《化学水处理论》word版.doc

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 日至 2012 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3锅炉用水水质处理方法及系统4电厂热力设备的腐蚀5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1、实习阶段 第 周（ 月 日）至第 周（月 日）共 周2、设计阶段 第 周（ 月 日）至第 周（月 日）共 周3、答辩日期 第 周（ 年 月 日） 八、其它要求无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；CWT36Coal-fired power plant boiler water treatment process systems analysisabstractWith the development of the power plant to the high parameter, large-capacity steam turbine generator set, the thermal power generating units on the water quality requirements, water treatment technology is particularly important. Without processing, is bound to cause corrosion of pipes, boilers, steam turbine and related equipment, scaling, endangering the safe operation of unit. This article starts by describing the water some of the basic concepts and some of the water treatment plant of the preparatory work, and then focuses on the mechanism of water treatment desalination introduced the general method of desalination.They are boiler water treatment,pretreatment,reverse osmosis,the feed water depth of demineralization,condensate polishing processing and so all.Key words pretreatment; reverse osmosis; the feed water depth of demineralization；condensate polishing processing; all volatile treatment; combined water treatment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182.3.4 补给水除盐系统202.4 凝结水精处理21第3章 电厂热力设备的腐蚀233.1 热力设备的氧腐蚀和酸腐蚀233.1.1 氧腐蚀及其特征233.1.2 热力设备的酸腐蚀233.2 超临界机组的水化学工况233.2.1 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27致谢28参考文献29外文原文30中文译文34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50500mg/L，硬度一般在1.08.0mmol/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4050mg/L，硬度一般不大于0.070.1mmol/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5060mmol/L，有时高达100200mmol/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HCO、CO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HCO转变成CO，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CO、HS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锰矿石反应，是它们以低价离子状态进入水中，因此地下水游离CO含量高，并普遍含有Fe和Mn。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。1.2.1 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。1.2.2 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/T 12145-1999 “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/T 12145-2008)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3.85.8150.30202055.915.6520.151）0.101）201015103215.718.3520.151）0.101）20101053218.3320.150.1010553211）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0.30us/cm，期望值不大于0.15us/cm。2.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 锅炉给水质量炉型过热蒸汽压力MPa氢电导率（25），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汽包炉3.85.82.0155010应保证蒸汽二氧化硅符合标准5.912.60.30730512.715.60.30720515.60.151）0.1071510322010直流炉5.918.30.150.1071053252151018.30.150.1075322321051）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0.30 us/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，其给水的铁、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(25)联氨ug/LTOCug/L汽包炉3.85.88.89.35.915.68.89.3（有铜给水系统）或9.29.61）（无铜给水系统）305002）15.62002）直流炉5.92001）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9.19.4。2）必要时监测。（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规定。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(25)氢电导率（25），us/cm溶解氧ug/LTOCug/L标准值期望值8.09.00.150.10301502001）采用中性加氧处理的机组，给水的pH控制在7.08.0（无铜给水系统），溶解氧50 ug/L 250 ug/L。3.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1）ug/L氢电导率（25），us/cm标准值期望值3.85.82.0505.912.61.0500.3012.715.61.0400.300.2015.718.3052）300.300.1518.305200.200.151）直接空冷机组凝结水溶解氧浓度标准值应小于100 ug/L，期望值小于30 ug/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200 ug/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10 ug/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（25），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0.150.1052315315100.150.103121531054.锅炉炉水质量标准汽包炉炉水的电导率、氢电导率、二氧化硅和氯离子含量，根据制造厂的规范并通过水汽品质专门试验确定，可参照表1-7的规定控制，炉水磷酸根含量与pH指标可参照表1-8的规定控制。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1）锅炉汽包压力MPa处理方式二氧化硅氯离子电导率（25）us/cm氢电导率（25）us/cmmg/L5.910.0炉水固体碱化剂处理2.002）15010.112.62.002）6012.715.8炉水固体碱化剂处理0.452）1.515.8炉水固体碱化剂处理0.200.5201.53）炉水全挥发处理0.150.315.8炉水固体碱化剂处理12）9.09.79.39.6炉水全挥发处理9.09.71）指单段蒸发炉水。2）控制炉水无硬度。 5.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（25），us/cm除盐水箱出口电导率（25），us/cmTOC1）ug/L标准值期望值5.912.60.200.4012.718.3200.200.1040018.3100.150.102001）必要时监测 6.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、二氧化硅和金属氧化物的含量符合蒸汽质量标准表1-1的规定。7.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2.5050生产回水5.02.51001（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。8.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（25），us/cmpH（25）含铁系统309.5含铜系统208.09.21.3 电厂锅炉的水循环1.3.1 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、蒸馏水和除盐水。(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。(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。此外，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1100nm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HCO、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而溶于水中。其反应为CaCO3又如白云石(MgCO3CaCO3)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+由于上述反应，所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO、SO42+。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+。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Cl-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和，它们来源于土壤中铁、锰化合物，在缺氧条件下由于生物化学作用而转变为可溶的和进入地下水中。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（O）和二氧化碳 (CO)，有时还有硫化氢（HS）、二氧化硫（SO2）和氨（NH）等。天然水中O的主要来源是大气中的O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CO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O2和CO的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。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15mgL。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）318H2O作混凝剂，当它投入水中后发生如下反应：电离 Al2（SO4）32Al3+3SO42-水解 Al3+ +3H2OAl(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。 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。 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。 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。2.2 反渗透除盐反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小，大都1010 10（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、饮用蒸馏水、太空水的生产，还应用于生物、医学工程。2.2.1 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压。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。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。图212.2.2 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。2.2.3 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，将多个膜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。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，采用的只是天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。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。 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12nm，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。 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20100nm）。4. 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