电厂用水的类别及其水质计划指标.doc
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1、. 电厂用水的类别及水质指标 一、火力发电厂用水的分类 由于水在火力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同,其水质常有较大的差别,热力设 备用水大致可分为:原水、补给水、给水、锅炉水、排污水、凝结水、疏水、返回凝结水、 冷却水等。 1、原水:原水是未经任何处理的天然水(如江河水、湖水、地下水等) 。在火力发电厂中, 原水是制取补给水的水源,也可以用来冲灰渣或作为消防用水。一般取自自备水源(地表 水或地下水)或城市供水网。 2、补给水:原水经过各种水处理工艺处理后,成为用来补充火力发电厂汽水损失的锅炉 补给水。锅炉补给水按其净化处理方法的不同,又可分为软化水、蒸馏水或除盐水等。 3、给水:经过各种
2、水处理工艺处理后送进锅炉的水成为给水。凝汽式发电厂的给水主要 由汽轮机凝结水、补给水和各种疏水组成;热电厂的给水中还包括返回凝结水。 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。 5、排污水:为了防止锅炉结垢和改善蒸汽汽质,用排污的方法排出一部分含盐量高的锅 炉水,这部分排出的锅炉水称为排污水。 6、凝结水:锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功后,经冷却水冷凝成的水称为凝结水。这部 分水又重新进入热力系统,成为锅炉给水的主要部分。 7、疏水:在热力系统中,进入加热器的蒸汽将给水加热后,由这部分蒸汽冷凝下来的水, 以及在停机过程中,蒸汽系统中的蒸汽冷凝下来的水都称为疏水。所有疏水经疏水器汇集
3、 到疏水箱,符合水质要求的,作为锅炉给水的一部分返回热力系统。由于火力发电厂(尤 其是热电厂)的疏水系统比较复杂,一般在水汽循环的主要系统中不表示出来,另行阐述。 . 8、返回凝结水:热力发电厂向热用户供热后,回收的蒸汽凝结成水,称为返回凝结水 (也称返回水) 。其中又有热网加热器凝结水和生产返回凝结水之分。 9、冷却水:蒸汽在汽轮机中做完功以后,通常通过水冷,闭式水系统的冷却通常也需要 水冷,这两部分水称为冷却水。一般说的冷却水主要是指这两部分。 二、天然水中水中杂质(离子和主要化合物) 天然水中的杂质可按其分散颗粒的大小分为:悬浮物、胶体和溶解物质。悬浮物是粒 径 104mm 以上的粒子,
4、它们在水中不稳定,可在重力或浮力的作用下去除,常为砂、 粘土类化合物及动植物类的产物;胶体的粒径在 106104mm,常为不溶于水的分子 所组成,胶体粒子比表面大、活性大并带有负电荷,它们常是铁、铝、硅的无机化合物和 有机胶体,胶体可用混凝、澄清与过滤工艺去除;溶解物质是指粒径小于 106mm 的离 子和一些溶解气体,采用离子交换、电渗析、反渗透的工艺可将其去除,水中的二氧化碳、 氧气等溶解气体也是水处理工艺需除去的杂质。 1、水中的离子态杂质 天然水中的离子按其含量而可为三类,如表 11,其中含量最高的第 I 类离子是水处 理过程中需要净化的主要对象。 表 11 天然水中的离子 阳离子阴离子
5、含量范围 类别 名 称符 号名 称符 号 I 钙离子 镁离子 钠离子 钾离子 Ca2+ Mg2+ Na+ K+ 碳酸氢根 氯离子 硫酸根 3 HCO Cl 2 4 SO 自几个 mg/L 至几万 mg/L . II 铁离子 锰离子 铵离子 Fe2+ Mn2+ 4 NH 氟离子 硝酸根 碳酸根 F 3 NO 2 3 CO 自十分之几 mg/L 至几个 mg/L III 铜离子 锌离子 镍离子 钴离子 铝离子 Cu2+ Zn2+ Ni2+ Co2+ Al3+ 硫氢酸根 硼酸根 亚硝酸根 溴离子 碘离子 磷酸氢根 磷酸二氢根 HS BO2 2 NO Br I 2 4 HPO 42PO H 小于十分之
6、一 mg/L 2、水中的主要化合物 2.1 碳酸化合物 在天然水中,含量最大的杂质常常是碳酸的盐类。碳酸是由二氧化碳与水作用而形成, 在水中碳酸化合物可以四种形态存在:溶于水中的气体态(CO2)、碳酸的分子态 (H2CO3)、碳酸氢根(HCO3)和碳酸根(CO23)离子态。碳酸化合物的这四种形 态随水的 pH 值而相互转化。图 11 表示出在不同 pH 值时各自的相对含量。 . 各 种 碳 酸 化 合 物 的 百 分 比 碳酸氢根 碳酸氢根 二氧 化碳 碳酸根 图 11 水中各种碳酸化合物的相对量和 pH 的关系(25) 由图可见,在 pH8.35 以下,碳酸化合物主要是碳酸氢根和水中游离的二
7、氧化碳, 若 pH 降至 4.3 以下时,碳酸化合物均以二氧化碳的形态存在,此时若采用吹脱原理则很 容易除去。另外,大多数天然水的 pH 值低于 8.35(聊城电厂黄河水为 7.508.20)所以 其碳酸化合物主要是碳酸氢根(HCO3)。随着 pH 的升高,水中碳酸根的百分比逐渐增 加,当 pH12 以后,则主要以碳酸根的形态存在,所以炉水中常保持一个碱性环境以避 免游离二氧化碳的腐蚀,无疑是其中的原因之一。 2.2 硅酸化合物 硅酸是一种比较复杂的化合物,它的形态很多,在水中有离子态,分子态以至胶态。 硅酸的通式为 xSiO2yH2O,当 x 和 y 均等于 1 时,分子式可写成 H2SiO
8、3,称为偏硅酸; 当 x=1,y=2 时,分子式为 H4SiO4,称为正硅酸,当 x1 时,硅酸呈聚合态,称为多 硅酸。当硅酸的聚合度增大时,它会由溶解态转化成胶态,当其浓度较大时,会呈凝胶状 自水中析出.。当 pH 值不很高时,溶于水的二氧化硅主要呈分子态简单硅酸,书中均以偏 硅酸(H2SiO3)来讨论。 硅酸的酸性很弱,电离度不大,所以当纯水中含有硅酸时不易用 pH 或电导率检测出 来。二氧化硅的溶解度随 pH 值变化的关系可由图 12 来表征。 . 无定形二氧化硅 多聚体稳定区 单核墙 浓度 图 12 SiO2 的溶解度 图 12 表明,当 pH 值在 9 以下时,SiO2 的溶解度是恒
9、定的。其原因为,在此 条件下离子态 HSiO3-的量非常少,水中硅酸化合物几乎都呈分子态 H2SiO3,而水中可 溶解的分子态 H2SiO3 的量是恒定的。 当 pH 值增大到超过 9 时,SiO2 的溶解度就显著地增大,因为此时 H2SiO3 电 离成 HSiO3-的量增多,所以溶解的 SiO2 除了会生成 H2SiO3 外,还要生成大量的 HSiO3-。 当 pH 值较大,且水中溶解的硅酸化合物量较多时,它们会形成多聚体,图 12 的虚线称为单核墙,它表示多聚体量达单体量100 1 的情况,阴影部分表示水中溶解的多聚 体已超过100 1 。 天然水中硅酸化合物含量一般在 120mg/LSi
10、O2 的范围内,地下水有的高达 60mg/L。 硅酸化合物的这许多形态会影响到它的测定方法。通常采用的钼蓝比色法能测得 的只是水中分子量较低的硅酸化合物。至于分子量较大的硅酸,有的不与钼酸反应,有的 反应缓慢。根据此种反应能力的不同,水中硅酸化合物可分成两类。那些能够直接用比色 . 法测得的称为活性二氧化硅(简称活性硅),不能直接测得的称为非活性二氧化硅(简称 非活性硅)。 在火力发电厂中,水中硅酸化合物是有害的物质。当锅炉水中铝、铁和硅的化合 物含量较高时,会在热负荷很高的炉管内形成水垢。在高压锅炉中,硅酸会溶于蒸汽,随 之带出锅炉,最后沉积在汽轮机内,引起故障。所以,硅化合物是需处理的主要
11、以象之一。 2.3 铁的化合物 在天然水中铁是常见的杂质。水中的铁有亚铁(Fe2+)和高铁(Fe3+)两种。 在深井水中,因溶解氧的浓度很小和水的 pH 值较低,水中会有大量 Fe2+存在,有 多达 10mg/L 以上的,这是因为常见的亚铁盐类溶解度较大,水解度较小,Fe2+不易形 成沉淀物。当水中溶解氧浓度较大和 pH 值较高时,Fe2+会氧化成 Fe3+,而 Fe3+很易 水解,从而转变成 Fe(OH)3 沉淀物或胶体。当 pH8 时,水中亚铁离子(Fe2+)被溶解 氧氧化的速度很快。反应如下: 4Fe2+ + O2 + 2H2O 4Fe3+ + 4OH Fe3+ + 3H2O Fe(OH
12、)3 + 3H+ 锅炉给水携带铁的氧化物会引起锅内生成氧化化铁垢。必须注意,净水设备和热力设 备的腐蚀,也有可能使给水带铁入锅炉,所以还应搞好设备防腐,以防止水质重新污染。 2.4 氮的化合物 在天然水中有时含有氮的无机化合物,如 NH4+、NO2和 NO3。它们的主要来源 为动植物的各种含氮有机物,以及随工业排水混入的 NH4+。 随污水带入水源的含氮有机物(如蛋白质、尿素等),在微生物的作用下会逐渐分解, 生成组成较简单的氮化合物。在没有氧存在的情况下,氨是有机氮分解的最终产物;如果 . 水中有氧,则在细菌参与下,能使氨继续分解,逐步转变成亚硝酸盐或硝酸盐。 为此,根据天然水中各种含氮化合
13、物的相对含量,可以推测此水被有机物污染的时期。 如果 NH4+含量百分率较大,则表示被污染的时期不长;反之,如 NO3-含量的百分率较 大,则表示被污染已很久。 三、火力发电厂用水的水质指标 不同用途的水,常有不同的水质要求,这就需要采用不同的水质指标。水质指标可用 水中杂质的组成表示,也可以根据技术上的需要专门拟定,这种专门拟定的指标称之为技 术指标。表 12 即为电厂水处理中常用的水质指标,其中自悬浮物至稳定度都是技术指标。 表 12 水质指标及常用单位 水质指标常用单位水质指标常用单位水质指标常用单位 悬浮物 mg/L 化学耗氧量 mg/L 磷酸根 mg/L 浑浊度 FTU 生物需氧量
14、mg/L 硝酸根 mg/L 透明度 cm 含油量 mg/L 亚硝酸根 mg/L 含盐量 mg/L 稳定度钙 mg/L 溶解固体物 mg/L 二氧化碳 mg/L 镁 mg/L 灼烧残渣 mg/L 溶解氧 mg/L 钾 mg/L 电导率 s/cm 碳酸氢根 mg/L 钠 mg/L 碱 度 mmol/L 碳酸根 mg/L 氨 mg/L 硬 度 mmol/L 氯离子 mg/L 铁 mg/L 碳酸盐硬度 mmol/L 硫酸根 mg/L 铝 mg/L 非碳酸盐硬度 mmol/L 二氧化硅 mg/LpH . 电力生产中,常用的主要技术指标的意义如下: 1. 溶解固形物和含盐量 溶解固形物是指水中除溶解气体之
15、外各种溶解物的总量。它除了包括全部阴、阳离子 外,还应加上非离子态的二氧化硅、铁铝氧化物和有机物的的含量。 含盐量表示水中溶解盐类的总和,它可通过水质全分析后将阴、阳离子全部相加而得。 含盐量有两种表示方法:其一是摩尔表示法,即将水中各种阳离子(或各种阴离子)均按 带一个电荷的离子为一个基本单元,计算其含量(mmol/L),然后将它们全部相加;其 二是重量表示法,即将水中各种阴阳离子的含量换算成 mg/L,然后全部相加。 2. 悬浮物与浊度 水中悬浮物是各种水处理工艺中都需监督的项目。悬浮物的含量可以用重量分析法来 测定,但此法需要将水过滤,滤出的悬浮物需经烘干和称量等手续,操作麻烦、准确度低
16、, 不宜用作现场运行的监督指标,所以,通常采用较易测量的“浊度”作为衡量悬浮物的指 标。 浊度一般用来衡量水中悬浮物和胶体物质的大致含量。浊度表征溶液对光的散射性, 其测定方法为:将样品在 90角度下的散射光强度与用标准溶液在同样条件下的散射光强 度相比较。此种测定常采用装有光电池的仪器(如激光浊度仪)来测定。 3. 碱度和酸度 3.1 碱度 水的碱度是指水中含有能接受氢离子物质的量。天然水中碱度主要由重碳 酸根所组成。因为碱度是用酸中和的办法来测定的,所以采用的指示剂不同,滴定终点也 不同,所测得的物质也不同。当用酚酞作指示剂时,终点 pH 为 8.18.3,水中的氢氧根 被中和成水,碳酸根
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