热力发电厂水处理幻灯片教学.ppt
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1、2019年5月21日9时21分,1,江苏特检院常州分院 胡月新 2007年3月,热力发电厂水处理,2019年5月21日9时21分,2,绪 论,第一节 水在热力发电厂中的作用 一、水在电力生产过程中的作用 1、传递能量的介质; 2、冷却介质。 二、火力发电厂的水汽循环系统 1、系统 2、汽水损失 (1)锅炉排汽、蒸汽吹灰、向空排汽; (2)汽机轴封排汽、除氧器排汽、抽气器排汽; (3)各种水箱的溢流、蒸发; (4)管道、阀门泄漏; 三、火力发电厂中不同名称的水 1、原水(生水)未经处理的水; 2、补给水补充汽水损失的水(原水经各种方法、净化处理的水); 3、凝结水蒸汽凝结的水; 4、疏水蒸汽管道
2、和用汽设备中凝结的水; 5、返回水(凝结水)供热网中回收的水; 6、给水送往锅炉的水; 7、锅炉水在锅炉内循环的水; 8、冷却水作为冷却介质的水;,2019年5月21日9时21分,3,图0-1 凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程,2019年5月21日9时21分,4,第二节 热力发电厂中水处理的重要性 一、水汽品质不良的危害 1、热力设备结垢 (1)锅炉受热面结垢 a.降低热效率、增加燃料消耗; b.金属超温、强度降低、诱发爆管; c.沉积物下腐蚀。 (2)凝汽器结垢 导致真空度下降,机器效率下降。 2、热力设备腐蚀 (1)缩短设备的使用寿命; (2)腐蚀产物结垢; 3、过热器和汽轮机积盐 (1)
3、排烟温度上升,热效率下降; (2)过热器金属管壁超温,引起爆管; (3)增加蒸汽流通阻力,降低了汽轮机出力、效率; (4)汽轮机轴向推力增加,容易损坏设备;,绪 论,2019年5月21日9时21分,5,二、火力发电厂水处理工作的内容 1、补给水处理:(1)预处理、(2)除盐处理 2、给水处理:(1)加氨处理、(2)除氧处理 3、炉水处理:(1)加磷处理、(2)排污 4、凝结水处理:(1)除浊、(2)除盐 5、返回凝结水处理:(1)除油、(2)除铁 6、冷却水处理:(1)防腐(杀生) (2)防垢(稳定处理) 7、热力设备停用保护 8、热力设备检查 9、化学清洗 10、水、汽质量监督,绪 论,20
4、19年5月21日9时21分,6,第一节 常用化学名词概述 一、溶液 溶液一种物质分散在另一种物质中形成的均一的分散体系 叫溶液。 二、溶液中溶质的含量 1、质量分数 2、用单位体积或单位质量溶液中含有溶质质量表示含量 (1)g/L 、mg/L 、 g/L (2) g/kg 、 g/kg 、 g/kg ppm: ppb:,第一章 水质概述,2019年5月21日9时21分,7,3、物质的量 (mol) m质量,g; M摩尔质量,g/mol,其值相当于基本单元的相对粒子质量。 4、物质的量的浓度(摩尔浓度) 1升溶液中所含溶质的物质的量 mol/L 三、质量作用定律和化学平衡 1、化学反应速度:单位
5、时间内生成物或反应物的浓度变化 2、影响化学反应速度的因素,第一章 水质概述,2019年5月21日9时21分,8,(1)浓度对化学反应速度的影响 质量作用定律:在简单反应中,化学反应速度与各反应物浓度的适当次方的乘积成正比。 K是常数,与T有关,T,K (2)压力 对于有气体参加(或生成)的反应:压力增加,速度向气体体积减少的方向移动。 (3)温度:升高温度,反应速度加快。 (4)催化剂 3、化学平衡 在可逆反应中,当正逆反应速度相等,体系中各物质的浓度不再发生变化时的状态。,第一章 水质概述,2019年5月21日9时21分,9,平衡常数: Kc与浓度、催化剂无关,仅仅是温度的函数。 四、电离
6、 1、电解质和非电解质 电解质:在水溶液中或在熔融状态下能导电的物质 2、电离过程 3、电离平衡,第一章 水质概述,是电离平衡常数,2019年5月21日9时21分,10,第一章 水质概述,五、水的电离、pH值 H2O为一个常数 KSH水的离子积,此值随温度的增高而增大,在定温下为常数。在22时, KSH 1.000010-14。 在水溶液中: ,酸性溶液,pH7 ,中性溶液,pH=7 ,碱性溶液,pH7 当温度一定时,任何溶液中 和 的乘积总保持一个定值,即等于该温度时的KSH 。,2019年5月21日9时21分,11,第一章 水质概述,注意:在特别强的酸性溶液中,pH值可以0, 在特别强的碱
7、性溶液中,pH值可以14, 在这种情况下,一般不用pH值表示,而是用物质的量的浓度来表示。 六、浓度积 在难溶电解质的饱和溶液中,当温度一定时,其离子浓度的乘积为一个常数。该常数称为浓度积。 溶度积规则: 以离子浓度乘积的大小来说明沉淀生成还是溶液的规律,叫做溶度积规则。,2019年5月21日9时21分,12,第一章 水质概述,第二节 天然水中的杂质 一、悬浮物 d10-4mm,肉眼可见,不稳定。 二、胶体 d在10-410-6mm之间。 有机胶体、无机胶体是许多分子或离子的集合体。 特点:1、比表面积大,表面活性强; 2、带有正电荷或负电荷; 3、在水中稳定。 三、溶解物质 1、溶解性离子:
8、Na+、Mg2+、Ca2+、HCO3- 2、溶解性气体:O2、CO2 3、分子:弱电物质 第三节 水质指标,2019年5月21日9时21分,13,第一章 水质概述,一、悬浮物(SS)(mg/L) 浊度近似表示悬浮物的量。直接从浊度仪中读出。 二、溶解性盐类 1、含盐量:水中各种阴阳离子的总和,mg/L。 2、溶解固形物:水经过滤、蒸干后在105110温度下干燥后的残留物。 3、电导率:水中离子的导电能力。 4、三者关系: (1)含盐量高,溶解固形物高,电导率高; (2)在测定溶固时的过滤、蒸发、干燥过程中,某些杂质会发生化学变化; 如: 所以:含盐量溶固1/2HCO3- (3)电导率不仅与含盐
9、量有关,而且与含盐量种类及其他因素有关,因此, 只能相对反映含盐量多少(如温度、一些气体溶解后)。 三、硬度(H、YD) 1、硬度(H):水中高价阳离子的总浓度,天然水中主要是Ca2+、Mg2+。 2、碳酸盐硬度(HT)暂时硬度,水中钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐的总和。,2019年5月21日9时21分,14,第一章 水质概述,3、非碳酸盐硬度(HF)永久硬度,水中钙、镁的硫酸盐、氯化物的总和。 注意: mmol/L 四、酸度和碱度 1、碱度(A、JD) 表示水中OH-、 CO3-、HCO3- 量及其他一些弱酸盐类量的总和。 酚酞碱度(P): 以酚酞为指示剂滴定的碱度,终点:pH8.3 甲基橙碱度:
10、 以甲基橙为指示剂滴定的碱度,终点:pH4.4 天然水中P、M与OH-、CO3-、HCO3-的关系,2019年5月21日9时21分,15,第一章 水质概述,基本规律: (1)OH-、HCO3-不能同时存在 (2)P的终点:CO32-只能反应到HCO3- 。 (3)甲基橙碱度的终点: HCO3-能反应到CO2H2O 2、酸度 (1)水中能与强碱起中和作用的物质的量 强酸:HCl、H2SO4等 强酸弱碱盐:FeCl3、Al2(SO4)3等 弱酸:H2CO3、H2S等 (2)强酸酸度(M) 以甲基橙为指示剂滴定:包括、 (3)总酸度: 以酚酞为指示剂滴定:包括、 注意:水处理阳床出水酸度强酸酸度(C
11、l-、SO42-),2019年5月21日9时21分,16,第一章 水质概述,五、有机物和耗氧量 有机物的量近似用耗氧量来表示 (P35) 第四节 天然水中几种主要化合物 一、碳酸化合物 1、存在形式:4种 CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-,2019年5月21日9时21分,17,第一章 水质概述,2、四者之间的平衡,(25时,K1=4.4510-7),(25时,K2=4.6910-11),2019年5月21日9时21分,18,第一章 水质概述,3、碳酸化合物存在形态与pH的关系,2019年5月21日9时21分,19,第一章 水质概述,(1)当pH4.3时,水中只有游离CO2(以溶解气体
12、形式存在于水 中); (2)当pH升高时,平衡右移CO2,HCO3-; 当pH=8.35时,98以上的碳酸化合物以HCO3-形态存在; (3)当pH8.3时,没有CO2; (4)当pH再升高,CO2消失,HCO3-,CO32-。 当pH12时,几乎全以CO32-形式存在。 二、硅酸化合物 XSiO2YH2O 当X=Y=1时,H2SiO3偏硅酸。 当X=1、Y=2时, H4SiO4正硅酸。 当X1时,硅酸呈聚合态,多硅酸。 三、铁的化合物 形态,2019年5月21日9时21分,20,第一章 水质概述,一、按主要水质指标分类 1、按含盐量来分 长江水:夏季:200mg/L左右 冬季:200300m
13、g/L,第五节 天然水的特点,2019年5月21日9时21分,21,第一章 水质概述,2、按硬度来分 (1/2Me2+) 长江水:1.03.0mmol/L 长江水来源:雪山融化和降水聚集而成。,二、按水处理工艺学分类 1、水中离子的假想结合水质图,2019年5月21日9时21分,22,第一章 水质概述,原则: (1)阳离子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的次序排列; (2)阴离子按HCO3-、SO42-、Cl-次序排列; (3)各离子所占空格的大小,按其单电荷摩尔浓度决定。 2、分类 碱性水 A(碱度)H(硬度),2019年5月21日9时21分,23,第一章 水质概述,非碱性水(负硬水) A
14、H 钙硬水,镁硬水,2019年5月21日9时21分,24,第二章 水的沉淀处理,目的:(包括第三章)去除水中悬浮物和胶体。,第一节 胶体化学基础 一、胶体的稳定性 促使水中胶体具有聚集稳定性的原因: (1)同种胶体微粒带有相同电荷、相互排斥; (2)胶体微粒的表面被水分子包围,阻碍了胶体颗粒间的接触; (3)胶体表面吸附有某些促使胶体稳定的物质。 二、胶体的亲水性与憎水性,2019年5月21日9时21分,25,第二章 水的沉淀处理,二、胶体的亲水性与憎水性,图2-1 胶团的结构,2019年5月21日9时21分,26,第二章 水的沉淀处理,三、胶体的双电层结构,四、胶体的电位 0胶核表面处的电位
15、(热力学电位); d吸附层与扩散层分界处的电位; 滑动界面处的电位(电动电位)。 对于天然淡水来说,因水中电解质很少,可以认为和d两种电位大致相等。,2019年5月21日9时21分,27,第二章 水的沉淀处理,五、胶体颗粒中的作用力 在溶液中,两个电荷符号相同的胶体之间存在着: 同性电荷间的静电斥力; 分子间的范德华引力。 六、胶体的脱稳 1、压缩双电层 在水溶液中投加某种电解质,当加药量达到一定数量时,会发生胶体聚集现象(助凝剂)。 2、吸附与电中和 向水中加带相反电荷的胶体,使之与原胶体发生电中和(混凝剂)。 3、网捕作用 4、吸附与架桥,2019年5月21日9时21分,28,第二章 水的
16、沉淀处理,第二节 水的混凝处理 一、混凝原理 混凝:向水中投入混凝剂,使之与杂质产生混合现象凝聚过程,变为大颗粒下沉。 1、混凝过程以Al2(SO4)3为例 (1)混凝剂水触,以上整个过程大约在30秒内就完成了。 (2)水中杂质胶体与Al(OH)3胶体相互吸引,中和,生成粗大颗粒下降。,2019年5月21日9时21分,29,第二章 水的沉淀处理,2、混凝作用 (1)吸附与架桥作用; (2)中和作用; (3)表面接触作用; (4)网捕作用。 二、影响混凝效果的因素 (一)水的pH值(加药后) 1、对Al(OH)3溶解度的影响 Al(OH)3的溶解度越大,混凝效果越差(胶体越少)。 当pH5.5时
17、,,使Al(OH)3溶解度增加,效果下降。 当pH7.5时,,使Al(OH)3溶解度增加,效果下降。,2019年5月21日9时21分,30,第二章 水的沉淀处理,当pH9时, 使Al(OH)3溶解度增加,效果下降。 因此:最优pH值为5.57.5。,2、对胶粒电荷的影响 Al(OH)3胶粒:pH在58时,带正电荷 pH5时,带负电荷(因吸附SO42-) pH8时,几乎不带电荷(以中性氢氧化物形态存在,最易沉淀下来)。 3、对有机物的影响 pH高时,有机物生成腐植酸盐,不易去除,有利的pH在6.06.5之间(铝盐)。 4、对凝聚速度的影响 胶体内外的电位差越小,越易沉降,pH为6.58之间最快。
18、 综上所述,对于铅盐作混凝剂,其最优pH为6.58之间。,2019年5月21日9时21分,31,第二章 水的沉淀处理,(二)混凝剂的用量 加 Al2(SO4)318H2O 1050mg/L 对于悬浮物少的原水,并非加混凝剂用量越多越好,因为混凝剂加入同时自身也是一种杂质。 (三)水温 铝盐:最好2530,低于5,效果较差。 铁盐:温度影响较小。 (四)混和速度 要求:形成时快,长大时慢(即宜先快后慢),利用水解,防止矾花分解,便于长大,2019年5月21日9时21分,32,第二章 水的沉淀处理,(五)水中杂质 1、反离子浓度高,不利于Al(OH)3的形成; 2、有机物太多,也不利于Al(OH)
19、3的形成。 (六)接触介质 在水中保持一定数量的泥渣,可以加快沉淀。 (七)接触时间 从混凝剂加入到泥渣与水的分离需要经过一系列物理、化学过程,这些过程需要一定时间才能完成。一般为12h。 三、常用混凝剂 1、铝盐 Al(SO4)318H2O工业硫酸铝 KAl(SO4)224H2O明矾 NaAlO2偏铝酸钠 2、无机高分子凝聚剂聚合铝和聚合铁 聚合铝(PAC) 聚合铝(PAC),Aln(OH)mCl3n-m m10,1n5 (1)指标,2019年5月21日9时21分,33,第二章 水的沉淀处理,含量 当B30%时,混凝剂全部由小分子构成,混凝能力低。 B,胶体增大,混凝能力上升。B太大,溶液不
20、稳定,易生成沉淀。 (2)聚合铝混凝剂的优点 适应范围广,浊度高、低,有色溶液效果都较好; 用量少,810mg/L; 操作容易;a. 最优pH易控制(产品pH值高,约为5); b. 低温效果稳定。 形成凝絮速度快; 加药量过量不会引起水质变化。,碱化度:,2019年5月21日9时21分,34,3、铁盐 绿矾 聚合硫酸铁(PFS) 具有铁盐特点; 也具备聚合铝的特点。 铁盐处理的特点: (1)生成凝絮比重大,易沉降; (2)受温度影响小; (3)pH6.5时,铁与腐植酸生成不易沉降的有色化合物,所以不适用 于处理含有机物水的混凝剂; (4)适应的pH比较宽(pH在410)。 4、铁铝盐 采用铁铝
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