电厂化学.ppt
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第一章、绪论主讲人:
王俊武2015.11.26:
一、电厂化学的几大系统1、原水预处理系统2、锅炉补给水处理系统3、凝结水精处理系统4、炉内加药及汽水品质监督5、循环冷却水处理系统6、氨站7、氢站8、工业废水处理系统9、生活污水处理系统10、水、煤、油、垢的化验二、水在电厂中的作用火电机组中水汽作为动力的工质类似人体中血液超临界直流锅炉对水的品质要求更加严格(机组参数越高要求越严格),这对化学工作者提出了更高的要求。
放松化学监督,厂无宁日三、火力发电厂生产用水分类三、火力发电厂生产用水分类1.源水(生水)2.补给水3.凝结水4.疏水5.返回水6.给水7.炉水8.减温水9.循环水10.工业水11、开式水12.闭式水13.发电机内冷水14.消防水15.生活水16.各类废水第二章、水质概述主讲人:
王俊武2015.11.26:
一、水中杂质的分类1、悬浮物2、胶体3、溶解物质a.无机离子b.溶解性有机物c.溶解性气体二、电厂常用的化学指标浊度、pH、导电度、硬度、溶解氧、铁、铜、硅、钠、磷酸根、氯离子(CL-)、TOC、COD、BOD、余氯1、浊度表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。
浊度指标用来反应水中悬浮物和胶体的多少常用散射浊度单位:
NTU朗伯比尔定律朗伯比尔定律2、pH水中H+浓度的负对数也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准测量方法:
pH试纸pH测量仪原理将规定的指示电极和参比电极浸于同一被测溶液中,成一原电池,其电动势与溶液的pH,通过测量原电池电动势即可得出溶液的pH。
3、导电度电导率是电阻率的倒数因为纯水本身的导电能力是非常小的,但只要水中含有少量离子杂质就会使导电能力明显增加。
水中所含离子杂质越多,导电能力越大。
所以可借用测电导的方法测定水中的含盐量。
原理溶解于水的酸碱盐电解质,在溶液中电解成正、负离子,使电解质溶液具有导电能力,其导电能力的大小用电导率来表示。
氢电导氢电导率是指被测水样连续地流过氢型阳离子交换树脂后,对其电导率进行在线监测所得的电导率值,盐类杂质转换成它们的酸形式。
为什么要测氢电导?
几个问题a、理论上纯水的电导率b、影响电导率的因素c、氢电导与电导率反映水质的变化谁更能灵敏d、为什么EDI出水检测电阻率而非电导率4、硬度通常是指水中钙镁离子总量,去除钙镁离子的过程叫做软化,去除钙镁离子的水称为软化水。
硬度单位:
mmol/Lmol/L几个概念大硬度、小硬度暂时硬度、永久硬度碳酸盐硬度非碳酸盐硬度5、溶解氧测量方法:
靛蓝二磺酸钠葡萄糖比色法靛蓝二磺酸钠比色法给水溶解氧7ug/L凝结水溶解氧30ug/L6、铁a、原水中的铁多以Fe(OH)3或铁的有机物存在,呈胶体状b、汽水系统中的铁亚铁的测定(啉菲啰啉分光光度法)全铁的测定7、铜有铜系统、无铜系统有铜系统控制pH不大于9.2测量方法:
辛试剂法8、硅硅水中的存在形式离子态(活性硅、溶硅)硅胶体(非活性硅、全硅)pH高、温度高胶体硅易转化为溶解硅(热态冲洗190度)a、原水中硅的存在形式与水的pH有关pH9时多以硅酸形式存在,pH10硅酸会与钙镁铝形成难容的盐沉积出来b、汽水系统中的硅日常汽水品质监督最主要的监督项目之一活性硅、全硅试验方法:
钼酸铵、1-2-4酸氢氟酸转化分光光度法9、钠日常主要检测项目试验方法:
二异丙胺调节ph,掩蔽氢离子10、磷酸根汽包炉炉水加磷酸盐,需进行检测,直流炉炉水不做处理,汽水系统内水无需检测磷酸根。
循环水系统加阻垢剂,其有效成分磷酸盐,与钙镁离子发生螯合反应,生成稳定络合物,并在离子间形成双电子层,产生排斥力,阻止晶间大颗粒形成,故循环水需检测磷酸根。
11、氯离子(CL-)和余氯余氯是由游离残余氯(次氯酸或次氯酸跟或游离态的单质氯)和化合残余氯(氯胺和有机氯胺形式存在)表示水的氧化还原性(氧化还原电位ORP)氯离子(CL-)腐蚀性比较强,为什么?
循环水主要监测项目除盐水和给水也要求监测试验方法:
mg级,硝酸银滴定ug级,液相色谱分析12、BOD、COD、TOC常用的表示水中有机物含量的指标测量方法?
三者的大小关系?
第三章、原水预处理主讲人:
王俊武2015.11.27:
什么是预处理?
从天然水中除去悬浮物和胶体和部分有机物为目的,依靠混凝、沉淀(澄清)处理和过滤处理。
预处理出水浊度时,水倒流,形成RO。
反渗透进行的两个条件:
a、半透膜(选择透过性)。
b、操作压力必须高于溶液的渗透压。
溶液的渗透压取决于溶液的种类、浓度和温度。
操作压力是指反渗透装置的实际运行压力,它由渗透压、反渗透装置的水流阻力、维持膜足够的透水速度所必须的推动压力所决定。
反渗透(RO)是一种先进的节能的膜分离技术,反渗透膜是高分子材料经过特殊工艺而制成的半透膜,只用许水通过而不用许溶质通过,反渗透膜的孔径非常小(仅为1nm左右),可以有效去除水中的溶解盐、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97以上)2、反渗透膜除盐的规律在压力和流量的冲击下仍有少量离子透过膜,除盐率并非100。
离子透过的规律是1价2价3价同价离子水合半径小的水合半径大的水中溶解性气体如CO2、O2、H2S、等透过率是100反渗透进水中携带的污染物越多,随着时间的积累,膜的污染就越严重。
水的回收率越高,膜的污染越快。
二、分类1、反渗透膜的材料分常用醋酸纤维膜(CA)是一种整合膜,它的pH,温度,和性能极限较差,影响了它的普及。
但抗氧化和防垢能力较强,在很多领域仍有应用复合聚酰胺膜(TFCPA)发明于上世纪八十年代,在脱盐的水流速度和截流率方面,TFC膜是一个大的突破。
一般地,复合膜是由一层聚砜膜支撑一层薄薄的聚酰胺膜。
TFC膜有很好的温度和pH值的耐受能力,但是不耐氧化,特别是氯。
2、反渗透膜组件形式分类螺旋卷式反渗透膜组件中空纤维式反渗透膜组件密封密封密封密封密封密封螺旋卷式膜螺旋卷式膜组件一个膜叶件一个膜叶结构示意构示意图多孔透水材料多孔透水材料膜,上下两膜,上下两层膜叶膜叶透水透水网状网状材料材料透过水透过水浓浓水水进进水水膜组件的组装示意图膜组件的组装示意图进水水口口耐耐压容器容器连接接器器膜膜组件件密密封封圈圈端端盖盖透透过液液浓缩液液工业工业应用应用的反的反渗透渗透装置装置的膜的膜组件组件之间之间的连的连接接三、反渗透装置的组合方式一级两段两级四段(一级两段+一级两段)一级三段采用哪种组合方式由原水水质和出水水质要求决斗,全膜处理,通常采用两级四段一级两段一级两段两级四段两级四段一级三段一级三段四、反渗透装置的主要性能参数1.产水量(Qp)产水量是指反渗透装置在单位时间内生产的淡水数量(m3/h)。
2、水回收率(Y)Y=(Qp/Qf)100%=Qp/(Qp+Qm)100%式中:
Qf进水流量,m3/h;Qm浓水流量,m3/h。
Qf=Qp+Qm3、浓缩倍率(CF)CF=Qf/Qm=100/(100-Y)4、标准系统脱盐率(SR)计算脱盐率有标准化问题数据标准化的过程实际上就是把运行数据由于水温、回收率、产水量等多种外在非膜因素的变化而导致的变化波动去掉,从而让运行数据能够真实反应膜元件本身性能的变化。
膜元件真实性能的变化包括通道污堵、膜面污染、膜面氧化和机械破坏等。
5、压差用RO系统某段的入口压力减去该段的出口压力,就是该段的压差。
压差反应了压力容器内部膜元件污堵的程度。
压差测量也要在产水量、回收率、水温、TDS等运行参数基本保持与初始值一致的情况下五、我厂反渗透装置基本流程:
超滤水箱一级反渗透升压泵一级反渗透保安过滤器一级反渗透高压泵一级反渗透装置一级反渗透产水箱二级反渗透高压泵二级反渗透保安过滤器二级反渗透装置二级反渗透产水箱保安过滤器高压泵保安过滤器又称5um过滤器过滤精度5um运行中注意观察进出口压差,检修后投运注意排空气高压泵反渗透工作压力远高于超滤。
反渗透:
1.0MPa超滤:
0.15MPa高压泵可变频运行。
六、反渗透装置的运行与维护
(一)投运前的准备1、确认还原剂和阻垢剂计量箱液位0.5米以上,加药泵处于良好备用,出、入口门开启。
2、确认清水箱液位4米以上,开启清水箱出口门。
3、检查并确认清水泵和高压泵的进、出口门均已经打开;4、确认压缩空气储罐压力达到0.4Mpa以上。
5、检查就地各控制柜、变频柜指示灯正常6、检查所有表计指示正常。
7、检查清水泵出口母管管道混合器进药手动门开启,各清洗阀处于关闭位置。
8、检查保安过滤器出、入口手动门开启。
9、检查产水手动门开启。
一级淡水箱进水手动门开启。
10、检查浓水排放手动门开启,在初始调整状态。
(二)反渗透的投运1、开所选反渗透(RO)产水排放门、产水手动阀、浓水调节阀,任意选择启动一台清水泵,开高压泵前的保安过滤器上的排空气阀排空气,出水排出后关闭,清水泵启动正常后启动一级高压泵,一级高压泵电机频率在DCS画面自动调节下,转速缓慢上升,30秒内频率由0HZ到30HZ;启动一级高压泵的同时,联动阻垢剂计量泵及还原剂计量泵。
2、缓慢调节一级反渗透浓水调节门和一级高压泵出口门,直到就地浓水流量计显示流量为16T/H,产水就地流量表显示为47T/H,这时一级反渗透(RO)装置的回收率=75%,观察就地产水电导率表的显示值小于设计值时,关产水排放阀回收产水到一级淡水箱,一级反渗透(RO)装置转入正常运行状态;(三)反渗透的正常运行1、正常运行影响因素温度温度水的粘度水透过膜的速度水中离子透过膜的速度聚酰胺膜最高允许温度45正常运行控制温度2025PH调整反渗透膜必须在允许的PH范围内使用,否则会对膜造成永久性的损伤。
聚酰胺膜PH适用范围较广310正常运行控制PH?
反渗透进水通过加NaOH调节pH,但水的pH不能大于8.2,否则发生如下不良反应:
即产生CO2和碳酸钙水垢,其次当pH9.5时,极易产生硅垢。
进水水质严格控制进水浊度。
SDI2余氯0.1mg/L反渗透系统的进水必须进行杀菌处理,余氯又是聚酰胺膜的天敌,那么如何控制反渗透进水余氯?
法一:
安装活性炭过滤器。
法二:
进水中加还原剂Na2SO3或NaHSO3还原剂加药量在调试时确定,运行过程中监视ORP防止结垢反渗透过滤后,水中大部分的盐分留在浓水当中,例如回收率75时,浓水含盐量是进水的4倍。
碳酸盐浓缩后,超过其限值就会结晶析出。
为了防止膜组件的污堵,必须在进水中加阻垢剂。
阻垢剂的种类,阻垢原理2、运行维护
(1)定期巡回检查设备运行状况,水箱水位(DCS画面与就地是否一致)
(2)按时记录报表和有关参数,定期检测浊度、SDI、产水电导。
(3)进水ph、ORP控制在合理范围,及时调整加药量。
(4)反渗透出力偏离设计值时,及时调整高压泵出力和,进水温度。
(四)反渗透膜的长期停运保养反渗透装置长期(如大于15-30d)停运时,应该用保护液浸泡反渗透膜,防止微生物滋生和膜失水。
保护液一般为含有杀菌剂的水溶液。
如:
甲醛、异噻唑啉酮、亚硫酸钠、过氧化氢
(1)用进水或淡水冲洗反渗透系统。
(2)用淡水配制杀菌液(又称保护液)并用杀菌液冲洗反渗透系统。
(3)当杀菌液充满反渗透系统后,关严相关阀门。
(4)如果水温较低时(如低于25),应每隔约30d更换一次保护液;反之,则应每隔约15d更换一次保护液。
(五)反渗透装置的化学清洗就地化学清洗(CIP=Cleaning-in-place):
实际上就是在线化学清洗。
膜元件不用拆卸,仍然保留在压力容器内,而通过就地的清洗系统把清洗药品打入膜系统内部,将污染物溶解掉或者剥离成为细小的颗粒,进入清洗液,带出膜元件,从而恢复RO元件性能的过程就是就地化学清洗。
一般污堵多采用就地化学清洗。
离线化学清洗(Offlinecleaning):
将膜元件从膜系统内部拆卸下来,以一支或数支为一批,在专用清洗装置上彻底恢复元件性能的过程。
十分复杂的污堵才考虑离线化学清洗。
及时、合理且彻底的就地化学清洗(CIP)对RO系统的长期稳定运行是至关重要的。
多数情况下采用就地化学清洗。
离线清洗只是迫不得已的补充手段。
什么时候化学清洗?
(很重要,很关键)1、参考系统在最初48小时运行后建立的条件,标准化后的产水量损失10%。
2、参考系统在最初48小时运行后建立的条件,标准化后的透盐率增加10%。
3、参考系统在最初48小时运行后建立的条件,标准化后的段压差增加15%。
及时清洗十分重要,当洗不洗,则有可能导致清洗变得很困难。
酸洗(AcidCleaning):
用酸性药品清洗的过程叫酸洗。
碱洗(CausticCleaning):
用碱性药品清洗的过程叫碱洗。
欠洗(Under-clean):
清洗得不彻底,污染物没有彻底洗掉,因此清洗尚未到达终点。
过洗(Over-clean):
清洗过了头,膜本来已经很干净了还继续清洗,就会造成过洗。
Electrodeionization第四节:
第四节:
EDI水处理工艺的进化过程预处理阳床阴床混床预处理混床酸碱反渗透R.O.EDI反渗透R.O.酸预处理碱混床和混床和EDI的比较的比较E-Cell模块进水产品水产品水失效层树脂保护层树脂有效工作层进水纯水制备中的能量转换EDI设备(即电去离子设备)是电渗析与离子交换树脂除盐有机结合形成的新型膜分离技术,是当今世界最先进的高纯水生产技术。
EDI工艺系统代替传统的DI混合树脂床来制造去离子水。
与DI混床最大的不同是,EDI的去离子过程可以连续进行,自动化程度高,且不需要酸碱再生。
什么是什么是电渗析?
电渗析?
EDI的优点电渗析与离子交换技术的有机结合;保留了电渗析连续脱盐和离子交换深度脱盐的优点。
离子交换树脂用量少,与普通离子交换树脂柱相比,节约树脂95%以上;离子交换树脂不需酸碱化学再生,节约大量酸碱和清洗用水,降低劳动强度;无废酸废碱液排放,是清洁生产技术,绿色环保产品;过程易实现自动控制,EDI与反渗透(RO)、超滤(UF)等水处理技术相结合,能形成完善的高纯水生产线;占地面积小,不像离子交换床那样,一套在用,一套再生的重复设置;一、EDI的工作原理EDI的工艺系统流程的工艺系统流程1、淡水室内纯水中盐离子在树脂中的迁移速率比水中高23个数量级树脂的存在加速了离子迁移,改善了膜面的极化现象离子迁移、水电解、树脂再生同时发生树脂在稳定状态下工作,它们的工作不像一个离子汇聚库,而更像是一个离子输送的导体。
2、浓水室反渗透膜和EDI膜有什么区别?
离子选择性膜同离子交换树脂有着相同的工作原理和原材料,他们用于将某种特定的离子进行分离。
阴离子选择性膜允许阴离子透过而不能透过阳离子,阳离子选择性膜允许阳离子透过而不能透过阴离子,这两种膜不允许水透过。
H+和OH-离子的数量是其它(被污染的)离子的2到9倍浓水侧的阳离子交换膜pH值很低(H+离子多)浓水侧的阴离子交换膜pH值很高(OH-离子多)极端的pH值容易导致结垢浓水室流速加可大大减少结垢3、极水室与两个电极接触的浓水室称为极水室两个极水室由浓水补充极水室从靠近的离子交换膜得到离子极水带走离子和所有反应生成物(电解反应生成气体)极水排放,不回收4、EDI模块:
连续去除离子特性在EDI除盐过程中并不能同等效率的去除所有的离子。
首先去除简单离子离子以电荷最大、质量最小和树脂对其吸附能力最大的去除效率最高。
例如Na+、Cl-、Ca+2和SO4-2去除中等强度离子和极化离子例如,CO2CO2在水中的存在形式与ph有关,ph7.5时大部分CO2以重碳酸盐(HCO3-)形式存在除强度微弱的离子例如:
溶解的二氧化硅二氧化硅分子的离子化能力相当微弱,并且难吸附在离子交换树脂上,使用任何反电离过程都很难将之去除。
在模块第三个区域的停留时间非常重要。
停留时间越长,去除效率就越高。
第三个区域较长的停留时间,需要RO产品水的电导率达到最小(去除大量“简单”离子)同时使RO产水中CO2的数量最少化。
EDI进水中CO2和HCO3-的数量强烈影响产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。
二、EDI的分类1、结构形式分叠片式EDI卷式EDI2、浓水系统形式分有浓水循环(加盐、不加盐)无浓水循环(回收)有浓水循环有浓水循环增加浓水的含盐量增加浓水的含盐量增大浓水的流量增大浓水的流量无浓水循环现在的主流技术,随着EDI进水水质,防垢技术的发展三股独立的水流产水水流(高达99%的水回收率)浓水水流(一般为5-10%,可以循环回流到RO进水)极水水流(10-30L/h,0.05-0.15gpm,始终在排放)三、影响EDI性能的参数所加压力温度进水水质所加电压电压是将混合的离子从进水流中推向浓水流的驱动力。
特定区域的电压梯度也会导致H2O分裂成H+和OH-离子。
要获得最高质量的水,就要设定一个理想的电压值。
比这个电压值低,就没有足够的驱动力在淡水流流出模块之前驱动离子经过淡水室的树脂床,然后穿过离子选择性膜;比理想值高时,则过压的产生将使过多的水发生裂解,并因此产生过强的电流,而且还将导致离子的极化作用,发生反扩散现象,这就会降低成品水的电阻率。
那么多大的电压才是最佳的电压?
最佳的电压范围首先取决于模块内部单元的数目。
同时也取决于:
a、温度b、浓水电导率c、浓水流量比例(回收率)温度a、压力降和温度的关系由于受水的粘性的影响,压力降与温度有很大的关系。
通常压力降将随粘性的增加或降低成比例的变化。
b、模块电阻与温度的关系当温度增加时,模块的电阻就会降低。
在给定电压值下,电流就会增加。
发生这种现象的一个原因是高温下离子的活性增强。
在其它条件相同的情况下,温度每改变1C,模块的电阻将改变2%。
c、产水品质与温度的关系系统的运行有一个理想的温度。
当温度升高到35C时,由于水中离子的迁移和移动更加容易因而产品水质量通常会提高,如果更高温度将会由于离子的泄漏而降低产水品质。
这是由于吸附到离子交换树脂的离子减少造成的。
c、电阻率表的温度校验实际离子的电阻特性,在没有温度补偿的情况下,将会升高,从而使读数失去精确性。
进水水质降低进水电导率有助于提高对二氧化硅和CO2去除能力。
进水电导率的增加将导致电流的增加。
问题:
EDI与传统混床除盐相比的优点简述EDI的工作原理EDI产水电导率低,请分析原因?
第五章、凝结水精处理处理系统主讲人:
王俊武2015.12.23:
凝结水净化的目的去除整个水、汽系统在启动、运行过程中产生的机械杂质,如氧化铁、胶体硅等去除从补给水、凝结水和凝汽器泄漏带入的溶解盐类,从而保证给水的高纯度保证机组在凝汽器发生泄漏时,能正常运行,在有较大泄漏时,能有申请停机所需的足够时间。
请列举凝结水中污染物的来源1.凝汽器泄漏;2.空气漏入,携带O2和CO2;3.热力系统的腐蚀产物;4.补给水带入的杂质;5.生产返回水和疏水带入的杂质。
投运精处理系统的好处1.启动期间对机组水汽品质的影响机组启动期间投运精处理能迅速提高水质,缩短启动时间,减少排污量。
尤其是新建机组,缩短试运时间。
2、高速混床去除水汽系统悬浮杂质的作用系统腐蚀产物在系统内循环,很难通过锅炉排污除去。
四氧化三铁、黑水、否则就能沉积在热力系统内。
3.机组正常运行期间精处理对水汽品质的影响投运精处理,一般给水、蒸汽、凝结水氢电导率在0.060.08us/cm,退出精处理,系统电导率马上增加0.3us/cm。
4.延长机组凝汽器泄漏时,应急处理时间凝结水精处理系统的发展1、低压系统连接方式2、中压系统连接方式凝结水处理系统的组成前置过滤器+混床+后置过滤器(树脂捕捉器)混床+树脂捕捉器过滤设备+除盐设备
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