电厂锅炉补给水处理技术.ppt 114页

'电厂锅炉补给水处理技术 内容提要扼要介绍火电厂水汽循环系统及水处理的重要性，着重讨论制备锅炉补给水的预处理和离子交换的原理，主要工艺及设备；凝结水的净化处理；锅炉水的处理原理和技术；循环冷却水系统及处理原理、工艺和主要设备。 目录第一节火力发电厂中水处理的作用第二节水的预处理第三节水的离子交换处理第四节凝结水的净化处理第五节锅内处理第六节冷却水处理 第一节火力发电厂中水处理的作用火力发电厂是利用燃料燃烧产生的热能转变成电能的，这种能量的转换是通过水来实现的。因此，水在火力发电厂中起着极重要的作用，水处理是火力发电厂生产过程的不可缺少的组成部分。火力发电厂的水汽循环系统水处理的重要作用 火力发电厂的水汽循环系统火力发电厂的水汽循环系统可分为凝汽和凝汽兼供热两种形式。凝汽式是指只发电不供热的凝汽式发电厂的水汽循环系统，这种系统正常运行的锅炉补给水量很小，一般为锅炉蒸发量的2~4%。凝汽兼供热式是指除发电外，兼向附近工业区、生活区供热的水汽循环系统，锅炉补给水量要大得多，如热力发电厂水汽循环系统。热力发电厂水汽循环系统主要流程见图3-1。 图3-1热力发电厂水汽循环系统主要流程 实际运行中，任何水汽循环系统都要有一部分汽水损失，大致有如下几个方面：(1)系统内水汽循环损失：如汽包锅炉的排污，各种排汽损失——锅炉安全门、过热器放汽门、汽轮机轴封、抽汽器、除氧器等的排汽，各种水箱的溢流和管道的跑冒滴漏等等。(2)对外供汽损失对非生产、生活供汽大部分不能返回。(3)厂内其它用汽损失如采暖、生活用汽等等。 根据水在水汽循环系统中所经历的过程，我们赋予这些水以不同的名称。(1)生水生水是未经处理的天然水，如地下水、江河水、水库湖泊水等等。(2)锅炉补给水生水经水处理车间净化后，用于补充发电厂水汽损失的水，叫锅炉补给水。(3)汽轮机凝结水蒸汽在汽轮机中做功后在凝汽器中冷凝的水。(4)疏水各种用汽设备、蒸汽管道中凝结的蒸汽凝结水，一般汇集到输水箱，也有的并入凝结水系统。 (5)返回凝结水它是生产或生活用户返回的蒸汽凝结水，简称返回水。(6)给水给水是指进入锅炉的水，对于热电厂，它包括汽轮机凝结水、锅炉补给水、疏水和返回水。(7)锅炉水锅炉水又叫炉水，是指锅炉本体的蒸发系统中流动的水。(8)冷却水是指用作冷却介质的水，在电厂中主要指在凝汽器中用于冷却汽轮机排汽的水。 水处理的重要作用在火力发电厂的热力系统中，水的品质是影响热力设备安全、经济运行的重要因素。天然水中含有许多杂质。若把这些水不经净化处理就引入热力设备，将会由于汽水品质不良引起各种危害，主要是热力设备的结垢、腐蚀和积盐。结垢结垢极易发生在热负荷较高的部位，如锅炉的炉管、各种热交换器。水垢的导热性比金属差几百倍，结垢的金属管壁就会产生过热，强度下降，引起管道的损坏。冷却水处理不当，会使凝汽器铜管结垢，降低换热效率，从而降低汽轮机出力。 腐蚀水质不良会引起热力设备的腐蚀，主要是电化学腐蚀，容易发生在给水管道、省煤器、水冷壁、过热器、汽轮机和凝汽器等经常与水接触的金属部位。腐蚀将大大减少设备的使用年限。积盐含有大量杂质的蒸汽通过过热器和汽轮机时，杂质会沉积下来，这叫做过热器、汽轮机的积盐。过热器的积盐有可能引起爆管，汽轮机的积盐将大大降低汽轮机的出力。因此，为了保证安全、经济运行，各电厂对锅炉用水的水质都规定了严格的要求。 结垢 腐蚀 结垢 腐蚀 腐蚀 积盐 积盐 积盐 火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下：(1)净化生水净化生水的目的是制备所需质量的锅炉补给水，这个处理过程也叫做炉外水处理。包括预处理，软化或除盐。(2)高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。(3)对给水的除氧、加药。(4)汽包锅炉的锅内水处理。(5)冷却水的处理。(6)热电厂对返回水的除油、除铁。(7)热力系统的水汽质量监督。(8)锅炉及其他热力设备的清洗。 第二节天然水中的杂质与水质指标一、天然水的特点二、杂质的分类在水处理工艺中，我们通常按这些杂质颗粒的大小。将其分成三类：悬浮物、胶体和溶解物质。1.悬浮物：悬浮物是颗粒粒径约在10-4mm以上的微粒2.胶体：胶体是颗粒粒径在10-6一10-4mm之间的微粒 3.溶解物质：在水中呈真溶液状态的物质有离子和分子，其颗粒粒径不大于10-6mm。天然水中的溶解物质大都为离子和一些溶解气体.a.呈离子状态的杂质b.溶解气体三、水质指标水质指标可以分为两种类型。一种是明确表示水中某些具体物质含量的指标通常叫做成分性指标。另一种类型称为技术性指标，它是一种指标来表示水中某一类物质总的含量或者是某一类物质的某种性质 表示水中悬浮物及胶体的指标1、悬浮物按定义水中悬浮物是指水中颗粒粒径大于0.1μm的固体。2、浊度浊度是用水的某种光学性质来表征水中悬浮物和胶体等粗分散颗粒对水清晰透明的影响程度。3、透明度表示水透明程度的指标 表示水中溶解性物质的指标及相互关系1、含盐量含盐量表示水中所含盐类的总和，可以通过水质的全分析，用计算法求得。2、蒸发残渣与溶解固形物蒸发残渣可近似表示溶解固形物的量3、灼烧残渣、矿物残渣和有机物A灼烧残渣可近似表示矿物残渣的量B灼烧残渣和矿物残渣的差值可近似表示有机物的量 4、电导率电导率是测定水中溶解盐类多少的一种指标.表示电导率的单位为西／厘米(S/cm)，它是电阻率单位欧·厘米(Ω·cm)的倒数。实用上，由于水的电导率常常很小，所以经常用μS/cm单位，它是S/cm的1／106。 表示水中易结垢物的指标1、硬度对于天然水来说，这些物质主要是钙、镁离子，所以通常把硬度看作是这两种离子。因此，总硬度(或简称硬度)就表示钙、镁离于含量之和， 2、碳酸盐硬度(HT)碳酸盐硬度是指水中与碳酸氢盐、碳酸盐相结合的钙、镁的量。碳酸盐硬度又叫暂时硬度。3、非碳酸盐硬度(HF)水的总硬度和碳酸盐硬度之差就是非碳酸盐硬度，它们是指水中与氯化物和硫酸盐结合的钙、镁的量。水沸腾时不能除去又称为永久硬度 表示水中碱性物质的指标——碱度碱度是水中能与强酸中氢离子反应的物质的量。讲完了硬度与碱度，我们来看一下两者之间的关系H=HCa+HMg=HT+HF在碱性水中，碱度>硬度H=HT，HF=0在非碱性水中，碱度<硬度，A=HT，HF≠0 表示水中酸性物质的指标—酸度酸度是指水中能与强碱（如NaOH、KOH等）中氢氧根离子反应的物质的量。在天然水中，酸度有H2CO3和HCO3―的盐类。在水净化过程中，有时还可能出现强酸。水中既存在酸度又可同时存在碱度。酸度与pH值的区别： 表示水中有机物的指标1．耗氧量利用耗氧量来表征有机物多少的原理是基于有机物具有可氧化的共性。用COD来表示。常用的高锰酸钾指数法和重铬酸钾法通常高锰酸钾指数用于地表水和饮用水中有机物的测量，而重铬酸钾法则主要用于工业废水、生活污水等含有机物较多的水样的测量。 2．生化需氧量生化消氧量表示用微生物氧化水中有机物所消耗的氧量，通常用符号“BOD”表示3、总有机碳总有机碳(TOC)，是以碳的含量友示水体中有机物质总量的综合指标。表示水中有机物的指标 四、天然水中主要化合物（一）碳酸化合物（二）硅酸化合物（三）铁的化合物（四）氮的化合物五、天然水按水质指标进行分类 第三节补给水的预处理天然水中常含有大量的悬浮物和胶态杂质。电厂水处理的第一步就是要除去这些杂质，即预处理。它包括悬浮物的自然沉降、混凝处理、沉淀软化和过滤等内容。水的混凝处理水的沉淀软化水的过滤处理给水系统 水的混凝处理胶态杂质和一部分粒径小的悬浮物，由于沉降速度小，以至于相当长时间仍滞留于水中，而且这部分杂质也不能用过滤的方法除去。因此实际应用中，通常是加入一种称之为混凝剂的化学药剂，使它们相互吸附粘结成较大的絮状物，然后从水中沉降分离。混凝处理原理..胶核.swf..胶体的脱稳—加电解质.swf现在以Al2(SO4)3为例，简要说明混凝过程。Al2(SO4)3投入水中，首先发生的是它的电离和水解。当pH<3时，离解出的铝离子以的形式存在。如果pH升高，就逐步水解，形成一系列含有羟基的简单配离子。 反应如下：(1)(2)(3)最终生成Al(OH)3凝絮。水解过程中生成的被原水中的碱度中和，这种中和作用又促进了的水解，使水中的含有羟基的配离子增加，有利于它们之间发生高分子缩聚反应，称为羟基桥联，形成多核配离子。如(4)这种交叉进行的水解和桥联作用，最终生成难溶的聚合度极大的[Al(OH)3]∞凝絮。 影响混凝处理效果的因素混凝处理效果是以水中胶态杂质和悬浮物的去除率评价的。混凝过程十分复杂，影响因素很多：(1)pH及碱度的影响投药后的pH对铝盐处理效果影响很大，还影响水中有机物以及胶体的凝聚速度。(2)水温的影响用铝盐作混凝剂时，水温的影响很大；用铁盐作混凝剂时，水温对处理效果影响不大。(3)原水水质的影响 1）水中微粒的浓度杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。2）水中有机物部分有机物会阻碍水中微粒的脱稳凝聚，有机物含量高时，为改善混凝效果，应改善混凝条件。（4）接触介质（5）水和混凝剂的混合速度先快后慢（6）混凝剂投加量的影响最优投药量与水中胶体含量有关，必须通过实验确定并在运行中调整。 常用混凝剂常用混凝剂有铝盐和铁盐两大类，它们是一些分子中有高价阳离子的无机盐类。铝盐有硫酸铝、明矾、偏铝酸钠和聚合铝等。铁盐有硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁和聚合硫酸铁等。近年来人工合成了一些有机高分子絮凝剂，一般都是线型的高分子聚合物。有机高分子絮凝剂是一种电解质，根据电离后聚合离子所带电荷的性质，可分为阴离子型，阳离子型和非离子型三类。 水的沉淀软化水的沉淀软化，是将天然水中钙、镁离子转化成难溶化合物，然后分离以降低水的硬度。沉淀软化有热力软化法和石灰处理法，但前者不能除去非碳酸盐硬度，电厂一般不采用。石灰处理原理Ca(OH)2可以和水中各种形式的碳酸化合物反应生成沉淀除去： 石灰软化法主要除去了水的碱度和碳酸盐硬度，但不能除去非碳酸盐硬度和碱性水的过剩碱度：反应前后非碳酸盐硬度和过剩碱度不变。 石灰处理的沉淀过程经石灰处理的水，从理论上讲，碳酸盐硬度应达到CaCO3的溶解度。但是由于CaCO3结晶生成之后，并不能完全以大颗粒沉降下来，有相当一部分是以胶体和悬浮物形式滞留水中，使CaCO3残留量过大。因此，在处理工艺上常采用两种措施以保证沉淀完全和有效的分离。一是利用先期沉淀物（称泥渣）作为接触介质，使CaCO3在泥渣表面上吸附并以泥渣为结晶核心，加快沉淀速度并使沉淀完全。二是在沉淀的同时进行混凝处理。 沉淀处理设备沉淀处理设备可分为沉淀池和澄清池两类。(1)沉淀池沉淀池是用来分离水中悬浮物的池子，有间歇式和连续式之分。按水流方向分为平流式、竖流式、辐流式和斜板(管)式等。平流式沉淀池见图3-2，斜板(管)式沉淀池见图3-3。按水流和泥渣沉降方向不同，斜板(管)式沉淀池可分为异向流、同向流和横向流三种运行方式，见图3-4。 图3-2平流式沉淀池 图3-3斜板(管)式沉淀池 图3-4斜管(板)中水与泥渣的流向 (2)澄清池澄清池带有悬浮泥渣层，以泥渣为接触介质，分离水中悬浮物和沉淀之后生成的沉淀物，结构复杂。澄清池可分为泥渣悬浮式和泥渣循环式两种类型。①цнии型澄清池该澄清池是原苏联设计的典型泥渣悬浮式澄清池，结构见图3-5。②水力循环澄清池水力循环澄清池是泥渣循环式澄清池的一种，结构见图3-6。 图3-5цнии型澄清池 图3-6水力循环澄清池Flash 水的过滤处理水的过滤处理是用过滤材料将水中分散的悬浮颗粒分离出来的处理过程。在锅炉补给水处理中，常采用粒状滤料过滤法；凝结水净化处理中，采用覆盖过滤和电磁过滤法。粒状滤料的过滤原理粒状滤料的过滤是薄膜过滤和接触混凝过滤的综合过程。一般工业上采用的是快滤池，主要是接触混凝过滤。滤速可达10m/h以上，通常是在混凝处理以后进行。 过滤机理可归纳为三种主要作用：（1）机械筛滤作用当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。（2）重力沉淀作用原水通过滤层时，众多的滤料表面提供了巨大的不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成了无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。滤料越小，沉降面积越大，滤速越小，则水流越平稳，这都有利于悬浮物的沉降。（3）接触粘附（絮凝）作用原水通过滤层时，有很多机会与砂粒接触，通过彼此间的范德华力、静电力及某些特别的吸附力等作用相互吸引而粘附，恰如在滤层中进行了深度的混凝过程。 滤料滤料的技术要求是：(1)适当的粒度组成；(2)良好的化学稳定性；(3)一定的机械强度。过滤过程1.过滤2.冲洗过滤设备及运行火力发电厂所采用的过滤设备是快滤池，可分为压力式和重力式。快滤池种类很多，但结构基本相同，包括进水装置、配水装置及必要的管道阀门。 (1)普通过滤器普通过滤器时最简单的压力式过滤器，结构如图3-7所示。原水用泵打入，经上部的漏斗和水垫层均匀地向下流过滤层，出水经配水装置注入清水池。普通过滤器水是自上而下单向流动的，因而也叫单流式过滤器。 (2)重力式无阀滤池火力发电厂常用的重力式无阀滤池如图3-8所示。重力式无阀滤池的结构简单、成本低，运行操作简便。缺点是虹吸管必须很高以适应滤层失效时的水头损失，并且滤池不宜过大以防止水通过滤层时分布不均匀。（3）空气擦洗滤池（4）纤维过滤器 图3-7普通过滤器 图3-8重力式无阀滤池 第四节水的离子交换处理水在进行混凝—石灰软化和过滤处理后，已除去悬浮物和胶态杂质，硬度和碱度也有一定程度的降低，但作为锅炉补给水，还远远达不到要求，必须进行深度处理。目前火力发电厂普遍采用的离子交换处理可以制得纯度很高的水。水的离子交换除盐水的离子交换软化和除碱离子交换装置及其运行再生系统水的其他除盐方法Flash 水的离子交换除盐水的离子交换软化和除碱，一般只适用于高压以下的锅炉，随着高温高压锅炉的迅速发展，单纯的软化、除碱已不能满足锅炉和机组对水质的要求和安全运行，而必须把水中的溶解盐全部除尽。这样，就发展了离子交换除盐工艺。离子交换除盐原理水的离子交换除盐(又叫化学除盐)，在火电厂中普遍采用的是：将预处理后的清水，通过H型阳离子交换器，使阳离子转换成H+，然后通过除碳器除去二氧化碳，再通过OH型阴离子交换器使阴离子转换成OH－，并立即与H+结合成水。这样，就得到含盐量极低的纯水。Flash 离子交换树脂离子交换树脂的结构离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，可以人为的分为两个部分：一部分称为离子交换树脂的骨架；另一部分时代有可交换离子的活性基团。活性基团也由两部分组成：一是固定部分，二是活动部分。离子交换树脂的分类（1）按活性基团的性质分类可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。此外，按活性基团的性质还可分为鳌合性、两性以及氧化还原性树脂（2）按离子交换树脂的孔型分类A凝胶型树脂B大孔型树脂（3）按单体种类分类按合成树脂的单体种类不同，离子交换树脂还可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等 离子交换树脂的命名方法离子交换树脂产品的型号根据国家标准GB1631-79《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制定的。（1）名称有机合成离子交换树脂的全名称，由分类名称、骨架名称、基本名称三部分按顺序依次排列组成。(1)分类名称。按有机合成离子交换树脂本体的微孔形态分类，分为凝胶型、大孔型等。(2)骨架名称。按有机合成离子交换树脂骨架材料命名，分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系等。(3)基本名称。基本名称为“离子交换树脂”。凡属酸性反应的在基本名称前冠以‘阳”字。凡属碱性反应的在基本名称前冠以“阴”宇。按有机合成离子交换树脂的活性基团性质，分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合性等，分别在基本名称前冠以“强酸”．“弱酸”、“强碱”、“弱喊”、“螯合”等字样。(4)全名称举例。微孔形态为凝胶型；骨架材料为“苯乙烯-二乙烯苯”共聚体；活性基团为“强酸”性磺酸基团(SO3H)的阳离子交换树脂，全名称为“凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂”。 （2）型号根据以上原则，水处理中常用的四种离子交换树脂全名称及型号分别是：强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，型号是001*7；强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，型号是201*7；大孔型弱酸性苯稀酸系阳离子交换树脂，型号是D111、D113；大孔型弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，型号是D301、D302.第四位数字代表交联度（%）联结符号第三位数字代表顺序代号第二位数字代表骨架代号第一位数字代表活性基团代号 离子交换树脂的合成离子交换树脂的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（进行高分子聚合的主要原料）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，使之带上所需要的活性基团。也有一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。如丙烯酸系树脂。 离子交换树脂的主要性能物理性质(1)外观离子交换树脂一般均呈球形，是一种透明或半透明的物质，依其组成不同颜色各异。(2)粒度树脂颗粒的大小对水处理工艺过程有较大影响。颗粒大，交换速度慢；颗粒小，水通过树脂层的压力损失大。用于水处理的树脂颗粒粒径一般为0.3~1.2mm。树脂装卸罐 (3)密度树脂的密度有以下几种表示方法：①干真密度：干燥状态下树脂本身的密度。②湿真密度：树脂在水中经过充分膨胀后的密度。③湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的堆积密度。 (4)孔径、孔度、孔容和比表面积孔径表示微孔的大小孔度是指单位体积离子交换树脂内部孔的容积孔容是指单位质量离子交换树脂内部孔的容积。比表面积是指单位质量的离子交换树脂具有的比表面积。一般比表面积越大，越有利于交换。（5）含水率树脂的含水率是指单位质量的湿树脂（除去表面的水分）所含水量的百分数。一般在50%左右。对于含有一定活性基团的离子交换树脂来说，含水率可以反映树脂的交联度和孔隙率的大小。含水率大，就表示孔隙率大，交联度低。 （6）溶胀性将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积变大的现象称为树脂的溶胀性。溶胀：干的离子交换树脂侵入水中时，其体积会膨胀，这种现象叫溶胀。可逆树脂侵入水中体积增大，干燥缩小离子交换树脂有两种溶胀现象不可逆新树脂浸入水中溶胀后干燥体积不会恢复到原来当树脂由一种离子型转为另一种离子型时，其体积就会发生改变，体积改变的百分数称树脂转型体积改变率。 化学性能(1)离子交换反应的可逆性离子交换反应的可逆性，使离子交换树脂可以反复使用的重要性质。例如当以含有硬度的水通过H型离子交换树脂时，反应式为：(2)酸、碱性H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质酸、碱相同，在水中有电离出H+和OH–的能力。(3)中和与水解离子交换树脂的中和与水解性能和通常的电解质一样。 如H型离子交换树脂和碱溶液会进行中和反应：水解反应如：具有弱酸性或弱碱性基团的离子交换树脂的盐型容易水解。(4)离子交换树脂的选择性离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，这种性能称为离子交换树脂的选择性。 与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同时也受离子浓度和温度的影响。在常温和低浓度时：*离子电荷愈多，愈易被交换*原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>Li+SO42->NO3->Cl->HCO3->HSiO3-*H＋和OH－的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。对于强酸阳树脂：H+>Li+而对于弱酸阳树脂：H+>Fe3+ 当OH离子交换树脂失效后，用碱进行再生时，即对于进水是浓碱溶液、阴离子的选择性顺序为：据此，可以推知，强碱性OH型阴树脂对于水中常见阴离子的吸着顺序，遵循以下三条规律：(1)在强弱酸混合的溶液中，易吸取强酸的阴离子。(2)浓溶液与稀溶液相比，前者利于低价离子被吸取，后者利于高价离子被吸取。(3)在浓度和价数等条件相同的情况下，选择性系数大的易被吸取。 (5)交换容量离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。有两种表示法：质量表示法(单位质量树脂吸着能力)和体积表示法(单位体积吸着能力)。在表示交换容量时，为了统一起见，一般阳离子交换树脂以Na型为准(也有以H型为准的)，阴离子交换树脂以Cl型为准。①全交换容量(Q)此指标表示离子交换树脂中所有活性基团的总量。②中性盐分解容量树脂能与中性盐进行交换反应的交换容量。表示强碱基团量的多少。③弱酸（碱）基团交换容量两者之差 离子交换平衡离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。RA+B----RB+A+离子交换选择系数为：KAB=[RB][A+]/[RA][B+]该值越大，有利于交换反应的进行。(1)平衡常数以H型阳离子交换树脂与水中Na+进行交换为例，加以讨论：RH+Na+→RNa+H+ 如果此反应不伴随有反应物质的吸附或解吸等过程，则可得如下平衡常数式由于K值要受吸附和解吸过程的影响，而且还因离子交换树脂相中的离子活度系数现在还无法测定。 (2)选择性系数这里，用来代表，它称为选择性系数。此系数只表示离子交换平衡时，各种离子间一种量的关系，没有更多的物理化学意义。选择性系数可以进行换算：1.等价离子KAB=KACKBC2.不等价离子KAB=KAC（KBC）2A——2价B、C——1价 水的离子交换软化和除碱如果经预处理后的清水，仅仅需要除去Ca2+、Mg2+（即软化），可以采用钠离子交换法。如果不仅要求除去Ca2+、Mg2+，还要求除去碱度，则采用氢—钠离子交换法。钠离子交换法钠离子交换过程如下式表示：钠离子交换剂层中离子分布示意见图3-9。水通过一个钠离子交换器叫一级钠离子交换，出水残留硬度可满足低压锅炉要求，如果要求进一步降低残留硬度，可采用二级钠离子交换，即将两个钠离子交换器串联。 图3-9钠离子交换剂层中离子分布示意 氢—钠离子交换法为了弥补钠离子交换不能除碱的缺点，可以在出水中加酸，如加H2SO4。生成的CO2由除碳器除去，但这种方法却增加了水的含盐量。因此火电厂中更多地采用氢—钠离子交换的方法。(1)氢—钠离子交换原理当采用强酸性H离子交换树脂时，交换过程为：Ca(HCO3)2Ca2H2CO32RH+MgCl2R2Mg+2HClNa2SO4Na2H2SO4 因此，H型交换器产生了强酸，并且强酸酸度与进水中强酸阴离子的量相当。氢离子交换剂层中离子分布示意见图3-10。如果我们利用H型交换器出水的强酸中和Na型交换器出水的碱度，生成的CO2用除碳器除去，这样就达到软化和除碱的目的。氢—钠离子交换系统有串联和并联两种方式。(2)并联H-Na离子交换系统如图3-11，该系统进水分别入H型交换器的强酸性出水中和Na型交换器出水的碱度。 图3-10氢离子交换剂层中离子分布示意 图3-11并联H-Na离子交换系统 (3)串联H-Na离子交换系统如图3-12，该系统用H型交换器的出水，中和另一部分原水的碱度，然后进入除碳器除去CO2，最后用泵打入Na型交换器。除碳器置于Na型交换器之前，是为防止CO2进入Na型交换器，重新生成NaHCO3。与并联系统相同的是，串联系统也必须调整进入H型交换器的水量，维持中和后出水一定的残留碱度。使用弱碱性树脂的H-Na离子交换系统采用串联的方式。 图3-12串联H-Na离子交换系统 除碳器除碳器的作用是除去CO2。原水中碳酸盐碱度，经过H离子交换，即转化为H2CO3并存在平衡pH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交换器出水pH较低，使CO2从水中游离，如果我们能降低水面上CO2的分压，即可使CO2从水中逸出，这就是除碳器的工作原理。常用的鼓风式除碳器的结构如图3-13。 图3-13鼓风式除碳器 H-OH离子交换法如果既要去除水中阳离子又要去除水中阴离子，则可以用氢—氢氧离子交换法。2H2CO32RHCO32ROH+2HCl—2RCl+2H20H2SO4R2SO42H2SiO32RHSiO3 离子交换除盐系统一级复床除盐将预处理后的清水，一次顺序通过H型和OH型交换器的系统叫一级复床除盐系统，如图3-14。一级复床除盐系统的运行监督，是分别监督H型和OH型交换器的出水。混合床除盐混合床是在一个交换器内，把已再生好的H型和OH型离子交换树脂按一定比例混合均匀，所以混床就相当于一个多级复床。混床的优势在于水的阳、阴离子交换是交错进行，出水水质好而且水质稳定；由于交换未期，出水电导率上升很快，终点容易判断；运行周期也较长。缺点是树脂的损耗大；再生操作比较复杂。 图3-14一级复床除盐系统 常见的化学除盐主系统及其选择采用阳、阴离子交换器组成主系统时，通常参照下面的原则：(1)第一个交换器应是H型交换器。(2)弱酸性阳树脂；适用于处理碱度大或碳酸盐硬度大的水。(3)弱碱性阴树脂；是用于处理强酸阴离子含量大的水。(4)除硅必须采用强碱性阴树脂。(5)水质要求高时应设混床。(6)除碳器应置于强碱性阴树脂之前，以保证除硅效果。 离子交换装置及其运行离子交换装置按运行方式不同可分为固定床和连续床。固定床离子交换装置固定床离子交换是把离子交换树脂固定在一个装置(称固定床)中，水流经树脂完成交换过程。完成离子交换过程的设备，叫做离子交换器。固定床离子交换，按其再生方式不同，可分为顺流再生和逆流再生固定床。(1)顺流再生床顺流再生是指运行时水流方向和再生液流动方向一致，通常都是自上而下的。 ①离子交换器结构交换器是一个密封的圆柱体，设有进水装置，进再生液装置、排水装置，装有一定高度的离子交换树脂。进再生液装置示意见图3-15。②交换器的运行交换器的运行可分为反洗、再生、正洗、交换四个步骤。反洗：用水在与进水相反的方向上通过交换剂层，使交换剂层松动，清除由于过滤作用而截留在交换剂上的杂质。再生：使失效的交换剂恢复交换能力。 图3-15进再生液装置示意图 正洗：清除再生过程中滞留于交换剂层中的再生产物和过剩再生剂。交换：清洗合格后，交换器即可投入运行。(2)逆流再生固定床逆流再生属对流式，即运行时进水和再生时进再生剂的方向相对进行的水处理工艺。①逆流再生原理逆流再生时，再生剂自下而上，首先接触的是失效程度最小，又易于再生的Na型树脂，因此底层树脂再生程度较高。另外，下层树脂的再生产物Na+在上升过程中，对上层树脂中的Ca、Mg有一定的交换能力，使再生剂的利用率提高。 这样，尽管上层树脂再生程度差一些，但接触的是含盐量较大的进水，仍可较好地交换。而下层树脂再生彻底，将保证出水水质。因此，逆流再生是一种较理想的再生方式，已在电厂广泛采用。②交换器的结构及运行逆流再生离子交换器见图3-16。它和顺流再生固定床的主要区别在于：在交换剂的表面设有中间排液装置。逆流再生操作示意见图3-17。小反洗：进水反洗树脂压实层，清除压实层和中间排液装置上的污物，至出水澄清。放水：小反洗后放掉中间排液装置上部的水。 图3-16逆流再生离子交换器 图3-17逆流再生操作示意 顶压：放水后进压缩空气顶压以防乱层。进再生剂：在顶压情况下进再生剂。逆流冲洗：以进再生剂相同流速，自下而上进纯水冲洗残留废液和再生产物至出水合格。小反洗：进水反洗树脂压实层中残留再生剂。正洗：用水自上而下冲洗，至出水合格后转入正常运行。(3)浮动床浮动床是对流再生技术的一种形式。浮动床工作过程示意见图3-18。浮动床本体是钢制圆筒和上下封头，内部装有上、下分配装置，床层和水垫层。 图3-18浮动床工作示意 浮动床的操作过程分落床、再生、置换和正洗、成床和顺洗、运行五个步骤。体外清洗是浮动床的明显缺点。(4)混合床混合床是将再生后的阳、阴离子交换树脂放在同一个交换器中并混合均匀。混床的设备结构示意见图3-19。混床的运行分反洗分层、再生、混合、正洗和交换五个步骤，其中反洗分层是运行操作的关键。混床两步法再生示意见图3-20。 图3-19混床结构示意 图3-20混床两步法再生示意 连续床离子交换装置连续床离子交换装置可分为移动床和流动床两类。固定床离子交换技术有两个明显缺陷：第一，固定床设备体积较大，树脂用量多；第二，固定床运行是周期性的，不能连续供水。移动床内树脂层是不断移动的，它定期排出一部分失效树脂，同时又补充等量再生好的树脂。三塔式移动床是典型的移动床，见图3-21。流动床运行是完全连续的，但树脂磨损大，再生剂耗量也大，而且出水水质受进水水质影响较大，因此目前应用很少。 图3-21三塔式移动床 总之，各种类型的交换器，各有其特点。从实践看，应用最普遍的仍属固定床，并且可制得纯度很高的水，连续床适用于软化处理，当供水量不大，对水质要求又不太高时，移动床是可行的。流动床应用很少。 再生系统再生系统包括再生剂的贮存、溶解、计量、配置和输送。再生剂有食盐、盐酸、硫酸、烧碱等。现简单介绍盐酸和烧碱的再生系统。盐酸配制和输送系统盐酸配制、输送系统见图3-22。该系统是将贮酸池或汽车来酸用酸泵打入高位贮槽，然后依靠重力自动流入计量箱，再生时用喷射器按所需浓度打入系统。碱液配制和输送系统该系统和图3-22类似。 图3-22盐酸配制、输送系统'