图13-4所示。图13-4无阀滤池1—进水槽；2—进水管；3—档板；4—过滤室；5—集水室；6—冲洗水箱；7—虹吸上升管；8—虹吸下降管；9—虹吸辅助管；10—抽气管；11—虹吸破坏管；12—锥形挡板；13—水封槽；14—排水井；15—排水管水管2流入过滤室4，然后通过滤层除掉浑水中悬浮杂质，成为清水汇集到下部集水室5，此清水再由连通管进入上部冲洗水箱6，当水箱充满水后，澄清的水便经出水漏斗送出。随着运行时间的增长，滤层的阻力逐渐增大。虹吸上升管7中的水面也随之升高，当水面上升到虹吸辅助管9的管口时，水立即从此管中急剧下降。这时主虹吸管(包括虹吸上升管7和虹吸下降管8)中的空气，便通过抽气管10抽走，管中产生负压，使虹吸上升管和下降管中的水面同时上升，当两管水面上升达到汇合时，便形成了虹吸作用。这时，冲洗水箱的水，便沿着与过滤时相反的方向从下而上的经过滤层，形成自动反洗。这样，冲洗水箱的水位便下降，当水位降到虹吸破坏管11的管口以下时，空气便进入虹吸管内，虹吸作用遭到破坏，虹吸上升管的水位下降，反洗过程自动停止，过滤又重新开始。经过机械过滤器或无阀滤池处理后的水，可以使出水中的悬浮物含量达到5毫克/升以下。第三章水的除盐处理\n第一节离子交换树脂水中能电离的杂质可用离子交换法除掉，这种方法是用离子交换剂进行的。离子交换剂包括天然沸石、人造铝硅酸钠、磺化酶和离子交换树脂等四类，其中离子交换树脂在水处理中应用得比较广泛。因此，在讨论离子交换法前，先对离子交换树脂的结构和性质做一些介绍。一、树脂的结构离子交换树脂是一种不溶于水的高分子化合物，外观上是一些直径为~毫米的淡黄色或咖啡色的小球。微观上是一种立体网状结构的骨架；骨架上联结着交换基团，交换基团中含有能解离的离子，图13-5是一种离子交换树脂的结构示意图。下面简单的介绍树脂网状结构的孔隙和交换基团。图13-5H型离子交换树脂结构示意1.树脂孔隙。树脂内部的网架形成树脂中许多类似毛细孔状的沟道，即树脂的孔隙。实际上这些孔隙非常小，一般常用树脂的孔隙直径为20〜40埃（1埃=10—8厘米），而且同一颗粒内的孔隙也是不均匀的。孔隙中充满着水分子，这些水分子也是树脂孔隙的一个组成部分。水和交换基团解离下来的离子组成浓度很高的溶液，离子交换作用就是在这样溶液条件下进行的。树脂孔隙的大小，对离子交换运动有很大影响，孔隙小不利于离子交换运动，以致半径大的离子不能进入树脂内，也就不能发生交换作用。树脂网状骨架部分不溶于水，在交换反应时也是不变的，一般用英文树脂的第一个字母R来表示不变的这一部分。2.交换基团。交换基团是由能解离的阳离子（或阴离子）和联结在骨架上的阴离子（或阳离子）组成。例如，磺酸基交换基团一SO3H，季胺基交换基团一N（CH3）30H等，其中H或OH是能解离的并在反应中发生交换的离子；一S03或一N（CH3）是联结在骨架上的离子，即R-$03或RN（CH）+,它们在反应中是不变的。在书写某种离子交换树脂时，一般只写出树脂骨架符号R和交换基团中能解离的离子本身符号，如RH或ROH?。二、树脂的分类离子交换树脂的分类，一般按交换基团能解离的离子种类分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。1.阳离子交换树脂。交换基团能解离的离子是阳离子的，叫做阳离子交换树脂。在使用时通常是游离酸型即RH型，而且各种RH解离出H+能力的大小不同。所以，其中又分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂。2.阴离子交换树脂。交换基团能解离的离子是阴离子的，叫做阴离子交换树脂。使用时通常是游离碱型即R0H1,而且各种ROHW离出0H能力的大小不同。所以，其中又分为强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。（或微孔型）之分。目前生3.此外，离子交换树脂按其孔隙结构上的差异，又有大孔型树脂和凝胶型产一种孔隙直径为200~1000埃的树脂，称为大孔树脂；而把一般孔径在40埃以下的树脂，称为凝胶型树脂。三、化学性质离子交换树脂的化学性质有：离子交换、催化、络盐形成等。其中用于电厂水处理的，主要是利用它的离子交换性质。所以，这里仅介绍离子交换反应的可逆性、选择性和表示交换能力大小的交换容量。1.离子交换反应的可逆性。当离子交换树脂遇到水中的离子时，能发生离子交换反应。反应结果，\n树脂的骨架不变，只是树脂中交换基团上能解离的离子与水中带同种电荷的离子发生交换。例如，用8%左右的食盐水，通过RH树脂后，出水中的H+浓度增加，N4浓度减小。这说明食盐水通过RH树脂时，树脂中的H+进入水中，食盐水中的Na+交换到树脂上。这一反应为：RH+NaC卜RNa+HCl或RH+NRRNa+H如果用4/右的盐酸通过已经变成RNa的树脂后，出水中的Na+浓度增加，H+浓度减小。说明树脂中的Na+进入水中，而盐酸中的H+交换到树脂上。这一反应为：RNa+HC卜RH+NaCl或RNa+H^RH+Na对照两个反应我们知道：离子交换反应是可逆的。这种可逆反应，可用可逆反应式表示：RH+NaCl^RNa+HCl或RH+NaRNa+H+1.离子交换反应的选择性。这种选择性是指树脂对水中某种离子所显示的优先交换或吸着的性能。同种交换剂对水中不同离子选择性的大小，与水中离子的水合半径以及水中离子所带电荷大小有关；不同种的交换剂由于交换换团不同，对同种离子选择性大小也不一样。下面介绍四种交换剂对离子选择性的顺序：(1)酸酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg+>K>NH4〜Na+>H+22)弱酸性阳离子交换剂，对水中阳离子的选择顺序：H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg+>K>NH4.Ns+从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着力不强；而弱酸性阳离子交换剂则容易吸着H+o所以，实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂比再生强酸性阳离子交换剂要容易得多。(3)强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：2-一SO4>NO3>Cl>OH>F>HCO3>HSiO334)弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：-_2-OH>SO2>NO3>Cl>hco3从阴离子交换剂的选择性来看，用碱再生弱碱性阴离子交换剂比再生强碱性阴离子交换剂容易。但是弱碱性阴离子交换剂吸着HCO3很弱，不吸着HSiO3o因此，弱碱性阴离子交换剂用于除掉水中强酸根离子。3.交换剂的交换容量。交换容量是离子交换剂的一项重要技术指标。它定量地表示出一种树脂能交换离子的多少。交换容量分为全交换容量和工作交换容量。(1)全交换容量。全交换容量是指离子交换剂能交换离子的总数量。这一指标表示交换剂所有交换基团上可交换离子的总量。同一种离子交换剂，它的全交换容量是一个常数，常用毫克当量/克来表示。（2）工作交换容量。工作交换容量就是在实际运行条件下，可利用的交换容量。在实际离子交换过程中，可能利用的交换容量比全交换容量小得多，大约只有全交换容量的60~70%。某种树脂的工作交换容量大小和树脂的具体工作条件有关，如水的pH值、水中离子浓度、交换终点的控制标准、树脂层的高度和水的流速等条件，都影响树脂的工作交换容量。工作交换容量常用毫克当量/毫升来表示。四、新树脂处理新树脂处理前，需先用水使树脂充分膨胀，，然后用5%稀盐酸对其中无机杂质（主要铁的化合物）\n除去，用2%氢氧化钠有机杂质，。如果树脂脱水，则先要用10%浓食盐进行浸泡膨胀再进行处理。第二节离子交换除盐在离子交换法的水处理中，根据除掉水中离子种类不同，分为离子交换法除盐（化学除盐）和离子交换法软化（化学软化）两种。其中使用比较广泛的是化学除盐，所以我们着重讨论化学除盐的原理、设备及运行；对于化学软化只作概括介绍。一、化学除盐化学除盐法就是将RH树脂和ROHW脂分别（或混合）放在两处（或一个）离子交换器内，用RH树脂除掉水中的金属离子，用ROFB掉水中的酸根，使水成为纯水。1．原理。化学除盐原理主要有两个交换反应，一个是除盐反应，一个是再生反应。（1）除盐。当含盐水流过RH树脂层时，水中的金属离子与RH树脂中的H+发生交换反应。水中的Na>Ca2+、Mg+……等离子扩散到树脂的网孔内并留在其中，而网孔内的H+则扩散到水中。结果，水中除了少数残余的金属离子外，阳离子换成了H+o这个过程用下列反应式表示：RH+N»RNa+H2RH+Ca-RCa+2H2RH+M2ARMg+2H经过RH树脂处理后的水，再通过ROHM脂层时，水中的酸根离子与ROH^生交换反应。水中的Cl2、SO4、HSiO3……等离子扩散到树脂网孔内并留在其中，而网孔的OH则扩散到水中。结果，水中除了少数酸根外，阴离子换成OH。这个过程用下列反应式表示：ROH+C1-RCl+OH2ROHSO2.R2sO+2OHROHHSiO3-RHSiO+OH3水中的H+与OH相线路合变成水：H++OFKHO水经过RH阳树脂和ROHM树脂处理后，水中的金属阳离子被交换成N,酸根阴离子被交换成OH相结合成水，原水中的盐类被除去。这样处理后的水叫做除盐水。（2）再生。RH树脂和ROHW脂，经过交换后，分别转变为RNaRCaRMg••…和RCl、RSO、RHSiQ……等新型树脂。这些新型树脂不能再起除盐作用，这种现象叫做树脂的失效。使失效的树脂重新恢复成最初类型的树脂的过程，叫做再生。再生是根据离子交换反应的可逆性进行的。例如：RH+Na+5=RNa+H+再生除盐ROH+ClRCl+OH再生即反应向右进行是除盐，向左进行是再生。而反应究竟向哪个方向进行与离子的性质和溶液中离子浓度\n有关。在溶液中反应方向主要决定于离子被树脂的选择性，当溶液中某种离子浓度增大到一定范围时，反应就可以按人们指定的方向进行。在上述反应中分别增加H+浓度和OHM度，反应就向再生方向进行。这一可逆反应，提供了失效树脂再生的条件。RH阳树脂失效后采用一定浓度的酸溶液再生，ROH阴树脂失效后采用一定浓度的碱溶液再生。使树脂再生的药剂如酸、碱等，称为再生剂（或还原剂）。在生产中，RH的再生液一般用4~5%勺盐酸或1~2%勺硫酸；ROH勺再生液一般用3~4%勺氢氧化钠溶液。2.设备和运行（1）复床。水处理使用的离子交换器有多种形式，其运行方式也各不相同，常见的有复床除盐和混床除盐。下面先介绍复床除盐的设备结构和运行步骤。复床就是把RH树脂和ROHW脂分别装有两个交换器内组成的除盐系统。装有RH树脂的叫做阳离子交换器；装有ROHW脂的叫做阴离子交换器。1）设备结构。离子交换器的主体是一个密闭的圆柱形壳体，体内设有进水、排水和再生装置，如图13-6。进水装置多采用喇叭口形，水沿喇叭口周围淋下，以便使水分布均匀。排水装置，近年来多采用穹形多孔板加石英砂垫层的方式，也有用排水帽的。进再生液装置有辐射型、圆环形和支管形，如图13-7所示。图13-6离子交换器结构图13-7离子交换器再生装置1—放空气管；2一进水漏斗；3一再生装置；1—辐射型；2—圆环型；3—支管型4—缝式滤头；5—混凝土2）运行步骤。交换器的运行分为四个阶段：交换除盐、反洗、再生和正洗。①交换除盐。在除盐运行阶段，被处理的水洗经过阳离子交换器，再进入阴离子交换器，除盐后的水送入除盐水箱。阳离子交换器内装入一定量的RH树脂，在阳离子交换器内水中的金属离子与RH树脂中的H交换，金属被交换在树脂上；阴离子交换器内装入一定量的ROHM脂，在阴离子交换器内，水中的酸根离子与ROHW脂中的OH交换，酸根离子被交换在树脂上。经过两种交换处理后的水，送入除盐水箱。交换器运行若干小时后，出水含盐量增加，水的导电度增大。当运行到出水导电度明显增大并达到一定值时，说明交换剂已经失效，不能生产出合格的水。在生产，为了便于用导电度表监视树脂是否已经失效，一般是让阳树脂先失效。树脂失效后，停止运行进行再生\n②反洗。树脂再生前需要反洗。这是因为变换是在较大压力下进行的，树脂颗粒间压得很紧，这样在树脂层内会产生一些破碎的树脂；此外，在阳离子交换树脂层表面几厘米的厚度内还会积累一些水中悬浮物，这些破碎的树脂是悬浮物都不利于交换剂的再生。所以，反洗的目的就是用清水松动交换剂层，清除树脂层内的悬浮物、破碎树脂和气泡等。反洗水经底部反洗进水门进客店交换器内，自下而上的流过树脂层，再进入上部漏斗由排水门排入地沟。反洗时，要求树脂层膨胀30~40%，使树脂得到充分清洗。反洗一直进行到出水澄清为止。为了防止树脂被冲走，应先慢慢开大反洗进水门，然后慢慢开大排水门。使用的反洗水不应污染树脂。③再生。再生是一项重要的操作过程。再生开始前，打开空气门和排水门，放掉交换器内一部分水，使水位降到树脂层上10~20厘米处，关闭排水门。然后将一定浓度的再生液送进交换器内，由再生装置将再生液均匀分布大整个树脂层上，并将交换器内的空气经空气管排出。当交换器内的空气排完再生液充满筒体后，并闭空气门，打开排水门，此时再生液流过树脂层，并与失效的阳离子(或阴离子)树脂发生图13-8混合床离子交换器结构1—放空气管；2—观察孔；3—进水装置；4—多孔板；5—档水板；6—滤布层；7—中间排水装置离子交换反应，使失效树脂得到再生。再生过程中的废液从排水门排走。④正洗。待树脂中再生后的废液基本排完，树脂中仍有残留的再生剂和再生产物，必须把它们洗掉，交换器方能重新投入运行。正洗时，清水沿运行路线进入交换器，由排水门排入地沟。正洗开始时，排出的废液中仍有再生剂和再生产物，随着正洗的进行，出水中的再生剂和再生产物逐渐减少，同时除盐的交换反应也开始发生，当排出的水基本符合水质标准时，即可关闭排水门，结束正洗，投入运行或备用。交换器从除盐-反洗-再生-正洗的全过程叫做一个运行周期。(2)混床。经过复床除盐的水，仅适用一般高压锅炉的补给水，仍不能满足高参数锅炉的给水水质要求。为此，可以将复床除盐水再通过混床处理，以提高水质的纯度。混床就是把阳、阴离子交换树脂放在同一个交换器内，并在运行前两种树脂充分混合均匀。1)混床的除盐原理。一般制取高纯度的除盐水，均采用RH与ROK脂，即H-OH型混床。在这种混床内可以把树脂层内的RH与ROHM脂颗粒看做为混合交错排列的，这样的混床就相当于许多级复床串联在一起，有利于下列反应：RH+N»RNa+HROH-HSiO3-RHSiO+OHH++OH>H2O由于RH与ROHM脂颗粒交错排列，生成的H+和OH很快能结事成难解离的水，使除盐反应进行得比较彻底。因此，HOH1混床的出水水质纯度很高。2)设备结构。一般采用的混床有固定式体内再生混床和固定式体外再生混床。这里介绍内再生混床设备，如图13-8。这种离子交换器是一个圆柱形密闭容器，交换器上部设有进水装置，下部有配水装置，中间装有阳、阴树脂再生用的排液装置，中间排液装置的上方设有进碱装置。3)再生。混床是把阳、阴树脂混合装在同一个交换器内运行的，所以运行操作与一般固定床不同，特别是混床的再生操作差别很大。当混床树脂失效再生时，首先应把混合的阳、阴树脂分层，然后才能分别通过酸、碱再生液进行再生，这是混床操作的特点。\n再生方法分为体内再生法和体外再生法。本节介绍体内再生法，其步骤为：反洗分层、再生和正洗。①反洗分层。混床内阳、阴树脂间的比重差是混床树脂分层的重要条件。阳树脂的湿真比重为~，而阴树脂的湿真比重为~。由于阳、阴树脂比重的不同，当混床树脂反洗时，在水流作用下树脂会自动会层，上层是比重较小的阴树脂，下层是比重较大的阳树脂。阳、阴树脂的比重差越大，分层越迅速、彻底；比重差小，分层比较困难。树脂的比重与失效树脂转型有关，失效树脂转型不同，其比重也各不相同，不同型式的阳树脂，它们的比重顺序为：HNH4CaNaKBa不同型式阴树脂的比重顺序为：OHClCO3HCO3NO3SO4——表示比重，右下角的符号表示树脂的类型。为了提高树脂分层效果，有时在分层前向混床内通入NaOH使阳树脂转换为比重较大的RNa树脂，使阴树脂转换为比重较小的ROH树脂。这样可以增大阳、阴树脂间的比重差，以达到提高分层效果的目的。此外，反洗流速，也影响分层效果。一般反洗流速，应控制在使整个树脂层的膨胀率在50%以上。②再生。混床中阳、阴树脂分层后，就可以对上层的阴树脂和下层的阳树脂分别进行再生，亦可同时进行再生。以分别再生为例，说明再生操作：再生阴树脂时，碱液从上部的进碱管进入，通过失效的阴树脂层，使失效树脂再生，其废液由混床中部排液装置排出。此时应特别注意防止碱液浸润阳树脂层。为此，在再生阴树脂的同时将清水按酸再生液的途径，从底部不断送入。当阴树脂再生完毕后，继续向阴树脂层进清水，清洗阴树脂层中的再生废液，清洗至排水的氢氧碱度为毫克当量/升时为止。再生阳树脂时，酸液从下面通过底部配水装置进入失效树脂层，使失效的阳树脂再生，其废液从混床中部的排液装置排出。此时应注意防止酸液浸润阴树脂层。为此，在再生阳树脂同时将清水按碱再生液的途径从上部进入。当阳树脂再生完毕后，继续向阳树脂层进清水，清洗阳树脂中的再生废液，清洗至排水的酸度为毫克当量/升时为止。③正洗。正洗就是用清洗水从上部进入，通过再生后的树脂层由底部排出。首先进行混合前正洗，当正洗到排水的导电度在微姆/厘米以下时，停止混合前正洗，然后从混床交换器底部进入压缩空气，把两种树脂混合均匀，进行混合后的大流量正洗（流速约为20米/时左右）至出水合格，投入运行或备用。混床的出水纯度虽然很高，但树脂交换容量的利用低、树脂磨损大、再生操作复杂。因此，它适用处理含有微量盐的水，如经过一级复床处理的除盐水和凝结水等。这样可以延长混床的运行周期，减少再生次数。二、化学软化含有较多Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水。降低水中Ca2+和Mg+的含量或把水中Ca2+和Mg+基本全部除掉的工作叫做软化。经过软化后的水叫做软水。化学软化的反应原理、设备及其运行步骤基本上与复床除盐相似，不同的是软化只是除掉水中的Ca2+和Mgj+,软化所用的交换剂是RNa或RHH如果交换剂为RNa时，再生液为5~10%勺食盐水。软化和再生反应式如下：d+软化RCo+2RNa+Ca2+；——R2Ca+2NaMgR2Mg软化水的含盐量比除盐水中的含盐量高，所以软化水只能做中、低压锅炉或蒸发器的补给水。第三节除CO器\n河水和井水一般均含有重碳酸盐，这种水经过RH树脂层时，发生如下图13-9鼓风除CO器反应：1一脱气塔；2—充填物(拉西环)；2RH+Ca(HCO2-R2Ca+2HCO3中间水箱2RH+Mg(HGO2-RMg+2HCO水中其它重碳酸盐也发生类似反应，致使水中重碳酸盐转变为碳酸。除CO器主要用于除去水中的这部分碳酸。1.除CO的原理。含有重碳酸盐的水经过RH树脂处理后，它的pH值一般在以下。在这种情况下水中H2CO能分解为水和二氧化碳：H2CO3H2O+CO2这种CO可以看作是溶于水的气体。当水面上的CO压力降低或向水中鼓风时，溶于水中的CO就会从水中逸出。根据它的这个性质，可以采用真空法或鼓风法来除去水中的CO。2.鼓风除CO器。鼓风除CO器是一个圆柱形设备，如图13-9所示。除CO器的圆柱体可用金属、塑料或木料制成。如果用金属制造，圆柱体的内表面应采取适当防腐措施。柱体内一般装在瓷环，瓷环的作用是使水与空气能充分接触。除CO器运行时，水从圆柱体上部进入，经配水管和瓷环填料后，从下部流入贮水箱。空气则由鼓风机从柱体底部送入，经瓷环并与水充分接触，然后由上部排出。由于空气中CO含量很少，它的压力只占大气压力的％左右。所以当空气鼓进柱体并与水接触时，水里的CO就会扩散到空气中去，当水从上往下流动遇到从下向上的空气时，水中绝大部分CO即随空气带走。水越往下流其中CO越少，当水流到柱体底部时，残余的CO一般只有5~10毫克/升。第四节降低酸、碱耗的措施在对给水进行化学除盐的过程中，费用最大的是树脂再生用的酸或碱。降低再生用的、碱耗，是提高化学除盐经济运行的主要途径。\n酸、碱耗的计算方法在计算化学除盐的酸、碱耗时，常用单耗和比耗来表示。.单耗。再生剂的单耗是指除去水中1克当量的离子，实际消耗再生剂的克数:酸单耗碱单耗再生用Z^酸量（克）周期出水量（吨）总阳离子量（毫克当量/升）再生用^碱量（克）周期出水量（吨）总阴离子量（毫克当量/升）式中总阳离子量=入口水碱度+出口水酸度；总阴离子量=入口水酸度+CO2SiO2.4460这里CO2——阴离子交换器入口水中CO的含量，毫克/升;SiO2——阴离子交换器入口水中SiO2的含量，毫克/升。2.比耗。再生剂的比耗是指实际用的再生剂单耗与再生剂理论消耗量的比值：比耗再生剂单耗（克）再生剂理论耗量（克）再生剂理论耗量，是指交换按等当量进行反应所消耗的再生剂量。例如，要除去水中1克当量的阳离子，消耗盐酸的理论量应为克。如果它的单耗为克，则其比耗为盐酸比耗54.75克36.5克1.5二降低酸、碱耗的措施运行中酸、碱耗的大小，与原水中盐的种类和数量、再生工艺。设备形式和树脂性能等因素有关。目前，在降低酸、碱耗方面主要采取以下几种措施：1.逆流再生。逆流再生是再生液的流向运行时水的流向相反。这种再生方式，能使保护层树脂（指运行时水流量后经过的那一部分树脂）再生彻底，再生液也得到了充分利用。这样，可以降低酸和碱的消耗量，提高出水水质。逆流设备在运行时，被处理的水最后与再生彻底的保护层接触，有利于提高出水水质。另外，水在进入交换器时，首先接触的是再生程度较差的树脂，由于水中H、OH域软化处理时的Na+）浓度小，反应按除盐（或软化）方向进行，这就使再生程度较差的树脂也能充分发挥作用。目前，我国使用的逆流离子交换器有：逆流再生固定床和浮动床等。逆流再生固定床在运行时，待处理的水由交换器上部进入，经过树脂层后由下部流出。树脂再生时,再生液由交换器下部进入，经过树脂导的再生废液，由上部排出。图13-10浮动床工作原理示意（1）运行状态；（2）再生状态浮动床在运行时，要处理的水上交换器底部进入，利用水流的动能使村脂以密实状态向上托起称为成床，水流过床层由顶部排出。树脂再生时，树脂层下落，称为落床。落床后再生液由交换器上部进入，经过树脂层的再生废液由底部排出，如图13-10。表13-6内列出我国某些电厂采用逆流交换器运行的经济指标和出水水质。表13-6逆流与顺流再生的酸、碱耗和出水水质酸、碱耗（克/克当量）出水水质顺流逆流顺流逆流酸耗碱耗酸耗碱耗漏Na（微克/升）导电度（微姆/厘米）漏Na（微克/升）导电度（微姆/厘米）XX厂82934555200〜10004~1020XX厂8510055150〜7004~1020~40〜XX厂929946700~8001040~605注：再生液采用的酸为盐酸（HCl）,碱为氢氧化钠（NaOH）。2.设置前置式交换器。将一个强酸性（或强碱性）离子交换器设计成两个，前后安装。运行时，原水\n先通过前者，再通过后者。再生时，再生液先流经后者，再流经前者。这种水处理方式，由于采用了类似逆流再生的办法，使酸、碱耗降低。1.双层床离子交换器。双层床是将强酸性与弱酸性（或强碱性与弱碱性）离子交换树脂，分层装在固定床交换器中。弱酸性（或弱碱性）树脂装在上层，强酸性（或强碱性）树脂装在下层。运行时，水从上部流入由下部排出；再生时，再生液从下部进入失效树脂层，由上部排出。由于弱酸（或弱碱）树脂失效后很容易再生，所以再生液从底部经过强酸（强碱）树脂后的稀溶液对弱酸（弱碱）树脂还能起再生作用。这样，再生剂得到了充分的利用，降低了酸、碱耗。例如，某厂的阳双层床的HCl酸耗平均为克/克当量，出水漏Na+为40〜80微克/升，硬度为0;另一电厂的阴双层床的NaOHM耗名勺为45克/克当量，出水导电度为3~4微姆/厘米，SiO2为10微克/升左右。从这些数据可以看出，双层床酸、碱耗比顺流再生单层床的酸、碱耗低得多，出水水质也有所提高。4.废再生液回收。当使用顺流固定床交换器时，再生强酸性或强碱性树脂的废液，其酸、碱浓度在2%左右，应将这种废液回收到专设的容器内，供下次初步再生使用。注意，开始排出的废液中因再生产物较多，不宜利用；当再生产物含量高峰过后，废液方可回收备用。第五节锅炉补给水的处理系统前面已经讨论了除掉水中各类杂质的原理、设备和方法；了解到把天然水净化为锅炉补给水的过程,这个过程是由各种水处理方法和设备联合组成的水处理系统。某电厂应采用何种水处理系统，应根据本厂对给水水质要求和原水水质情况等具体条件决定。电厂常用的几种基本水处理系统及其适用范围列于表13-5中。表13-5锅炉补给水处理系统水处理系统适用范围\n1—配水器；2—空气分离器；3—澄清器；4—清水箱；5一机械过滤器河水的悬浮物含量大于20毫克/升，硅化物较多，含盐量不高的原水用于高压及高压以下锅炉的补给水处理含强酸阴离子较多的原水用于中、低压炉碱蒸发器的补给水处理含重碳酸盐碱度较大的原水用于中、低压炉或蒸发器的补给水处理碱度、含盐量、硅酸含量均不高的清水用于超高压炉或直流炉的补给水处理2碱度及SO4、Cl含量较高的清水用于高压炉的补给水处理SO2和Cl含量高的清水用于超高压炉或直流炉的补给水处理\n第四节混合离子交换器一、概述混合离子交换器是用于初级纯水的进一步精制。一般设置于阴、阳离子交换器之后，也可设置在电渗析或反渗透后串联使用。出水水质可达到SiO2pH调整池-混合池碱性\废碱缓冲池/>冲灰水水泵吸水井或排入循环水排水虹吸井化学水处理酸、碱废水除采用自行中和外，还可采用弱酸型阳树脂处理。这种处理方式是将化学水处理车间产生的酸性废水和碱性废水交替通过弱酸性阳离子交换树脂，处理后可使两种废水的pH值控制在6~9之间，而且合格率可达到80%以上。第七章热力设备腐蚀与防护第一节锅内腐蚀基础知识介绍目前在发电厂中比较常见的腐蚀是给水系统的腐蚀、锅内腐蚀、汽轮机腐蚀以及凝汽器铜管腐蚀等。本章对这几个方面的腐蚀简述如下。一、腐蚀类型金属表面和它接触的物质发生化学或电化学作用，使金属从表面开始破坏，这种破坏称为腐蚀。例如，铁器生锈和铜器长铜绿等，就是铁和铜的腐蚀。腐蚀有均匀腐蚀和局部腐蚀两类。（一）均匀腐蚀。均匀腐蚀是金属和人侵蚀性物质相接触时，整个金属表面都产生不同程度的腐蚀。（二）局部腐蚀。局部腐蚀只在金属表面的局部位置产生腐蚀，结果形成溃疡状、点状和晶粒间腐蚀等。图13-13中所示的是各种腐蚀形状。均匀腐蚀溃疡腐蚀点状腐蚀晶粒间的腐蚀穿晶腐蚀图13-13腐蚀类型1．溃疡状腐蚀。这种腐蚀是发生在金属表面的别点上，而且是逐渐往深度发展的。\n1．点状腐蚀。点状腐蚀与溃疡腐蚀相似，不同是点状腐蚀的面积更小，直径在~1毫米之间。2．晶粒间腐蚀。晶粒间腐蚀是金属在侵蚀性物质（如浓碱液）与机械应力共同作用下，腐蚀是沿着金属晶粒边界发生的，其结果使金属产生裂纹，引起机械性能变脆，造成金属苛性脆化。3．穿晶腐蚀。穿晶腐蚀是金属在多次交变应力（如振动或温度、压力的变化等）和侵蚀性介质（碱、氯化物等）的作用下，腐蚀穿过晶粒发生的，其结果使金属机械性变脆以致造成金属横向裂纹。总之，局部腐蚀性能在较短的时间内，引起设备金属的穿孔或裂纹，危害性较大；均匀性腐蚀虽然没有显着缩短设备的使用期限，但是腐蚀产物被带入锅内，就会在管壁上形成铁垢，引起管壁的垢下腐蚀，影响安全经济运行。二、给水系统的腐蚀因素给水系统是指凝结水的输送管道、加热器、疏水的输送管道和加热设备等。这些设备的腐蚀结果，不仅使设备受到损坏，更严重的是使给水受到了污染。给水虽然是电厂中较纯净的水，但其中还常含有一定量的氧气和二氧化碳气。这两种气体是引起给水系统金属腐蚀的主要因素。1．水中溶解氧。若水中溶解有氧气，能引起设备腐蚀，其特征一般是在金属表面形成许多小型鼓包，其直径由一毫米至30毫米不等。鼓包表面的颜色有黄褐色或砖红色，次层是黑色粉末状的腐蚀产物。当这些腐蚀产物被清除后，便会在金属表面出现腐蚀坑。氧腐蚀最容易发生的部位，是给水管道、疏水系统和省煤器等处。给水经过除氧后，虽然含氧量很小，得是给水在省煤器中由于温度较高，含有少量氧也可能使金属发生氧腐蚀。特别是当给水除氧不良时，腐蚀就会更严重。2.水中溶解CO。二氧化碳溶于水后，能与水结合成为碳酸（H2CO）,使水的pH值降低。当CO溶解到纯净的给水中，尽管数量很微小也能使水的pH值明显下降。在常温下纯水的pH值为，当水中CO的浓度为1毫克/升时，其pH值由降至。这样的酸性水能引起金属的腐蚀。水中二氧化碳对设备腐蚀的状况是金属表面均匀变薄，腐蚀产物带入锅内。给水系统中最容易发生CO2腐蚀的部位，主要是凝结水系统。当用化学除盐水做为补给水时，除氧器后的设备也可能由于微量CO2而引起金属腐蚀。3.水中同时含有。和CO。当水中同时含有O和CO时，金属腐蚀更加严重。因为氧和铁产生电化学腐蚀形成铁的氧化物或铁的氢氧化物，它们能被含有CO2的酸性水所溶解。因此，CO2促进了氧对铁的腐蚀。这种腐蚀状况是金属表面没有腐蚀产物，腐蚀呈溃疡状。腐蚀部位常常发生在凝结水系统，疏水系统和热网系统。当除氧器运行不正常时，给水泵的叶轮和导轮上均能发生腐蚀。三、腐蚀的防止方法防止给水系统腐蚀的主要措施，是给水的除氧和氨处理。1．给水除氧。去除水中氧气的方法有热力除氧法和化学除氧化。其中以热力除氧为主，化学除氧为辅的办法。(1)热力除氧法。氧气和二氧化碳气在水中的溶解度与水的温度、氧气或二氧化碳气的压力有关。若将水温升高或使水面上氧气或二氧化碳气的压力降低，则氧气或二氧化碳气在水中的溶解度就会减小而逸掉。当给水进入除氧器时，水被加热而沸腾，水中溶解的氧气和二氧化碳气，就会从水中逸出并随蒸汽一起排掉。为了保证能比较好地把给水中的氧除去，除氧器在运行时，应做到以下几点：①水应加热到与设备内的压力相当的沸点，因此，需要仔细调节蒸汽供给量和水量，以维护除氧水经常处于沸腾状态。在运行中，必须经常监督除氧器的压力、温度、补给水量、水位和排气门的开度等。\n①补给水应均匀分配给每个除氧器，在改变补给水流量时，应不使其波动太大。对运行中的除氧器，必须有计划地进行定期检查和检修，防止喷嘴或淋水盘脱落、盘孔变大或堵塞。必要时，对除氧器要进行调整试验，使之运行正常。(1)化学除氧法。电厂中用作化学除氧药剂的有：严硫酸钠(NazSO)和联氨(N2H4)。亚硫酸钠只用作中压电厂的给水化学除氧剂，联氨可作为高压和高压以上电厂的给水化学除氧剂。联氨能与给水中的溶解氧发生化学反应，生成氮气和水，使水中的氧气得到消除：ZH+O-N2+2H2。上例反应生成的氮气是一种很稳定的气体，对热力设备没有任何害处。此外，联氨在高温水中能减缓铁垢或铜垢的形成。因此，联氨是一种较好的防腐防垢剂。联氨与水中溶解氧发生反应的速度，与水的pH值有关。当水的pH值为9〜11时，反应速度最大。为了使联氨与水中溶解氧反应迅速和完全，在运行时应使给水为碱性。当给水中残余的联氨受热分解后，就会生成氮气和氨：3N2H4-N2+4NH产生的氨能提高凝结水的pH值，有益于凝结水系统的防腐。但是，过多的NH会引起凝结水系统中铜部件的腐蚀。在实际生产中，给水联氨过剩量，应控制在20〜50ppb之内。联氨的加入方法：将联氨配成〜崛勺稀溶液，用加药泵连续地把联氨溶液送到除氧器出口管，由此加入给水系统。联氨具有挥发性、易燃、有毒。市售联氨溶液的浓度为80%这种联氨浓溶液应密封保存在露天仓库中，其附近不充许有明火。搬运或配制联氨溶液的工作人员，应配带眼镜、口罩、胶皮手套等防护用品。(2).给水氨处理。这种方法是向给水加入氨气或氨水。氨易溶于水，并与水发生下列反应使水呈碱性：NH+H2ONHOHNH40H：——NH4+OH如果水中含有C0时，则会和NHOH^t生下列反应：NHOH+CO>NHHCO当NH过量时，生成的NHHCO^续与NHOH反应，得到碳酸镂：NHOH+N44HCOH(NH4)2CO+H2O由于氨水为碱性，能中和水中的CO或其他酸性物质，所以能提高水的pH值。一般给水的pH值应调整在〜的范围内。氨有挥发性，用氨处理后的给水在锅内蒸发时，氨又能随蒸汽带出，使凝结水系统的pH值提高，从而保护了金属设备。但是使用这种方法时，凝结水中的氨含量应小于2〜3毫克/升；氧含量应小于毫克/升。加到给水中的氨量，应控制在差克/升的范围内。此外，某些胺类物质，如莫福林和环已胺，它们溶于水显碱性，也能和碳酸发生中和反应，并且胺类对铜、锌没有腐蚀作用。因此，可以用其来提高给水的pH值。由于这种药品价格贵，又不易得到，所以目前没有广泛使用。四、锅内腐蚀的种类当给水除氧不良或给水中含有杂质时，可能引起锅炉管壁的腐蚀。锅内常见的腐蚀有以下几种：\n1．氧腐蚀。金属设备在一定条件下与氧气作用引起的腐蚀，称为氧腐蚀。当除氧器运行不正常，给水含氧量超过标准时，首先会使省煤器的进口端发生腐蚀；含氧量大时，腐蚀可能延伸到省煤器的中部和尾部，直至锅炉下降管。锅炉在安装和停用期间，如果保护不当，潮湿空气就会侵入锅内，使锅炉发生氧腐蚀。这种氧腐蚀的部位很广，凡是与潮湿空气接触的任何地方，都能产生氧腐蚀，特别是积水放不掉的部位更容易发生氧腐蚀。2．沉积物下的腐蚀。金属设备表面沉积物下面的金属所产生的腐蚀，称为沉积物下的腐蚀。造成锅炉沉积物下面的金属发生腐蚀的条件是炉口含有金属氧化物、盐类等杂质，在锅炉运行条件下发生下列过程：首先，炉水中的金属氧化物，在锅炉管壁的向火侧形成沉积物。然后，在沉积物形成的部位，管壁的局部温度升高，使这些部位炉水高度浓缩。由于这些浓缩的锅炉水中含有的盐类不同，可能发生酸性腐蚀，也可能发生碱性腐蚀。(1)酸性腐蚀。当锅炉水中含有MgCk或CaCl2等酸性盐时，浓缩液中的盐类发生下列反应：MgCl2+2HO^Mg(OH)J+2HC1CaCl2+2HMCa(OH)4+2HC1产生的HCl,增强了浓缩液的酸性，使金属发生酸性腐蚀。这种腐蚀的特征是沉积物下面有腐蚀坑。坑下金属的金相组织有明显的脱碳现象，金属的机械性能变脆。(2)碱性腐蚀。当炉水中含有NaOH寸，在高度浓缩液中的NaOH^与管壁的F&Q氧化膜以及铁发生反应：FesO4+4NaOH>2NaFeO+NaFeQ+2H2OFe+2NaOH>NaFeO+HT反应结果使金属发生碱性腐蚀。碱性腐蚀的特征，是在疏松的沉积物下面有凸凹不平的腐蚀坑，坑下面金属的金相组织没有变化，金属仍保持原有的机械性能。沉积物下腐蚀，主要发生在锅炉热负荷较高的水冷壁管向火侧。(3)．苛性脆化。苛性脆化是一种局部腐蚀，这种腐蚀是在金属晶粒的边际上发生的。它能削弱金属晶粒间的联系力，使金属所能承受的压力大为降低。当金属不能承受炉水所给予的压力时，就会产生极危险的炉管爆破事故。金属苛性脆化是在下面因素共同作用下发生的：(1)锅炉中含有一定量的游离碱(如苛性钠等)。(2)锅炉铆缝处和胀口处有不严密的地方，炉水从该处漏出并蒸发、浓缩。(3)金属内部有应力(接近于金属的屈服点)。(4).严硝酸盐腐蚀。高参数的锅炉应注意严硝酸盐引起的腐蚀。亚硝酸盐的高温情况下，分解产生氧,使金属发生氧腐蚀。腐蚀的特征呈溃疡状。这种腐蚀在上升管的向火侧比较严重。五、防止锅内腐蚀的措施1.保证除氧器的正常运行，降低给水含氧量。2.做好补给水的处理工作，减少给水杂质。3.做好给水系统的防腐工作，减少给水中的腐蚀产物。4.防止凝汽器泄漏，保证凝结水的水质良好。5.做好停炉的保护工作和机组启动前汽水系统的冲洗工作，防止腐蚀产物带入锅内。\n1.在设计和安装时，应注意避免金属产生应力。对于聊接或胀接的锅炉，为防止苛性脆化的产生,在运行时可以维护炉水中苛性钠与全固形物的比值小于或等于（即NaOH7560~1702~102~10>75第三节停炉腐蚀和保护方法一、停炉腐蚀和危害锅炉在停用期间受空气中的水分和氧气的作用，使金属遭到腐蚀。停用期间的腐蚀，不仅使锅炉管壁受到损伤，更严重的是在锅炉再次启动时，锅内的腐蚀产物在运行条件下形成沉积物和沉积物下的腐蚀，以致发生爆管事故。这就增加了锅炉停运时间，增加了检修费用。二、停炉的保护方法锅炉在停用期间的保护方法有：湿法保护和干法保护。1.湿法保护。这种方法是在锅炉内部充满不腐蚀金属的保护液，杜绝空气进入锅内，防止空气中的氧对金属的腐蚀。比较常用的湿法保护有下列几种：（1）联氨法。锅炉在停运前，用加药泵把联氨加入给水中，使锅内各部分充满浓度均匀的联氨溶液。溶液中过剩联氨浓度为100~200ppm=如果联氨保护液的pH值低于10,则用加氨方法，把pH值提高到10以上。锅炉冷却后，还需再往锅内打入除氧水，使锅内溶液保持充满状态，然后关闭与锅炉相通的所有阀门，尽量防止空气漏入。在停炉保护期间，如果发现联氨浓度和pH值下降，应补加联氨或氨。在锅炉启动前，应将联氨溶液排入地沟，并对联氨溶液加以稀释，防止人畜中毒。（2）氨液法。将名水配成800~1000Ppm的氨溶液，用泵打入锅炉，并在锅炉汽水系统内进行循环,直到各部分溶度均匀为止。然后关闭锅炉所有阀门，防止氨液漏出。如果发现氨的浓度下降时，应查找原因，采取措施，防止漏氨，并补加氨液。采用氨液保护时，应事先拆掉能与氨液接触的铜部件，防止设备发生氨腐蚀。（3）压力保护法。锅炉短期停用时，可以采用间断升火保持压力法或者采用给水保持压力法。前者是在停炉后，用间断升火的办法保持蒸汽压力为5~10公斤/厘米2；后者是在锅炉充满给水时，用给水泵顶压，保持炉水压力为10~15公斤/厘米2。采用间断升火保持压力法时，在保护期间炉水磷酸根和溶解氧应维持运行标准。采用给水保持压力法时，应保持给水的溶解氧合格。由于近代高压锅炉的结构复杂，不可能把炉水全部放净，所以目前无论是长期停炉或是短期停炉均采用湿法保护。如果在冬季锅炉房气温低，有冰冻的可能，而又必须采用湿法时，应有防冻措施。2．干法保护。干法保护是把锅内的水彻底放空，保持金属表面干燥；或者金属表面被氮气(N2)覆盖，防止金属遭受潮湿空气的腐蚀。干法保护有以下几种：(1)烘干法。当锅炉停止运行后，锅炉水水温降至100~120℃时，开始放水。锅内水放完后，利用炉膛的余热或用锅炉点火设备，在炉膛点火加热，也可以用热风使锅炉金属表面干燥。此法仅适用于短期锅炉检修时采用。\n(1)干燥剂法。锅炉采用烘干法进行烘干，并清理锅炉附着的水垢和水渣，然后在汽包、联箱等处放入无水氯化钙、石灰或硅胶。无水氯化钙或石灰应放在搪瓷盘中；硅胶可装在布袋内。干燥剂放完后，并闭锅炉所有阀门，防止潮湿空气漏入。在锅炉停用保护期间，定期检查干燥剂的情况，发现失效应及时更换新的干燥剂或定期的更换干燥剂。此法适用于低压或中压小容量的汽包炉的长期停炉保护；高压、大容量锅炉停用时，不采用这种保护方法。(2)充氮法。这种方法是将氮气充入锅内，并保持压力在公斤/厘米2表压以上，以防止空气侵入锅内，保护设备不受氧腐蚀。锅炉停止运行后，当锅炉压力降到3公斤/厘米2表压时，将充氮管路用法兰连接好，氮气的减压阀定在公斤/厘米2表压。关闭锅炉压力部分的所有阀门。锅炉在冷却时，压力逐渐下降，当锅炉压力降到公斤/厘米2表压时，氮气经充氮临时管路进入锅内。充氮时锅炉的水可以放掉，也可以不放掉。未放水的锅炉或锅内有存水的部分，水中应加有一定量的联氨并用氨调节其pH值在10以上。锅炉在充氮保护期间，锅内的压力应保持在~公斤/厘米2表压之间，防止空气漏入。经常检查氮气的耗量，如果发现氮气耗量大，应查找泄漏处并及时进行密封。氮气的纯度对保护效果有很大关系。一般要求氮气纯度在99%以上或更高。锅炉启动时，在上水和升火过程中，把锅炉排气门打开，使氮气排入大气。干法保护，通常是在锅炉较长时间退出运行或有冰冻危险时采用。第九章化学加药装置第一节概况一、加药系统火力发电厂锅炉给水系统的金属腐蚀会直接影响锅炉及热力系统的安全经济运行。本厂生产的JJY系列化学加药装置，正是适应锅内水处理工作的需要，采取了就地手动或自动调节，向锅炉汽包内加磷酸盐，各锅炉给水中加氨、加联氨的措施，以防止锅炉结垢，除掉给水中的溶解氧，提高给水中的PH值，防止给水系统的金属腐蚀，对保证发电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。型号标注JJYXXX/XX.XX-121————一丁丁1表示开关调节自动加药2表示微机跟踪自动调节加药；非1、2标记\n时为就地手动调节加药。表示加药品种代号。表示搅拌溶解箱和计量泵数量。表示配火力发电机组容量（兆瓦数）。表示江南厂制造的化学加药装置。标记示例：1）JJY125/（AN、LA）表示配125MW^以下火力发电机组，二台搅拌溶解箱，三台计量泵（简称2箱3泵），加磷酸盐（或加氨、加联氨）的就地手动加药，江南厂制造的化学加药装置。2）JJY300/（AN、LA）-2表示配300MW//C力发电机组，2箱3泵，力口LA（或加AN力口LA）的微机跟踪自动调节加药江南厂制造的化学加药装置。适用的工作及环境条件室内温度5~40Co在20±5C相对湿度小于或等于85%本装置安装及运行现场应无剧烈振动与冲击，无爆炸危险介质，无腐蚀性气体，且远离强磁场。进入溶解箱的水必须是除盐水或凝结水，水温5~40c压力）二、工作原理根据水汽取样装置采集分析的水质信号，在加药装置上可实现“就地手动”调节加药或“自动”调节加药，工作原理示意见图1。所谓“就地手动”调节加药。即根据水汽取样装置分析炉水水质状况，人为高，设定加药量，通过人工调整溶液浓度或“就地手动”调节加药泵出口溶液流量。所谓“自动”调节加药，即由水汽取样装置分析炉水水质的信号，通过：a）采用按药量大小限量开关调节器对电机调整；b）调节计量泵直流电机的转速；c）调节计量泵交流电机的变频转速；d）调节电控计量泵伺服电机，其中之一达到“自动”调节加药之目的。三、结构组成及特点该套装置一般由加磷酸盐，加氨及加联氨三个单元组成，而每个单元主要有搅拌溶解箱、电控柜、组合机架、柱塞式计量泵及其管通、阀门、压力表等零部件组成。结构特点a、加药装置上主要零部件集中安装在一个组合机架上，灵活方便地组成各个小单元，大大减少了化学设计和现场安装的工作量。b、该装置可根据用户要求实现就地手动加药或自动调节加药。c、控制、操作、调节、保护电路均集中在一个电气柜里。结构紧凑，操作方便，投运调试简单。四、安装加药点的选取a、加磷酸盐装置其加药点按直接加入锅炉汽包内设计。b、加氨通常把氨水或液氨加在补给水除氧器出口或凝结水泵出口处。c、加联氨多数加在给水泵低压侧即除氧器出口和凝结水泵出口处，也可加到除氧器的贮水箱中，延长联氨和给水中氧的反应时间。加药管和取样管的安装\n为了让药液混合均匀，使取样更具有代表性，加药管和取样管按下述方法安装。(供用户参考)a、加药管形状及安装示意图b、取样管形状及安装示意图为使水样更具有代表性，可从不同截面取样，管子与水流方向垂直安装，管壁均匀开孔12X①2C、加药管与取样管之间距离以5-8m为宜，且按给水流动方向，取样管在加药管之前。加药装置的安装a、清点本装置的主机附件，以及图纸技术资料的规格数量。b、整套单元装置就位后，须找准水平，然后将机座与相应的予埋铁、垫板焊牢。c、磷酸盐溶液是将磷酸盐晶体加在搅拌溶解箱内溶解。供炉水处理使用，不需要加装其它设备。而加氨、加联氨(我厂已在装置上留有接口)用户只需将液氨和联氨瓶与接口联接即可使用。电气安装a、电源及各泵，搅拌电机接线，请参见电气原理图，端子接线图。b、电源、电压、电流请参见电气原理图。五、使用操作和维护投运前的准备a、熟悉本装置的使用说明书、图纸、电气原理图及计量泵使用说明书。b、检查本装置内压力表、液位计、电气设备元器件有无松动、损伤等缺陷，如有时应查明原因进行更换修复。c、用500伏兆欧表测量以下部分的绝缘电阻。(1)操作回路对地绝缘电阻大于欧姆。(2)电动机相间绝缘电阻大于1兆欧。(3)电动机三相对地绝缘电阻大于兆欧。(4)接地线对地接触电阻小于欧姆。d、耐压试验(1)电气操作对地耐压1760伏-1分钟。(2)电动机相对地耐压1760伏-1分钟。(3)电动机相间耐压1760伏-1分钟。e、按计量泵说明书的要求加足润滑油。使用操作注意事项在向锅炉汽包、锅炉给水实施加药之前，首先配置好符合浓度要求的磷酸盐溶液、氨溶液、联氨溶液。搅拌器的开启和停止根据需要而定。实施就地手动加药a、将加药泵前后的阀门打开，关闭工作泵之间的隔离阀门。b、根据水汽取样装置分析炉水水质状况，人为设定加药量，调整溶液浓度或人工调节加药泵出口溶液流量。c、启动工作泵，向锅炉给水加药。d、如从水汽取样装置上发现炉水水质仍不符合要求时，则继续重复就地手动调节加药之程序。在实施就地手动调节加药过程中，如工作泵出现故障，应及时切断工作泵电源，开启、关闭相应的阀门，人工启动备用泵，继续加药。在加药过程中，经常巡视溶解箱液位计中液位的变化，并及时补充加药溶液。\n如系自动调节加药时，请参见《JJY加药微机自动调节仪使用手册》。维护a、按计量泵说明书的要求定期更换添加润滑油。b、保持设备及现场环境的整洁。c、检修更换压力表时一定要将空气室内溶液倒干净后再安装压力表。