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干熄焦锅炉用水处理


第五章 干熄焦锅炉用水处理
第一节 水净化的目的
干熄焦锅炉是中高压锅炉, 锅炉的给水品质是影响锅炉及热力系统安全、 稳定和经济运 行的重要因素之一。地面水源和地下水源都含有很多杂质,不能直接运用到干熄焦锅炉。我 国不同区域水质差异很大, 如果进入锅炉系统的水中含有大量的杂质, 将会产生极大的危害。 1.形成水垢 在锅炉金属受热面上形成水垢会导致锅炉受热面金属损坏, 降低锅炉使用寿命, 严重时 会产生“爆管”的情况;降低锅炉的热效率,使锅炉产汽能力下降;另外由于锅炉结垢,必 须及时进行清洗工作,这不但浪费大量的化学药剂,增加运行成本,还容易使炉水中的杂质 在沉积物下浓缩而引起“垢下腐蚀” 。 2.导致金属腐蚀 锅炉的金属受热面长期与水接触,由于给水水质的不良,则会引起金属腐蚀。锅炉的给 水管道、热交换器、省煤器和水冷壁等都会因水质不良而引起腐蚀。 3.易使蒸汽品质恶化 由于给水不良,导致炉水中存有杂质。当炉水不断受热而蒸发和浓缩时,炉水的表面张 力加大,炉水含盐量迅速增高,增加了炉水产生“汽水共腾”的情况。 我国不同地区水质差异较大, 为了保证干熄焦系统的正常稳定运行, 锅炉及热力系统不 发生结垢、积盐和腐蚀情况,必须做好锅炉水处理工作。

一、工业用水的各种水源及其特点
水是工业生产中重要的原料之一,没有合格的水源,任何工业都不能维持下去。作为工 业用水的淡水水源主要来自地表的江河水、湖泊和水库水以及地下水(井水)。 (一)江河水 河流是降水经地面径流汇集而成的,流域面积十分广阔,又是敞开流动的水体,其水质 受地区、气候、生物活动以及人类活动的影响而有较大的变化。江河水一般均夹带有泥沙悬 浮物而有混浊度,从数十到数百度。夏季或汛期可达上千度,冬季冰封时又可降低到数度, 随季节变化很大。河水的含盐量一般在 100~200mg/L,一般不超过 500mg/L。某些内陆河 流也可达到很高的矿化度。河水中主要离子的比例一般是 Ca2+>Na+>HCO3->SO42->Cl-, 也有不少河流的 Na+>Ca2+,个别河流的 Cl->HCO3-。 我国一些河流的主要离子组成如表 5—1 所示。河水中的溶解氧一般不是饱和的正常数 值,有机物含量较低,也就是耗氧量或生化需氧量较小。河水一般情况下是一种含碳酸水类 型的水质体系,化学成分有一定的稳定性。 表 5—1 我国部分河流的水质(mg/L) 河流 长江 黄河 黑龙江 西江 松花江 闽江 塔里木河 Ca2+ 28.9 39.1 11.6 18.5 12.0 2.6 107.6 Mg2+ 9.6 17.9 2.5 4.8 3.8 0.6 841.5 K+ +Na+ 8.6 46.3 6.7 8.1 6.8 6.7 10265 HCO3128.9 162.0 54.9 91.5 64.4 20.2 117.2 SO4213.4 82.6 6.0 2.8 5.9 4.9 6025 Cl4.2 30.0 2.0 2.9 1.0 0.5 14368 含盐量 193.6 377.9 83.7 128.6 93.9 35.5 31751.3

(二)湖泊水和水库水 湖泊是由河流及地下水补给而成的。它的水质与补给水水质、气候、地质及生物等条件 有密切关系,同时流入和排出的水量、日照和蒸发强度等也在很大程度上影响湖水的水质。 水库实际上是一种人造湖, 其水质也与流入的河水水质和地质特点有关, 但最终会形成与湖 泊相似的稳定状态。 (三)地下水 地下水是由降水经过土壤地层的渗流而形成的。 地下水水质的基本特点是: 悬浮物质含 量少、水比较清澈透明、有机物和细菌含量较少、受地面污染的影响小、溶解盐含量高、硬 度和矿化度较大,水温基本保持稳定。地下水按其深度可以分为表层水、层间水和深层水, 水层越深,地下水的特点就越明显。表层水是地壳不透水层以上的地下水,受外界的影响还 比较大。层间水是指不透水层以下的中层地下水,受外界的影响较小,水质成分稳定而具有 明显的地下水特色, 一般较大的供水水源或深井取水都是利用此类水层。 深层水是指与外界 完全隔绝的地下水层,一般有很高的矿化度或特种盐类,油田和矿水通常属于这类地下水。 地下水的含盐量随深度增加而增大, 主要离子组成也从低矿化度的淡水型向高矿化度的 咸水型过渡。

二、天然水的化学特性
(一) 天然水中的碳酸化合物 天然水中普遍存在着各种形态的碳酸化合物, 它们是决定水质pH值的重要因素。 并且对 外加酸和碱有一定的缓冲能力,同时对水质和水处理有着重要的影响。 天然水中碳酸化合物的来源有以下几个方面:首先是空气中二氧化碳的溶解,岩石、土 壤中碳酸盐和重碳酸盐矿物的溶解; 其次是水中动植物的新陈代谢作用以及水中有机物的生 物氧化等产生的二氧化碳; 有时在水处理过程中也会加入或形成各种碳酸化合物。 上述各种 来源的碳酸化合物综合构成水中碳酸化合物的总量。 水中碳酸化合物通常以下列几种不同形态存在: 溶于水中的游离碳酸, 即呈分子状态的 碳酸,其中包括溶解的气体C02 和未离解的H2CO3 分子;重碳酸盐碳酸,即重碳酸根离子 2(HCO3 ),也称为半化合性碳酸;碳酸盐碳酸,即碳酸根离子(C03 ),也称为化合性碳酸。在 水中, 这四种碳酸化合物之间是一种平衡相互转化的关系, 水中的碳酸平衡同pH值是密切相 关的。 (二)天然水的酸度 水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质总量。水的酸度通常由三类物质组成: 一是强酸,如 HCI、HNO3 和 H2SO4 等;二是弱酸,如 H2C03、H2S、H2Si04 以及各种有机酸 等;三是强酸弱碱盐,如 FeCI3 和 Al2(S04)等。这些物质在水中都会电离产生 H+或经过水解 产生 H+,而这些 H+均能与 OH-发生中和反应。这些 H+的总数叫做总酸度,用 mmol/L 表 示。 总酸度与水的 pH 值不是一回事。pH 值是水中氢离子浓度的负对数,而总酸度表示中 和过程中与强碱进行反应的全部 H+ 数量,称为离子酸度。 (三)天然水的碱度 水的碱度与酸度相反,是指水中能于强酸即 H+发生中和作用的物质总量,包括强碱、 弱碱和强碱弱酸盐等。 (四)天然水的硬度 通常以 Ca2+ 和 Mg2+的含量来计算水的硬度,作为水质的一个指标。天然水都含有一定 的硬度,地下水、咸水和海水的硬度较大。硬度的单位用 mmol/L 表示。

三、锅炉用水的水质要求
锅炉的用途是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽, 所得蒸汽可用作传热和动力的 介质。 一般工矿企业常采用低压或中压锅炉产生蒸汽作热源或动力用, 这种锅炉对水质要求 稍低; 而干熄焦系统采用高压锅炉产生蒸汽以推动汽轮机来发电, 为保证蒸汽对汽轮机无腐 蚀和结垢沉积,这种锅炉对水质要求非常高。因此,锅炉用水的水质要求根据锅炉的工作压 力和温度的不同而不同。但不论何种锅炉用水,它对水的硬度都有较严格的限制。其他凡能

导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象,使离子交换树脂中毒 的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去。 干熄焦系统的水处理部分, 主要包括两部分的内容: 为制备锅炉所需质量的补给水的 “除 盐水处理”和为了防止锅炉热力系统产生结垢、腐蚀和积盐等危害的“锅炉水质调整处理” 。 一般工艺是:初步净化水源,经过滤、除铁除锰、除盐、除氧、调节 pH 值和加药等工序后 供干熄焦锅炉使用。

第二节 干熄焦锅炉水、汽质量标准
不管锅炉蒸发量大小或蒸汽参数高低, 使用符合要求的水质, 则是锅炉能够安全、 经济、 可靠而稳定运行, 以及产出合格的蒸汽或热水的前提。 水质不良会导致锅炉损坏。 实践证明, 大多数锅炉的损坏与水质不良有关。显然,应熟悉锅炉用水,了解水质不良对锅炉的危害, 掌握水、汽质量标准,作好锅炉用水处理。并在运行中严格按标准要求监督水、汽质量,以 确保锅炉用水和蒸汽品质以及锅炉安全经济运行是极其重要的。

一、锅炉用水名称
由于锅炉水汽循环系统中水质有较大差别,因此对于不同水质,人们给予这些水以不 同的名称,现分述如下。 1.原水 也称生水。它是未经任何处理的天然水(如江河水、湖泊水、地下水和水库水等)或城市 自来水,作为锅炉补给水的水源。 2.锅炉补给水 原水经各种水处理后,其水质符合补给水水质要求,用来补充锅炉蒸发损失的水,称为 锅炉补给水。根据补给水处理工艺不同,补给水又有不同名称: (1)澄清水 去除了原水中悬浮杂质的水; (2)软化水 去除了原水中钙、镁离子的水; (3)凝结水 锅炉产生的蒸汽,用于汽轮机(透平机)作功以后,经冷却水冷凝成的水。 3.给水 送进锅炉的水称给水。 锅炉给水可以由汽轮机的凝结水、 补给水和各种热力设备的疏水 等组成,也可以单独用补给水。 4.锅炉水 指在锅炉本体的蒸发系统中流动着受热沸腾而产生蒸汽的水。 5.排污水 为了保持锅水在一定浓度范围内运行, 从而防止锅炉结垢和改善蒸汽品质。 需从锅炉中 排放掉一部分锅水, 以排走由给水带入的盐分和锅内的沉渣, 这部分排出的锅水称为排污水。 6.疏水 指各种蒸汽管道和各种热力设备中的蒸汽凝结水,称为疏水。 7.减温水 干熄焦锅炉喷淋减温器用水。 减温水用于调节过热器出口蒸汽在允许温度范围内, 以保 护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。

二、干熄焦锅炉的水、汽质量标准
(一)锅炉给水质量标准 锅炉给水的硬度、溶氧 铁、铜、钠和二氧化硅的含量,应符合表 5—2 的规定。

表 5—2 锅炉给水的硬度、溶氧 铁、铜、钠和二氧化硅的含量 炉 型 锅炉压力 MPa 3.8~5.8 5.9~12.6 12.7~15.6 15.7~18.3 5.9~18.3 硬度 μmol/L ≤3.0 ≤2.0 ≤2.0 ≈0 ≈0 ≤15 ≤7 ≤7 ≤7 ≤7 ≤50 ≤30 ≤20 ≤20 ≤10 溶氧 铁 铜 μg/L ≤10 ≤5 ≤5 ≤5 ≤5 — — — — ≤10 应保证蒸 汽中二氧化硅 符合标准 ≤20 钠 二氧化硅

汽包炉

直流炉

锅炉给水的 pH 值、联氨和油的含量,一般应符合表 5—3 的规定。 表 5—3 给水的 pH 值、联氨和油的含量 炉 型 锅炉压力 MPa 3.8~5.8 汽包炉 5.9~12.6 12.7—15.6 15.7~18.3 5.9~18.3 pH (25℃) 8.5—9.2 8.8~9.3 或 9.0~9.5 (加热器为钢管) 10~50 或 10~30 (挥发性处理) 联氨 μg/L 油 mg/L <1.0

≤0.3

直流炉

(二)锅炉补给水质量标准 补给水的质量以不影响锅炉给水质量为标准,一般可按表 5—4 控制。 表 5—4 锅炉补给水的水质标准 种 类 硬度 μmol/L ≈O ≈0 ≤5.0 ≤5.0 ≤5.0 二氧化硅 μg/L ≤100 ≤20 — — — 电导率(25℃) μS/cm ≤10 ≤0.3 — — — 碱 度 mmol/L — — O.8~1.2 0.3~0.5 —

一级化学除盐系统出水 一级化学除盐—混床系统出水 石灰、二级钠离子交换系统出水 氢—钠离子交换系统出水 二级钠离子交换系统出水

(三)锅炉水质量标准 (1)干熄焦系统一般采用有汽包的锅炉。用水采用磷酸盐处理时,其炉水磷酸根含量 和 pH 值,应按表 5—5 的规定控制。 表 5—5 汽包锅炉采用磷酸盐处理时,其锅水磷酸根含量和 pH 值 锅炉压力 MPa 3.8~5.8 5.9~12.6 12.7~15.6 15.7~18.3 单段蒸发 5~15 2~10 2~8 0.5~3 磷 酸 根 mg/L 分段蒸发 净段 5~12 2~10 2~8 盐段 ≤75 ≤50 ≤40 pH (25℃) 9~11 9~10.5 9~10 9~10

(2)炉水的含盐量和二氧化硅含量,应通过水汽品质试验确定。一般可参考表 5—6 的规定控制。 对于用除盐水作为补给水的锅炉, 炉水含盐量也可用电导率进行连续监控, 其控制范围 需经试验确定。 (3)有汽包的锅炉进行磷酸盐-pH 控制时,其炉水的 Na+和 PO43-的摩尔比值一般应维 持在 2.3~2.8。若炉水的 Na+与 PO43-的摩尔比低于 2.3,可加中和剂进行调节。 表 5—6 炉水的含盐量和二氧化硅含量 锅炉压力 MPa 5.9~12.6 12.7~15.6 15.7—18.3 ≤100 ≤50 ≤20 含盐量 mg/L ≤2.00 ≤0.45 ≤O.25 二氧化硅

(四)减温水质量标准 锅炉蒸汽采用混合减温时,其减温水质量,应保证减温后蒸汽中钠、二氧化硅和金属氧 化物的含量符合蒸汽质量标准。 (五)蒸汽质量标准 自然循环、强制循环汽包锅炉或直流锅炉的饱和蒸汽和过热蒸汽,其质量应符合表 5— 7 的规定。 表 5—7 蒸汽和过热蒸汽质量 炉 型 锅 炉 压 力 MPa 3.8~5.8 5.9~18.3 5.9~18.3 ≤10 ≤10 钠 磷酸盐处理 ≤15 ≤10 ≤20 μg/kg 挥发性处理 二氧化硅 μg/kg

汽包炉 直流炉

第三节 水净化除盐的主要工艺原理及工艺流程
一、概述
水净化处理工艺的主要任务是制备锅炉所需质量的补给水。 这个任务包括除去天然水中 的悬浮物和胶体态杂质的澄清、 过滤等的预处理; 利用离子交换技术或膜分离技术降低或去 除水中的成盐离子,以获得纯度更高的除盐水。 国内外的干熄焦系统用水的处理工艺一般为:离子交换工艺、膜分离(渗透)工艺或两 者相结合的工艺。主要根据原水水质和操作要求来选择哪种工艺。 除盐的方法主要有蒸馏法、离子交换法、膜分离法及膜分离-离子交换法等。 生产实践表明:离子交换法具有出水纯度高,操作技术较易掌握,供水水质安全可靠等 优点。一般认为:当原水含盐量小于500mg/L时,利用离子交换法来制取锅炉补给水是比较 经济可靠的。表5—8列举了常用除盐方法的适用范围。

二、预处理
天然水中含有大量的悬浮物和胶体类杂质, 如果不首先除去, 将影响离子交换工序的正 常运行。因为水中的悬浮物杂质将在管道中和水处理设备中沉积,引起堵塞和磨损;悬浮物 和胶体类杂质等还会沉积在离子交换剂表面。使交换容量下降或损坏离子交换树脂。 干熄焦系统用水首先要除去悬浮物和胶体类杂质, 以减少其对离子交换树脂的损害, 提 高树脂的使用寿命。所以在干熄焦水处理系统中,首先要进行机械化过滤器的过滤。

表5—8 不同除盐方法的适用范围及特点 方法 蒸 馏 离 子 交 换 膜 电渗析 利用离子交换膜 的选择透过性, 在直流电场的作 用下,由水中成 盐离子定向迁移 而得到的除盐水 分 离 反渗透 利用渗透膜对水分 子优先透过的原 理,以大于渗透压 的盐水压力,使盐 水中的水分子透过 半透膜,从而获得 除盐水的方法

原理

利用离子交换剂上的 利用水沸腾所产生的 可交换阳离子(H+)和 不含盐分的水蒸气, 阴 离 子 (OH-) 去 交 换 经冷却凝结后得到的 掉水中的杂质离子, 以 淡水 达到用水水质要求 一级复床: 电导率一般 小于 5μs/cm 最好为 O.5μs/cm 混床(强/强): 电 导 率 一 般 小 于 O.2μs/cm 最好为 0.05μs/cm (1)适用于处理含盐 量小于 500mg/L 的原 水 (2)出水纯度高 (3)供水水质安全可 靠 (4)操作技术较易掌 握 (5)需用大量化工原 材料, 易对环境造成污 染 (6)设备较多, 系统复 杂,投资较大

水质 纯度

电导率一般 1~10μs/cm 最好 O.5μs/cm

除盐率 50%~80%

除盐率 85%~95%

工艺 特点

(1) 适 用 于 水 源 水 质很差,锅炉补给水 量不大的场合 (2)成本较高,单位 体积出水量较多,但 运行较为复杂 (3)蒸发过程中,易 带 走 挥 发 性 杂质 ( 例 如氨),而在冷却过程 中又易于带入 C02, 所 以虽经多次蒸馏仍不 能满意地除去水中杂 质 (4)蒸发进行很慢

目前在锅炉补给水处理中,常置于预 处理和离子交换工艺之间进行高含盐 量(500mg/L 以上)的原水 “预脱盐” 处理

机械化过滤器一般是采用单流式机械过滤器, 它的进水和出水都只有一路。 单流式机械 过滤器的本体是一个圆柱体钢制容器, 有的还有进压缩空气的装置。 器外设置各种必要的管 道和阀门, 器内装备有使水沿过滤器的截面均匀分配的进水装置和使水汇集或反洗的排水系 统。过滤器是上层装有滤料(例如:无烟煤)下层装有石英砂或瓷球的容器。正常工作时上 层进水, 下层出水。 当初次使用或使用过程中压降升高到一定程度后要进行反洗和正洗操作, 以清除滤料中的杂质,使正常运行时出水悬浮物低于2mg/L。

三、离子交换除盐工艺
当含有各种离子的原水通过 H 型阳离子交换树脂时, 水中的阳离子被树脂吸附。 树脂上 + 的可交换 H 被交换到水中,与水中的阴离子组成相应的无机酸。 2+ + Ca +2RH—→R2Ca+2H 2+ + Mg +2RH—→R2Mg+2H + + Na +RH—→RNa+H 将含有无机酸的水再通过 OH 型阴离子交换树脂时,水中的阴离子被树脂吸附,树脂上 + 的可交换 OH 被交换到水中,并与水中的 H 生成水,其反应如下: H2S04+2ROH—→RHS04+H20

HCL+ROH—→RCL+H20 H2C03+ROH—→RHC03+H20 H2Si03+ROH—→RHSi03+H20 这样,原水在经离子交换除盐工艺处理后,即可将水中的成盐阳、阴离子去除,从而获 得了除盐水。除盐水可以满足中、高压锅炉对补给水质的需求,这种离子交换除盐工艺也有 称作化学除盐工艺。 根据离子交换除盐工艺流程的不同,常用离子交换除盐工艺可分为:复床式除盐工艺; 混床式除盐工艺;复床—混床式除盐工艺和膜分离—离子交换除盐工艺等。 (一)复床式除盐工艺 复床式除盐工艺是离子交换除盐工艺中最常用的一种。H型阳离子交换树脂和OH型阴离 子交换树脂分别装在两个交换床的形式,称为复床式。原水一次相继通过H型阳离子交换床 (简称“阳床”),和OH型阴离子交换床(简称“阴床”)来进行除盐的形式称为一级复床式除 盐,工艺流程如下: 原水——→阳床——→除碳器——→阴床——→供出 复床式除盐工艺系统投资少,运行简单,适用于进水含盐量较低、强酸阴离子总量小于 1.5mmoL/L、 碱度小于0.6mmoL/L的原水处理。 中压锅炉的给水处理多采用一级复床式除盐 工艺。 (二)混床式除盐工艺 混床式除盐工艺如下所示: 原水——→混床——→供出 当混床失效后,可利用离子交换树脂的密度差,通过反洗的方法使其分层,然后分别进 行再生。与复床式除盐工艺相比,混床式除盐工艺有出水水质好、运行稳定和交换终点明显 等优点。混床式除盐工艺通常用于原水含盐量较低(例如小于200mg/L),碱度较低,阳离子 量较小,对出水纯度要求较高的场合。但混床式除盐工艺离子交换树脂交换容量低,经济性 较差,再生时操作复杂。所以一般不单独用于锅炉给水处理。 (三)复床—混床式除盐工艺 当要求处理水的纯度较高或原水水质较差时, 通常采用复床—混床式除盐工艺。 高压及 高压以上锅炉常采用复床—混床工艺系统来制取纯度很高的补给水,工艺流程如下: 原水——→阳床——→除碳器——→阴床——→混床——→供出 一般讲,经复床一混床除盐工艺处理后的出水,其H2Si03 小于20μS/L,电导率小于 0.2μS/cm,可以满足高压锅炉对补给水水质的要求。适用于处理进水含盐量较高(例如大 于500mg/L),总阳离子量较高(例如大于4mmol/L)的水质处理。

四、膜分离—离子交换工艺
膜分离—离子交换除盐工艺流程如下: 原水——→膜分离装置——→除盐装置——→供出 膜技术是近30年发展起来的一种高新技术,在能源、电子、石化和环保等各个领域发挥 着重要作用。膜技术是当今水处理研究中最活跃的领域,其应用比较广泛。其中包括海水淡 化、苦咸水淡化、废水处理和给水处理,用膜法可制取矿泉水、纯净水和优质饮用水等。膜 分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法总称。 溶剂透过的过程 称为渗透,溶质透过膜的过程称为渗析。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透和膜滤(微滤、 纳滤、超滤),其次还有自然渗析和液膜技术。从材料上分,膜主要分为有机膜和无机膜。 用于水处理的膜分离法有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)和电渗析(ED)等。 下面简单介绍用于水处理的几种典型膜法特点和作用。 1.电渗析 电渗析(ED)是以直流电为推动力, 并利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子选择透过 性而使溶液中溶质与水分离的一种物化过程。 1952年美国Ionics公司研制成功世界上第一台 电渗析器,并用于苦咸水淡化制取生活饮用水。70年代“频繁倒极电渗析技术”(EDR)开发 成功,使电渗析装置运行更加方便和稳定。1965年我国第一台电渗析装置研制成功。1967 年开始工业生产异相离子交换膜, 现已在海水、 苦咸水淡化制取生活饮用水和工业生产纯水、 超纯水等领域得到广泛应用。

2.反渗透 反渗透(RO)是以压力为推动力, 并利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过 性而从水体中提取纯水的物质分离过程。 可见, 实现反渗透过程的必要条件一是须有高选择 性和高透水性的半透膜, 二是操作压力必须高于溶液渗透压。 1960年Loeb等人制得了世界上 第一张高脱盐率和高通量的不对称型醋酸纤维素(CA)反渗透膜。 后来国外相继开发成功芳族 聚酰胺(PA)中空纤维膜、 聚酰胺复合膜及卷式膜件。 1965年我国开始研发反渗透膜技术, 1982 年我国开发成功国内第一个CA卷式膜元件。1991年我国用国产CTA中空纤维反渗透膜组件成 功生产食用纯净水。在我国,反渗透膜主要用于海水和苦咸水淡化、锅炉补给水处理、饮用 水制备和废水处理。我国将反渗透膜技术用于制备饮用水,特别是纯净水生产。净水器制造 业发展很快,目前全国纯净水生产厂约二、三千家,这对提高饮用水质、减少供水系统二次 污染和节水都有积极意义。 3.超滤 超滤(UF)是以压力为推动力,并利用超滤膜的不同孔径将液体进行分离的物理筛分方 法。1965年美国Amicon公司在世界上首先开发成功中空纤维式超滤器,并投放市场。近些年 来,日本盛行的超微滤技术所用膜孔径约为0.07~0.08μm,膜通量远大于传统超滤膜,现 已成为世界超滤膜的主流。70年代初我国开始研究超滤技术,先后开发成功CA管式膜组件、 聚砜(PS)中空纤维膜组件和聚丙烯腈(PAN)中空纤维膜组件,并得到较为广泛的应用,其中 PAN中空纤维膜组件在水处理中应用较多。国产超滤膜组件在饮用水除菌和降浊方面得到大 量应用,尤其是由大孔和不易堵塞的长寿命超滤膜制作的净水器颇受用户欢迎。 4.微滤 微滤(MF)是一种精密过滤技术, 膜孔径一般为0.1~1.5μm, 介于常规过程与超滤之间。 1952年德国Sartorius公司首先生产经营CN微孔滤膜,随后美国、英国、日本和原苏联都相 继建立、形成了各自的微滤工业,其应用范围相当广泛。MF膜为低压膜滤,进料压力小于 0.2MPa,一般采用0.2μm额定孔径中空纤维膜处理地下水和地表水,以除去水中颗粒物、浊 度和原生动物等。1994年世界上第一座处理地面水的大型微滤水厂在美国加州SanJose建成 投产,将原水浊度由250NTU降低到0.03NTU。 20世纪70年代初我国开始研究微滤膜。 先后开发成功混纤维片以及聚砜、 尼龙和聚偏氟 乙烯等膜片,特别是生产出标准折叠式滤芯,并得到广泛应用。 5. 纳滤 纳滤(NF)介于反渗透和超滤之间, 是近10年来发展相当快的一种膜技术。 纳滤开发于20 世纪70年代,早期纳滤膜称为软化膜。目前国际上纳滤膜大多采用聚酰胺复合膜,操作压力 2+ 2+ 仅为0.5MPa,对Ca 、Mg 等二价离子具有很高的去除率。 总之,电渗析、反渗透、超滤、微滤和纳滤等膜分离法可用于水处理,其中电渗析能有 效地除去水中离子成分, 主要用于海水和苦咸水的脱盐淡化和工业水软化。 微滤可分离水中 直径为0.03~15μm的组分,主要用于去除水中细菌、悬浮物、浊度等。超滤可分离水中直 径为0.005~lOμm、 相对分子质量大于500的大分子化合物和胶体, 能有效去除水中悬浮物、 胶体、病毒、细菌和部分有机物。由于超滤膜使用压力低(0.1~0.6MPa),产水量大(2.4~ 3 2 12m /m ·d),易于操作,故在水处理中应用广泛。不过,微滤和超滤因其孔径较大,所以 对相对分子质量较低(300~400以下)的有机物去除率很低。 天然水体中有相当一部分有机物 是低分子量的可溶性有机物,若用超滤法处理则有机物去除率低,因此,往往将超滤作为水 处理系统中后处理单元,这已得到较多应用。此外,反渗透能分离相对分子质量在500以下 的溶质分子, 因此对水中有机物和无机盐都有很高的去除率, 这是水和废水深度净化处理中 的一种有效分离技术,并得到广泛应用,其中包括用反渗透装置制造纯净水。不过,反渗透 3 2 膜使用压力较高(1~10MPa),产水量较低(0.4~1.8m /m ·d),水回收率只有75%~80%, 因此运行费较高。 纳滤膜是20世纪80年代初继典型反渗透复合膜问世之后开发成功的, 早期 常被称为松散反渗透膜(Loose RO)。它是一种能有效去除相对分子质量在200以上、分子大 小约为1nm的可溶性组分。反渗透膜和纳滤膜因其表皮层孔径很小,所以理论上它们对水中 有机物去除率很高,但它们都要求对进水进行严格预处理,否则膜会受到污染或损坏,由此 也限制了它们在水处理中的广泛应用。 二者相比, 纳滤对水预处理要求程度比反渗透膜低些, 因此从去除有机物并脱盐角度看,纳滤更具实用价值。在实际应用中,也可将微滤或超滤作 为钠滤的预处理单元,不过大多用传统水处理工艺作为预处理。表5—9 列出了国外用于去

除污染物的处理工艺。 表5—9 国外应用的处理工艺 污染物 悬浮物 悬浮物 溶解性有机物 溶解性有机物 溶解性离子 溶解性离子 溶解性离子 微有机体 微有机体 微有机体 处理工艺 MF(微滤) UF(超滤) UF(超滤) AC(活性炭) RO(反渗透) ED(电渗析) DR(离子交换树脂) MF(微滤) UF(超滤) UV(紫外光) 有效性及限制条件 粒径>0.1μm 颗粒物 粒径<0.1μm 颗粒物 相对分子质量>10000 相对分子质量<10000 去除率 90%~98% 去除率 80%~90% 去除率>99% 尺寸>2.Oμm 尺寸<2.0μm 抑制繁殖但不能去除 投资 中 中 中 低 高 高 中 中 中 低 运行费 低 低 低 中 低 低 高 低 低 低

制造膜的材料主要有有机聚合物、陶瓷及其他材料。诸如醋酸纤维素、聚砜、聚丙烯腈 和聚酰胺等有机聚合物是制作膜的常用有机合成材料。 其中用醋酸纤维素制造的膜被称为第 一代有机合成膜,聚砜等为第二代膜,陶瓷膜为代表的无机膜为第三代膜。膜组件主要有平 板式、管式、卷式和中空纤维,其中管式和中空纤维最适用于净水处理过程。膜分离净水厂 大多使用中空纤维有机膜,少数的使用无机膜。 膜分离技术的主要优点有: 1.水质优良且稳定。用膜分离法可有效去除水中臭、味、色度、消毒副产物母体及其 他有机物和微生物,可使滤后出水优于其他水处理法。 2.用药少,基本上不加化学药剂,从而避免因加药产生的毒性问题。 3.占地面积小。 4.操作管理方便,容易实现自动化。 5.运行费和管理费较低。 膜技术已被国内外列入“21世纪水计划”,其中首选是纳滤技术。

五、离子交换除盐工艺所用的主要化学品
(一)离子交换树脂 1.离子交换树脂的性能:离子交换树脂的性能包括物理性能和化学性能两种。其主要 性能叙述如下: (1)外观 有透明和不透明两种。凝胶型树脂的外形多为球状。树脂的颜色因合成原 料中杂质含量及制造工艺不同,而略有差别;但与其性能关系不大。树脂在使用中,再生态 与饱和态的颜色也有不同。树脂被铁和有机物污染后,颜色会加深。 (2)粒径 树脂粒径的大小,对交换容量、交换速度、阻力和水流分布等均有影响。 一般树脂粒径越小,其交换速度越快,交换容量越高,但其树脂层的阻力也越大。树脂的粒 径还与反洗强度和树脂分层等有关。一般水处理树脂粒径为0.3~1.2mm。 (3)密度 常用树脂密度有两项:树脂的湿真密度与湿视密度。 湿真密度: 树脂的湿真密度是指树脂在水中充分膨胀后的质量与其占有体积(不包括树 脂间的空隙)之比。树脂的湿真密度对反洗强度的大小及混床再生前的分层好坏影响很大, 此值一般为1.04~1.30,通常阳树脂比阴树脂的湿真密度大。 湿视密度: 树脂的湿视密度是指树脂在水中充分膨胀后的堆积密度。 一般为0.60-0.85, 在实际使用中,常用此值来计算一定体积树脂层所需装填湿树脂的质量。 (4)含水率 树脂的含水率是树脂在潮湿空气中所保持的水量,它可以反映交联度和 网眼中的孔隙率。树脂的含水率一般在40%~60%,含水率越大,则表示它的孔隙率越大,交 联度越小。 (5)交换容量 交换容量有全交换和工作交换容量两项,其中全交换容量是指离子交 换树脂中可交换离子的总量, 以单位干树脂质量所表示的交换容量称为质量全交换容量, 以 mol/g(干)表示之;以单位树脂体积表示的交换容量称为体积全交换容量,以moL/L表示。

工作交换容量是指交换树脂在运行工艺中, 实际起到交换作用的可交换离子总量, 以mol /L树脂表示。工作交换容量与实际运行条件有很大关系。例如原水含盐量及组成,树脂层 高度,运行水流速,水温,再生方式,再生剂品种及再生状况等均会影响树脂的实际工作交 换容量。 (6) 耐热性 指树脂的耐热程度和允许最高使用温度。 因为超过允许最高使用温度后, 树脂会发生热分解,使工作性能受到影响。 2.离子交换树脂的存贮 (1)离子交换树脂应在出厂型态下保存,即阳离子交换树脂为钠型;阴离子交换树脂 为氯型。 (2)离子交换树脂在存贮与运输过程中应保持水分,防止脱水。脱水后的干树脂不应 直接浸在水中,而应在浓度大于10%的食盐溶液中,使其缓慢并且充分膨胀后,方可逐渐用 水释释。 (3) 离子交换树脂存贮和运输过程中的最高温度不得高于40℃, 最低温度不得低于0℃, 以免造成树脂中水分结冰胀裂树脂。 (4)如果必须在低于0℃,且又无保温措施的条件下存贮离子交换树脂,则可以通过调 节浸泡树脂的食盐水溶液浓度,来降低溶液的冰点防止结冰。 (二)再生剂 在进行离子交换处理过程中,当交换床出水中残留的被交换离子超过水质标准的规定 时,就认为交换床已失去继续交换水中离子的能力,需要对交换床进行再生工作。所谓“再 生”(又称“复苏”)是指将一定浓度的化学药剂溶液,通过“失效”的离子交换树脂,利用 药剂溶液中的可交换离子将树脂上所吸附的离子交换下来, 使树脂重新具有交换水中离子的 能力。这个操作过程称为“再生”。再生使用的化学药剂称为“再生剂”。 在再生剂的选用上主要考虑再生剂品种与纯度。 1.再生剂品种:目前在离子交换工艺中常使用的再生剂见表5—10。在选用再生剂品种 时,应注意如下几点: (1) 选择再生效果好的再生剂 对于阳床的再生, 再生剂主要有两种: 一是盐酸(HCl), 一是硫酸(H2S04)。从再生效果上讲,盐酸优于硫酸。试验表明:当阳床运行流速均采用10m /h和再生剂用量均为4倍理论再生剂量的条件下, 用盐酸再生, 其离子交换树脂的工作交换 容量比用硫酸再生的,可提高40%~50%% 。所以在各方面条件相近的情况下,通常选用盐 酸做再生剂。 表5—10 离子交换工艺常用再生剂 床 交换工艺 离于交换除盐 阳床 HCl 或 H2S04 阴床 NaOH 型 混床 阳树脂:HCI 或 H2S04 阴树脂:NaOH

201X7强碱阴离子交换树脂所用再生剂必须选用氢氧化钠,这是该树脂在除硅方面的特 殊需要决定的。 (2)化学性能稳定,不应引起离子交换树脂分解和氧化等作用 在再生阳床时,不能 选用硝酸(HN03),因为硝酸是强氧化剂,对离子交换树脂有分解作用。 (3)操作方面,避免采用能与离子交换树脂所吸附的杂质产生不溶性沉淀的再生剂。 在离子交换工艺中,常采用盐酸做再生剂,而较少采用硫酸做再生剂的又一个原因是:硫酸 是多元酸,会产生二级电离,而它的二级电离度小,酸的利用低;同时采用硫酸再生时,应 正确掌握再生工艺条件。因为当操作一旦不慎硫酸会产生“结钙”情况,即在离子交换树脂 中产生硫酸钙(CaS04)沉淀物。由于硫酸钙是一种难溶物,会附着在树脂颗粒的表面及内部 网格,较难洗出,因而引起树脂交换能力的降低。 (4)选用价格便宜,易购及贮存简便的再生剂 尽管盐酸(HCl)的再生效果优于硫酸, 但盐酸价格较高,而且浓度低,对设备和管道有较强的腐蚀作用,对贮存设备的防腐条件要 求较高;而硫酸由于其浓度高(几乎为盐酸的三倍),且价格较便宜,使用较为经济;而且浓 硫酸贮存较简单。

所以在实际使用中,应根据上述情况做技术经济比较。如硫酸可当地生产,而盐酸需从 远地运来,则此时采用硫酸就较为有利。在再生操作中,只要妥善掌握硫酸的再生工艺条件 (浓度和流速)也可以取得满意的效果。 2.再生剂纯度 再生剂中杂质对阳离子交换树脂影响不显著。 而氢氧化钠中的杂质, 特别是其中的氯离 子(C1-)对强碱阴树脂影响较大。这是因为氯离子对强碱阴树脂有较大的亲合力(比OH 强 15~20倍)。如果用含氯化钠较多的氢氧化钠来再生强碱阴树脂,则由于树脂较易吸附氯离 子和氯离子不易洗脱完全。 这样将降低树脂的工作交换容量, 缩短再生周期, 增加再生次数, 提高成本;同时这些杂质附着在树脂表面,正洗时又不易清洗干净,而在运行时又会因为被 缓慢地洗脱下来,并带入水中,从而影响水质。 试验表明:采用含1%~2%不纯物(NaCl)的氢氧化钠进行再生,树脂交换容量会降低15% 以上。所以尽可能使用苛化法生产的液体NaOH(含NaCl 约1%~2%)而不用隔膜法生产的液 体NaOH(含NaCl约 3%~4%)。

六、水质化验的主要项目及含义
(一)电导率 由于水中含有各种离子, 而离子能够导电, 所以水的导电能力的大小就称为水的电导率。 电导率反映了水中含盐量的多少,是水“纯度”的一个重要指标。水的含盐量越高,水的电 导率也越大,水的纯度也越低;反之,水的纯度越高,含盐量越低,电导率也越小。电导率 的单位是S/m,但在实际使用中,由于水的电导率很小,所以常用μS/cm为单位。 (二)酸度 酸度是指水中能与强碱(例如NaOH)相作用的物质含量,即能与氢氧根离子OH 相化合的 物质的含量。归纳起来,酸度物质可包括如下三类: + 1.在稀溶液中能全部电离为H 的强酸,如HCl和H2S04等; 2.弱酸,如碳酸H2C03,硅酸H2Si03,磷酸H3P04等; + 3.强酸弱碱盐,如铵、铁、铝等离子与强酸组成的盐,这些盐在水中水解而生成H 。 酸度的测定是用一定浓度的强碱,例0.1mol/L的NaOH溶液与水样进行滴定而求得。 测定时:如用甲基橙做指示剂,所测得的酸度,包括第1和第3两类酸度,一般称强酸酸 度(或无机酸酸度),也称甲基橙酸度。用NaOH溶液滴定时,由于第2类物质中和后所生成的 盐(如碳酸钠Na2C03;硅酸钠Na2Si03等)在水中发生水解,而使溶液呈弱碱性(pH>7)。因此滴 定时一般采用酚酞做指示剂。当酚酞从无色变为红色时,即表示到达滴定终点。此时测得的 酸度称总酸度。 + 酸度在除盐工艺过程中,可用来表示经阳床交换后,水中H 和游离碳酸的含量。 (三)硬度 2+ 2+ 水的硬度是指水中金属阳离子(对于天然水而言,主要是Ca 和Mg )的总含量。 (四)pH值 + pH值是衡量水溶液的 “酸碱性” 一般指水中H 或OH 浓度, 。 为简便计可以用pH值来表示。 当pH=7时,水溶液为中性;pH<7时为酸性;pH>7时,为碱性。 天然水的pH值与水中碳酸化合物的含量有关。多数天然水的pH值为6.8~8.5。 (五)二氧化碳 天然水中游离C02含量很少。但是在水除盐过程中,原水经氢离子交换后,钙、镁、钠 等离子被H+所置换,水中的碳酸盐或重碳酸盐在交换后,则形成大量的游离C02: 2RH+Ca(HC03)2—→R2Ca+2H2C03 2RH+Mg(HC03)2—→R2Mg+2H2C03 RH +NaHC03—→RNa+H2C03 由于在一定温度下,水中碳酸化合物的比例与水的pH有关。当pH<4.5时,水中的碳酸几 乎全部以游离C02的形式存在。大量的游离C02存在于水中有下述害处: 1.对锅炉给水系统等造成腐蚀。 2.增加碱耗。由于强碱阴离子交换树脂对水中阴离子的吸收顺序,C02会参与阴床的离 子交换,影响阴床对HSiO3 的吸附,增加碱耗。所以当原水中二氧化碳含量超过50mg/L时, 一般应考虑设置除碳器以除去水中的游离C02。 (六)二氧化硅

天然水中二氧化硅的存在形式比较复杂。 当pH不很高时, 溶于水中的二氧化硅主要以分 子态的形式存在;当pH>7时,水中可同时含有H2Si03和HSiO3 ;当pH>11时,水中则同时含有 2HSiO3-和SiO3 。

七、离子交换工艺的运行管理
(一)运行前应准备的工作 1.离子交换工艺主要设备(交换床,除碳器)及附属设备(中间水箱,除盐水箱等)应安 装完好,牢固,垂直,水平误差应符合设计图纸要求。 2.离子交换工艺所有管道系统(制水系统、供水系统及再生系统等)应安装水平,牢固。 支架、吊架符合要求,焊缝、法兰连接部分无渗漏。 3.设备及管道上的所有阀门应转动灵活,无卡涩情况,阀体完好。 4.离子交换工艺所有转动设备的电机接线及绝缘合格,并经分部试运合格。 5.离子交换工艺所有仪表(压力表,流量表,终点计等)应根据工艺要求及制造厂家的 技术条件安装完毕,并检验正确,随时可投入运行。 6.离子交换工艺所属交换床、管道和阀门等承压设备,应进行水压试验并严密不漏。 7.离子交换工艺所属除碳器、水箱和贮槽等应进行灌水或通水试验并严密不漏。 8.离子交换工艺入床水水质及所需化学品应符合要求。 (1)入床水:入床水清洁,无机械杂质和悬浮物(浊度小于2mg/L),对于不能满足其要 求的,应检查机械化过滤器是否正常。 (2)离子交换树脂应符合要求,并应在使用前进行“预处理”。 阳离子树脂—→饱和食盐水浸泡18~24h—→清洗至排水不呈黄色—→2%~4%NaOH浸泡 4~8h—→清洗至中性—→5%HCl浸泡4~8h—→清洗至中性—→备用。 阴离子树脂—→饱和食盐水浸泡18~24h—→清洗至排水不呈黄色—→5%HCl浸泡4~8h —→清洗至中性—→2%~4%NaOH浸泡4~8h—→清洗至中性—→备用。 (3)水处理用化学品的纯度、浓度、成分符合要求。 (二)交换床的运行 交换床的运行通常分为四个步骤:反洗(小反洗或大反洗),再生,正洗和制水运行。交 换床的这四个步骤组成一个运行周期(见表5—11)。 表5—11 交换床运行步骤 床 型 反洗 小反洗 (或大反洗) 大反洗 运 行 步 骤 正洗 正洗 正洗 制水 制水 制水

顺流再生固定床 逆流床 浮床

再生 再生 再生

对流 再生床

1.反洗 反洗有三个目的: (1)松动树脂层 在交换过程中,由于带有一定压力的水流通过树脂层,使树脂层被压 得很紧。为了使再生液在树脂层中分布均匀,使树脂得到充分再生。在再生前对交换床进行 反洗工作,使树脂层充分松动。 (2)清除树脂层中的悬浮物 由于在交换过程中,树脂层上部还起着过滤作用,水中的 悬浮物被截留在树脂层中。 这不仅会使水通过树脂层时的水头损失增加, 还可能使这部分树 脂“结块”,从而使其交换容量不能充分发挥。 (3)清除碎树脂 运行中产生的碎树脂对交换床也不利。因为碎树脂过多,水通过树脂 层的压力损失就大。同时碎树脂还会堵塞正常树脂颗粒的间隙,使水流不均和阻力增大。 反洗可根据具体情况进行。对顺流式固定床而言,阳床每次再生都应进行反洗。而对阴 床,由于入床水浊度较小,悬浮物在交换床中积累并不很快,而且树脂层也不是一下压得很 紧,因而不一定每次再生都反洗;对于对流再生床而言,由于大反洗会打乱整个树脂层,影

响单耗和出水质量。一般都是视运行情况,隔15~20个周期大反洗一次。反洗时,要求反洗 水应澄清,其中不应含有污染离子交换树脂的杂质。反洗强度各类型树脂有所不同,一般可 2 h)掌握。 应控制在既能洗去淤积在树脂层中的悬浮物和碎树脂, 又不致 “跑树脂” 。 按3L/(m · 反洗应一直进行到出水清晰时为止,时间约15~20min。 2.再生 再生工作是离子交换床的重要操作之一。 这是由于再生的进行程度, 不但对以后制水运 行时,树脂的工作交换容量、交换床出水水质有着直接的影响。而且再生工作的好坏也直接 关系到制水经济性。再生工作好,消耗低;再生不好,消耗高,制水经济性也不好。 (1)再生方式 如前所述,采用顺流再生时,再生液是自上而下地通过树脂层,其流 向与运行时水的流向相同。 由于再生液在流动过程中, 首先接触的是上部完全失效的树脂层, 所以这一部分可得到较好的再生。当再生液继续向下流,与交换床底部树脂接触时,再生液 中已有相当数量的“反离子”,这就严重地影响了离子交换树脂的再生。所以顺流再生存在 再生剂利用率不高,树脂工作交换容量偏低,出水水质差的问题;采用对流式再生,由于再 生液首先接触失效程度最低的“保护层”,最后接触失效程度高的“工作层”树脂,随着再 生液的流动,再生液中“反离子”浓度逐渐增加,但树脂的失效程度也在逐渐升高。这样就 保证了再生反应一直进行下去。另外,再生液首先接触“保护层”树脂,使原来保护层中没 有失效的树脂仍然保存下来, 所以对流再生可以用较少的再生剂量取得较高的再生程度。 即 再生剂的利用率比顺流再生高,出水质量也好。 (2)再生液浓度 当再生剂用量一定时,再生液浓度越大(一定范围内),则再生后树 脂的再生度也越高。 但过高的再生液浓度会使再生液体积小, 不易均匀接触树脂和维持足够 的接触时间。同时再生液浓度过高,也会使树脂的双电层受到压缩,从而抑制了扩散层中可 + 交换H 的浓度,而影响了树脂的工作交换容量。再生液浓度与所用床型有关。顺流床和混床 的再生液浓度较高,而对流床和双层床再生液的浓度则较低(见表5—12)。 表5—12 建议使用的再生液浓度 001X7 树脂 再生方式 阳床 再生剂品种 顺流 逆流 浮床 HCl 5~10 3~5 3~5 树脂 NaOH 3~4 1.5~3 2~3 001 X7 HCI 2~3 1~3 0.2~0.5 5 — — 201X7 NaOH 4 — — 201X7 混 床

再生液浓 度%

(3)再生液流出时间 HCl的流出时间不应少于30min,NaOH的流出时间不应少于90min。 (4)再生液温度 提高再生液温度,有利于提高树脂的再生度。这是因为提高再生温 度, 能同时加快水中离子在内扩散和膜扩散的速度, 有利于再生交换。 一般再生液湿度在35~ 40℃之间。温度过高,易使树脂的交换基团分解,促使交换树脂变质和影响其交换容量。 3.正洗 正洗是指交换床再生后, 使用清洗水按再生剂通过树脂层方向所进行的清洗。 正洗的目 的就是为了清洗掉残留在树脂层中的废再生液和再生产物。 正洗时应注意如下几点: (1) 正洗流速要适当, 一般控制正洗流速10~15m/h, 正洗时间不宜过长(20~30min), 以免影响床子的周期制水量。 (2)正洗水质要清澄,不能污染树脂。在实际生产中一般都采用人床水做正洗水。 (3)正洗时要经常检查正洗水中有无正常颗粒的树脂。避免由于反洗操作不当或下部 排水装置损坏,造成运行时跑树脂。 (4)为了减少交换床的自用水量,可将正洗后期比较洁净的正洗水收入反洗水箱,留 做交换床反洗时使用。 4.制水运行

正洗合格的交换床后即可根据供水需求投入运行制水。 投入制水运行的交换床, 其运行 流速一定要适当,不宜过大或过小。运行流速过快,制水过程的离子交换扩散来不及进行, 不能保证出水质量;运行流速过慢,树脂颗粒表面膜会因为液流的紊流作用而加厚。离子交 换的膜扩散减慢, 反应产物不能及时排走而影响离子交换反应的继续进行, 从而影响出水质 量。

第四节 锅炉给水调整处理工艺
一、概述
锅炉给水的调节处理包括给水的pH调节处理、给水除氧处理和加阻垢剂三个方面。 (一)锅炉给水的pH调节处理 锅炉给水通常由除盐水补给。在正常运行的情况下,这些水质都比较纯净,因而缓冲性 能很低,少量残留的杂质如CO2会使给水的pH值降低而产生酸性腐蚀。因此,为了提高pH值 减缓CO2腐蚀,给水pH调节处理要达到三个目的: 1.为了防止除盐水系统的腐蚀,必须提高除盐水的pH值,将除盐水系统的C02中和掉。 2. 为了防止给水系统中设备的腐蚀, 必须提高给水的pH值, 将给水系统中的C02中和掉。 3.由于给水中的碳酸盐会在锅炉中发生分解反应,而有游离C02进入蒸汽中。为了提高 冷凝水的pH值,以防止蒸汽冷凝部分和冷凝水系统中的金属腐蚀,必须将这些C02中和掉。 通过向补给水中加入氨水(或铵盐), 由于氨溶于水后呈碱性, 所以可以用氨水的碱性来中和 碳酸的酸性: NH3+H20→NH40H NH40H +H2C03→NH4HC03+H20 NH40H + NH4HC03→(NH4)2C03+ H20 用氨水将游离C02中和至NH4HC03时,水的pH值约为7.9;将游离C02中和至(NH4)2C03时, 则水的pH值约为9.5。因此控制给水pH为8.5~9.5时,就可以较好地减缓给水中游离C02的腐 蚀了。 由于氨是一种挥发性物质, 所以不论在给水系统的哪一个部位加药都可以使整个锅炉热 力系统中有氨。 加药部位依补给水处理方式和采用药品的不同而有不同。 如采用除盐水做补 给水时,缓冲能力低,pH值低。为了防止补给水系统的C02腐蚀,可将氨加在除盐水中。 (二)锅炉给水的除氧处理 如果锅炉供水中的氧含量不符合要求,长期运行对干熄焦锅炉系统的危害性很大。并 且短期内不容易察觉, 等开始出现爆管时已经为时晚了, 往往造成整个锅炉系统的提前报废, 带来很大的经济损失。为了防止给水系统中溶解氧对金属材料,特别是铁的腐蚀,通常需要 对给水进行除氧处理。铁受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀。铁和氧形成两个电极,组 成腐蚀电池,氧起到阴极去极化作用。所以这个腐蚀又称氧去极化腐蚀,简称氧腐蚀。当铁 受到水中溶解氧腐蚀时,常常在其表面形成了许多小型鼓包。小包直径1~30mm不等,这种 腐蚀特征称为溃疡腐蚀。鼓包表面的颜色由黄褐色到砖红色不等,次层是黑色粉末状物,这 些都是腐蚀产物。当这些腐蚀产物清除后,便会出现因腐蚀而造成的陷坑。 在锅炉水系统中,最容易发生氧腐蚀的部位为给水系统和省煤器。此外,补给水管道、 疏水贮存设备和输送管道等都会发生严重的氧腐蚀。常用的除氧方法有热力法和化学法两 种。 小型锅炉通常以化学法除氧为主; 大型锅炉通常用热力法做为给水除氧的主要手段。 中、 因为这种方法所需要的给水加热过程, 本来就是锅炉热力系统所必需的过程, 同时不需要加 药,也就不会带来污染水汽质量的问题。而化学除氧用作给水热力除氧的辅助手段,用以消 除经热力除氧后残留在给水中的溶解氧。 1.热力除氧 从气体溶解定律可知:任何气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正 比。因此将要除氧的水加热到沸点时,气水界面上的水蒸气压力与外界大气压力相同,其他 气体分压力均为零, 此时各种气体(包括氧气)均不能溶于水中。 这就是热力除氧法所依据的 原理。热力除氧不仅能除去水中的溶解氧和其他各种溶解气体(包括游离C02),还会使水中 重碳酸盐发生分解:

2HCO3→C02↑+C0 2-+H20 重碳酸盐的分解量与温度有关:温度越高,沸腾时间越长,重碳酸盐的分解率越高,则 出水的pH值也就越高。 2.化学除氧 化学除氧是指向给水加入化学药剂, 将除氧器运行不良而残留在给水中的溶解氧或因给 水泵密封不严而漏到给水中的溶解氧化合掉。 这种通过投加化学药剂除去给水中残留溶解氧 的方法叫化学除氧法。 所投加的药剂称为除氧剂。 锅炉给水处理常用的除氧剂为亚硫酸钠和 联氨。 (三)阻垢剂 为防止水垢的生成,大体上有三个途径:第一控制结晶核成长为临界核;第二控制结晶 核继续增加;第三分散晶体。 试验表明:晶核只能产生在过饱和溶液中。因此用添加药剂等方法,可使溶液维持在不 饱和状态,溶液中就不会生成晶核,因而也就防止了水垢的生成。锅炉炉水调整处理就是根 据这个原理, 通过加入药剂控制微溶电解质溶液中离子浓度的方法来达到防止锅炉结垢的目 的。 这种为防止结垢而使用的药品称为阻垢剂。 锅炉炉水调整处理使用的阻垢剂可分为无机 类阻垢剂和有机类阻垢剂两大类。

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二、锅炉水质调整处理工艺使用怕主要化学品
(一)氨 因为氨具有不产生热分解和易挥发的特性,所以可用于对给水进行“氨化”处理,以提 高pH值。使用氨减缓二氧化碳腐蚀的方法,应用比较广泛。 (二)除氧剂 除氧剂就是利用化学品的还原性,还原溶于水中的氧气,减缓或消除氧腐蚀。 除氧剂应具备下述条件: 1.对氧有较强的还原作用。 2.除氧剂与氧反应的生成物或除氧剂受热分解的生成物对水质没有不良影响。 3.对操作人员健康影响小,毒性小。 4.便于运行控制。 常用的除氧剂: 1.亚硫酸钠 亚硫酸钠是一种白色或无色结晶,易溶于水。它是一种还原剂,可以与水中溶解氧作用 生成硫酸钠。反应式如下: 2Na2S03+02===2Na2S04 分解生成物是硫化钠、二氧化硫等,对锅炉本体、凝汽器、热交换器铜管和凝结水管道 都有腐蚀作用。所以亚硫酸钠只能用于低、中压锅炉的给水除氧,高压锅炉中则不能应用。 2.联氨 联氨在碱性介质中是一种强还原剂,可以将水中溶解氧还原: N2H4+02===N2+2H20 在高温下,联氨可以将Fe203还原成Fe304或Fe;将CuO还原成Cu: 6Fe203+ N2H4===4Fe304+N2+2H20 4Fe304+N2H4===6FeO+N2+2H20 2FeO+N2H4===2Fe+N2+2H20 在上述反应中产物N2和H20对热力设备运行没有任何坏处, 也不会增加炉水含盐量, 因此 联氨广泛应用于高压锅炉和直流锅炉做给水除氧剂。 联氨与水中溶解氧的反应速度受温度、 pH值和和联氨过剩量等影响, 所以联氨的合理运行条件为: pH=9~11的碱性环境和适当的过 剩量。当温度超过300℃时,联氨会发生分解: 3N2H4===4NH3+N2 3.其他除氧剂 由于联氨易挥发,有毒,易燃,为了寻找性能更优,更安全的化学除氧剂,国内外已开 展这方面的研究,并有一定范围的应用,但价格较高。这也是目前这些除氧剂不能广泛应用 的原因。 (三)阻垢剂

锅炉水质调整处理中常用的无机类阻垢剂是磷酸钠Na3PO4。磷酸钠处理不仅可以单独使 用,也可以采用协调处理。而且磷酸钠具有热稳定性好,加药操作简单,易于控制,适用范 围广,在锅炉水质调整处理中应用较广。

三、锅炉炉水水质控制项目
为了防止在锅炉内结垢、 腐蚀和产生蒸汽质量不合格等问题, 必须对锅炉水水质进行监 督。各水质项目的意义如下: 1.pH值:控制炉水pH值的目的,在于防止腐蚀和由于蒸汽对盐类的“选择性携带”而 产生的蒸汽污染。炉水pH在10~12范围内产生的腐蚀最小。因此,为了防止腐蚀应控制炉水 pH值在10~12。 2.含盐量:5.9~12.6Mpa的锅炉,炉水含盐量应控制在100mg/L以下。 3.二氧化硅含量:5.9~12.6Mpa的锅炉炉水含二氧化硅量应控制在2.0mg/L以下。

四、锅炉给水水质调整处理工艺的运行管理
(一)除氧器的运行管理 除氧效果的好坏, 取决于设备结构和运行工况等。 应从如下几个方面注意除氧器的运行 工况。 1.水应加热至沸点 热力除氧的过程在水的沸点下进行, 所以必须将水加热到沸点。 沸点是随除氧器工作压 力的不同而不同,因此在除氧器的运行过程中,应注意汽量和水量的调节,以确保除氧器内 的水保持沸腾状态。 如因加热不足而使温度低于沸点, 则水中残留的溶氧量不可避免地增大。 干熄焦水处理系统的热力除氧器温度一般控制在104±1℃。 2.排汽门开度要适当 如果从除氧水中排出的氧和其他气体不能顺畅去掉,则由于除氧蒸汽中残留的氧量较 多,就会影响到水中氧扩散除去的速度,从而使除氧器出水中的残留氧含量增大。 大气式除氧器的排气, 主要依靠除氧头中的压力与外界大气压力之差通过排气门来进行 调节。如果片面强调减少热损失,排气门开度很小,除氧器中的气体不易排出,会使给水中 残氧含量增大,这是不合适的;反之,任意开大排气阀也没有必要,因为这样只会造成大量 热量损失,并不会使含氧量进一步降低。所以排气门的适宜开度应通过调整试验进行。 3.补水量应稳定补给水中氧的含量通常在7~8mg/L,温度低于40℃。所以当有大量的 补给水突然送入除氧器,可能大幅度降低除氧水温度,从而恶化除氧效果。因此补给水应连 续、均匀地送入,不宜间断送入。当因锅炉补水需要,需增大除氧水量时,也应缓慢开大补 水门,并适当调整除氧蒸汽门,避免由于突然补水而使除氧效果恶化,同时也避免除氧器产 生“振动”。 (二) 加药管理 1.加药时应注意的几个问题 (1)在配制药品时,应用补给水配制,不允许用生水配制。以避免水中硬度和盐类杂 质带入锅炉内,或与阻垢剂反应而生成不溶物,使加药泵运转不良或使加药管道堵塞。 (2)药剂在溶解时应充分搅拌,以使尽量溶解。对于难溶药品应采用加温或其他方法 溶解后,再倾入加药箱中充分搅拌,溶解。 (3)药箱底部应有排污门,并应经常清扫沉渣。以防沉积物带人炉内,引起腐蚀和影 响蒸汽品质等问题。 (4)药品应纯净,常用水处理化学品的质量应符合有关规定。 (5)加药量应根据水质,按标准加入,不宜过大或过小。加药量过大的缺点是:一是 增加药剂消耗量,增加了水处理成本;二是增加了给水或炉水含盐量,影响水质质量;三是 过量的药剂可能在水中产生水解等反应,增加了腐蚀等问题;四是对阻垢剂而言,容易形成 粘附性大的水渣,如Mg3(PO4)2 ,增加了形成二次水垢的机会。 (6)为了便于运行控制和计量调整,也为了保持处理水中的药量稳定,一般都是将药 品配成较稀溶液(一般为1%~5%),用柱塞泵连续加入。 (7)加药要均匀,不应使被处理水中药剂浓度上升速度太快,以避免锅炉水中含盐量 骤增而影响蒸汽品质。 (8)对联氨和亚硫酸钠这类有毒、易燃或易与空气中氧作用而失效的药品,在保存、

贮存和配制时应尽量在密闭状态下进行,操作者应按规定穿着劳动保护用品,以防中毒。 (三)化学除氧剂的添加量控制 在添加化学除氧剂时应根据所采用除氧剂的不同, 适当控制添加量。 亚硫酸钠因其分解 的二氧化硫和硫化氢等气体被蒸汽带入汽轮机后, 会腐蚀汽轮机叶片等设备, 故仅使用在中 压锅炉,使用时要控制炉水中 SO3 的含量不大于40mg/L。 当使用联氨时,添加量要通过试验确定,一般要使省煤器入口给水中的联氨过剩量为 20~50μg/L。
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第五节 水质净化工艺的主要设备
一、离子交换床
离子交换床是指进行离子交换反应的设备。 在离子交换工艺中, 根据离子交换反应方式 的不同,离子交换床也不同,常见的有固定床(包括:单层床、双层床和混合床)和连续床 (包括:流动床和移动床) 。 固定床设备简单,操作方便,对各种水质的适应性也比较强,出水水质较好,是锅炉水 处理广泛采用的水处理方式。本章讨论各种离子交换工艺时,均以固定床为例进行。但是固 定床树脂用量大,利用率低,同时由于再生时间长,需要有备用设备。 连续床是由于离子交换树脂在连续运行中完成水的离子交换和树脂的再生而得名。由于 水质交换处理和树脂再生在不同设备中进行, 所以连续床可以不间断供水, 故不需使用备用 设备,树脂利用率也高;但是连续床设备结构复杂,操作管理麻烦,树脂磨损率也高。所以 在锅炉水处理中应用的不多。 以下介绍在干熄焦水处理系统中常用的两种床型。 (一)单层床 单层床是指床体内只装填一种树脂的离子交换床; 是锅炉水处理最常用的一种床式。 经 常讲到的氢离子交换床(用于除盐工艺时习惯上称为“阳床”)及阴离子交换床(习惯上称为 “阴床”)都属此例。单层床按其再生方式的不同,分为顺流再生固定床和对流再生固定床 两种。 1.顺流再生固定床:顺流再生固定床简称顺流床。是指运行时水流的方向和再生时再 生液流动的方向相同,通常都采用由上向下流,故又称正流床。 在顺流再生时, 由于再生液首先接触的是与树脂亲合力大的离子型态的树脂层, 再生较 为困难。再生后的生成产物,对下层树脂没有置换作用。所以顺流再生的再生效率低于对流 再生; 加之出水端保护层树脂的再生度低于对流再生床的再生度, 所以其出水质量也比对流 再生床差。但是,由于顺流床有结构简单,易于操作,对进床水浊度要求较低等优点,在锅 炉水处理中有一定的应用。其结构简图如图5—1所示。 2.对流式再生固定床:对流式再生是指运行时水流方向和再生时再生液流向相对进行 的水处理工艺。对流式再生依工艺分为两种,即逆流再生(运行时水流向下流动,再生时再 生液向上流动)和浮床(运行时水流向上流动,使床层呈密实浮动状态;再生时床层落实,再 生液向下流动)。常见的是逆流再生,设备结构见图5—2所示。 逆流再生固定床的结构不同于顺流床的有一点:为了防止再生液和冲洗水上流时发生 “乱层” 。逆流床在树脂层表面处设有排水装置(俗称“中间排水”),使向上流动的再生液 或冲洗水,能均匀地从中间排水装置排走。不致因为有水流流向树脂层上面的空间,而将树 脂层松动。此外,为了使液流上流时不乱层,在中间排水装置上,树脂层面上加装一层厚约 150~200mm的粒状物质作为压实层。压实层的材料可采用离子交换树脂,也可以采用密度 比树脂轻的聚苯乙烯白球。 为了保证逆流再生的工艺效果,逆流床在运行时应注意以下三个方面: (1)树脂不乱层 再生过程中,树脂不发生乱层是保证逆流再生效果的关键。为此必 须严格按规程规定的工艺参数进行控制,特别是“顶压”操作。 (2)底部树脂的再生度 底部保护层树脂的再生度,对出水水质有决定性的影响。实 践表明—逆流床的出水质量与床子的保护层再生深度有关。再生度低,出水质量差;再生度 高,出水质量好。当保护层再生深度接近1时,逆流床的出水质量可以达到一个很好的水平。

配制再生液用水和置换水等一定要注意质量,其中的杂质要尽量地少(一般可用质量较 高的除盐水),否则会影响床子保护层的再生深度,其道理是很明显的。被充分再生的保护 层树脂具有很强的交换能力,置换水(或再生液)中即使有很少量的杂质也容易被保护层树脂 交换掉,从而大大降低了这部分树脂的再生度,导致逆流床出水中杂质含量升高。 (3) 进水浊度 为清洗掉树脂层中的污物而进行的大反洗, 会破坏树脂层的层态分布, 必须用正常再生剂量的1.5~2.0倍进行再生,才能保证逆流床的再生效果。因此逆流床要求 进水浊度一般应小于2mg/L,以减少大反洗次数,提高床子的经济效益。

图 5—1 顺流再生离子交换床结构图 1—吊耳; 2—罐体 ; 3—窥视孔; 4—标牌; 5—进水管;6—出水管;7—反洗排 水管;8—正洗、再生排水管;9—反洗进水管;10—进再生液管;11—排空气管;12—进水 装置;13—上、下封头;14—上、下人孔;15—进再生液装置;16—排水装置;17—支腿; 18—压力表;19—取样槽。 (二)混合床 混合离子交换床简称混床,是将阳、阴两种离 子交换树脂置于同一交换床中。在运行前将它们混 合均匀并冲洗合格后投人运行。 由于在床子中,阳、阴两种树脂被混合均匀后, 互相紧密排列,相当于许多级由阳、阴树脂交错排 列而组成的多级复床。被处理水在经过混合离子交 换时,经H型阳树脂交换所产生的H+,和经OH型阴 树脂交换所产生的OH-会立即生成离解度很低的水, 这就基本上消除了反离子的干扰。因而混床的出水 水质优于阳、阴离子交换床串联组成的复床所制取 的水质,能制取纯度相当高的除盐水。 1.生产实践表明,混床有以下特点 (1)出水纯度高 由强酸,强碱树脂填装的混床其出水含盐量在 lmg/L以下, 电导率小于0.2?S/cm ; HSiO3-在10~ 20?g/L;出水pH接近中性。

图5—2 逆流再生离子交换床结构图

(2)出水质量稳定 混床经过正洗后投入运行时, 其出水电导率下降极快, 这是由于残留在树脂中的再生剂 和再生产物会立即被混合后的树脂所交换掉。 (3)间断运行对出水水质影响较小 当床子停止运行后再投入运行时,床子开始送出的水质都会下降,要经过3~5min的运 行时间,就能使其出水的电导率恢复到原来的水平。运行后才能使出水水质正常。 (4)交换终点明显。 (5)由于混床失效后,需对床内树脂进行分层反洗,并分别对阳、阴树脂进行再生、 清洗及混合均匀后方能重新运行。所以混床的再生较阳、阴床的再生工艺复杂,再生一次所 需时间较长,并且再生效率低,树脂破碎率也较大。因此为了延长工作周期,增加制水量, 减少再生次数,混床一般常用于含盐量较低场合(如通常置于一级复床后面),用于高纯度水 的制备。 2.分类:按再生方式不同分为体内再生混床和体外再生混床。结构图见图5—3和图5 —4。

图5—3 混床(运行床)结构图 1—空气管;2—观察孔;3—进水装置; 4—压缩风管;5—锅形孔板; 6—石英垫层;7—进水挡板。

图5—4 混床再生床结构图 1—空气管;2—观察孔;3—进水装置; 4—锅形孔板;5—进水挡板; 6—石英垫层;7—中间排水装置。

(1)体内再生式混床 运行及整个再生过程均在混床内进行,树脂不移出床体以外。因此所需附属设备少,操 作也简便。 由于体内再生式混床床内装置较多, 特别是中间排水装置易受高速水流冲击而损 坏,故单体制水量不大。加之再生和制水在同一个床中,由于操作不当或清洗不充分等,可 能产生再生剂污染出水水质的问题,故在小型锅炉水处理中应用较多。 (2)体外再生式混床 运行在混床内进行。 失效后树脂全部移出体外, 在专用再生罐中进行分层、 再生和清洗, 再送回混床内混合、 运行。 此类混床可以用较高的流速运行, 可以避免再生剂对制水的干扰, 出水水质较好。但再生工艺相对复杂,树脂破碎率也高。多用于大型锅炉水处理,或冷凝水

处理等。 3.混床在运行时应注意的几个问题 (1)阳、阴树脂的混合比例 合理的阳、阴树脂混合比例,对于保证混床出水水质、周期产水量和技术经济性有较大 的作用。因此应根据不同的进水水质条件、出水水质要求和不同型号树脂的工作交换容量, 通过不同混合比例的小型试验,来确定最佳的混合比例。确定混床阳、阴树脂混合比例的原 则是阳、 阴树脂同时失效, 以充分利用离子交换树脂的工作交换容量和获取较好的经济效益。 目前国内强酸/强碱混合床的常用混合比为1∶2,也有采用1∶1或2∶1等其他比例的。 (2)阳、阴树脂的分层率 混床再生前的阳、阴树脂分层率,对混床的出水水质和再生效率等,都有很大的影响, 从提高阳、阴树脂的分层率,应注意:阳树脂与阴树脂的密度差应大于0.15~0.20;树脂颗 粒强度高, 不易破碎; 阴树脂粒度均匀, 阳、 一般要求粒度在0.3~0.5mm, 均一筛分大于90% (即90%树脂粒度变化范围在±l00?m之内) 。 (3)阳、阴树脂的分层操作要控制好,阳、阴树脂分层的好坏是混床的关键操作之一。 目前大多采用水力筛分的方法。借助反洗水将树脂悬浮起来,当其达到一定膨胀高度后,停 止反洗, 使树脂尽快地沉降下来。 这一操作先是小流速使树脂松动, 再逐渐加大至流速约10~ 15m/h。为了加快树脂的沉降速度,可在树脂充分膨胀后,停止反洗,同时进行大排水。 由于阳树脂密度大,所以在下面,而阴树脂则在上面。分层一次不明显时,可第二次或多次 分层。在难于分层的情况下,可向树脂层内打入少量碱,以加快分层的速度。 (4)阳、阴树脂要混合均匀 如果阳、 阴树脂混不均匀, 会引起沉积在床子下部的阳树脂缓慢地释放出残余的酸再生 液,使混床投运初期有酸水漏泄。

二、热力除氧器的结构
常见的淋水盘式热力除氧器如图5—5所示。它主要由除氧头(或称除氧塔)和贮水箱构 成。除氧头的功能主要是除氧,其运行过程是将欲除氧的凝结水、补给水和各种疏水分别从 除氧头顶部两侧引入,经配水盘和几层筛状多孔淋水盘,被分散成很多股细的流水,逐层淋 下。加热蒸汽从除氧头下部通入,经过蒸汽分配器而向上流动,与由上而下淋的水相接触, 并进行热交换,将水加热,同时形成较大的汽、水界面进行除氧。从水中解析出来的气体被 余汽经排气管带出, 已除氧水进入省煤器。 热力除氧器的除氧效果取决于除氧器结构和运行 工况。除保证合理的结构设计外,其运行工况应保证水被加热至沸腾状态;进入除氧器的水 量要稳定;从除氧头解析出来的氧和其他气体能通畅地排出。

图5—5 淋水盘式除氧器 1—除气塔;2—贮水箱;3—水位表;4—压力表;5—安全水封(用以防止除气塔中压力 过高或过低);6—配水盘;7、8—多孔淋水盘(孔径5~7mm);9—加热蒸汽分配器; 10—排 汽阀;11—排汽冷却器;12—至疏水箱; 13—给水自动调节器(浮子式);14—排气至大气; 15—充水口;16—溢流管;17—至给水泵;18—加热蒸汽。

三、机械过滤器
单流式机械过滤器是一种最简单的过滤器, 其结构如图5—6所示。 它的进水和出水都只 有一路。单流式过滤器的本体是一个圆柱形钢制容器,器内装备有进水装置和排水装置。有 的还有进压缩空气的装置。器外设有各种必要的管道和阀门。 进水装置可以是漏斗形的或其他形式的,它的任务是使进水沿过滤器的截面均匀分布。 排水装置是过滤器的一个重要部分,它的作用一是在过滤器下部引出清水而不让滤料带出, 二是使出水汇集和反洗水进入时沿过滤器的截面均匀分布, 还在大阻力排水系统中起到调节 水流阻力的作用。 单流式机械过滤器的运行操作包括反 洗、正洗和运行三个步骤。 (一)反洗 反洗时先关闭出和入口阀门, 保持滤层 上部水位200~300mm。 开启反洗排水阀门, 开启压缩风阀门,向过滤器内送入强度为 18~25L/(s·m2)的压缩风,吹洗3~5min。 压缩风不停,开启反洗入口阀门,以反 洗排水中无正常颗粒的滤料为限, 控制反洗 水流量。在反洗过程中,应经常检查反洗排 水中有无正常颗粒的滤砂,以防滤料跑失。 待反洗排水后,停止压缩风的吹洗,继续用 水反洗3~5min。 (二)正洗 正洗时开启正洗排水阀门和入口水阀 门, 维持正流水流速10~15m/h。 冲洗至出 水清净后,即可投入运行。正洗时,出水应 无滤料, 否则可能是因为反洗操作不当而造 成过滤器下部配水装置损坏。 此时应停止正 洗、查明原因并处理好后,再恢复正洗。 图5—6 单流式机械过滤器结构示意图 (三)运行 1—空气管;2—监督管;3—采样阀。 运行流速为10~12m/h。运行周期的控制以其水头损失达到容许极限(规定一般应小于 0.05MPa)或按一定运行时间来进行反洗。

第六节 武钢7、8号焦炉干熄焦水处理系统
一、工艺流程
武钢7、 8号焦炉干熄焦水处理系统的预处理工艺采用机械过滤器加全自动除铁器, 确保 除盐工艺的给水水质。除盐水处理工艺为阴阳离子交换(一级除盐)加混合离子交换复合除 盐处理系统,水处理能力为一期105 m3/h。所有交换器排出的废水均流入中和池进行混合, 再用酸液和碱液调整中和池,将pH值调整到7~9之间,然后用中和池排水泵送至排水管道 外排。处理系统的工艺流程如图5—7所示。 来自二回收车间的工业净化水首先进入机械过滤器, 除去悬浮物, 使机械过滤器出口的 水中悬浮物含量小于2mg/L,所用滤料是无烟煤。然后,过滤水进入阳离子床,进行阳离子 交换,再经除CO2器后进入中间水箱。 中间水箱的水再由水泵打入阴离子交换床进行阴离子交换。 阴离子交换床出水再进入混 床进行离子交换,得到了除盐水,再送入除盐水箱。在送水管道上进行加氨调节pH值。 除盐水箱中的除盐水再经过热力除氧、加药处理后送省煤器和锅炉汽包。

二、水处理系统的主要控制指标
1.机械过滤器出口的水中的悬浮物含量小于2 mg/L。 2.阳床出水的钠离子含量控制在100μg/L以下。

3.阴床出水的SiO2含量控制在50μg/L以下,电导率控制在10μS/cm以下。 4.混床出水电导率控制在10μS/cm以下,SiO2含量控制在30μg/L以下。 5.加氨后送除盐水箱的水pH值控制在8.0~9.5。 6.除氧器后送省煤器的水的溶解氧控制在 30μg/L 以下。 7.除盐水硬度~0mg CaCO3/L。 8.除盐水全铁含量≤0.1μg/L。 9.除盐水全铜含量≤0.05μg/L。

三、主要设备概况 武钢 7、8 号焦炉干熄焦水处理系统主要设备见表 5—13。
表 5—13 武钢 7、8 号焦炉干熄焦水处理系统主要设备表 名 称 型 号 规 格 阳离子交换器 LWNY—1 φ2200 阴离子交换器 LWNY—2 φ2500 TGF-1600/120 2900 M3/h 除 CO2 器 EHG125-80-250 150 M3/h 中间水泵 100 M3 中间水箱 φ5280 100 M3 除盐水箱 φ5280 IS100-65-200 60--120 M3/h 除盐水泵 IS125-80-200A 90-180 M3/h 反洗泵 EHG50-32-160 15 M3/h 酸液泵 EHG50-32-160 15 M3/h 碱液泵 酸储罐 30 M3 、5 M3 φ2524、φ1216 3 3 碱储罐 30 M 、5 M φ2524、φ1216 JSX-1600/4 酸计量箱 φ1612、 4 M3 SP-25 25 M3/h 酸喷射器 JJX—1200/2 碱计量箱 φ1412、2 M3 JP--16 16 M3/h 碱喷射器 1.0 M3 氨溶液箱 φ1012 JX-25/1.3-0.37-204P 25L/h 氨计量泵 LYA65-160-16 70 M3/h 中和排水泵 中和池 1000×8000×3500 84 M3/h 机械过滤器 φ3028 全自动除铁器 CTQ—90 φ4200 、90 M3/h 混合离子交换器 LHH—1800 IS150-125-400 120--240 M3/h 加压泵 IS200-150-400A 223.—428 M3/h 过滤反洗泵 100 M3 滤后中间箱 φ5280 DQYL-10/0.8 10 M3 空气除油器 台 数 3 3 2 2 1 2 2 2 2 2 3 3 1 2 1 2 1 2 2 3 3 3 2 2 1 2

四、水预处理的运行操作
(一)机械过滤器的运行 过滤器的运行是成周期性的,分过滤、反洗和正洗三个步骤。反洗的目的是清除滤层中 积累的污物,以恢复滤层的截污能力。它是过滤器运行的一个重要步骤。为了使反洗效果良 好,在反洗时通常还采用通入压缩空气的方法。 过滤器的运行流速约 8~10m/h, 当它运行至进出水压差到达允许极限 (一般为 0.1Mpa) 时,停止运行,经空气擦洗、反洗和正洗合格后再投入运行。 (二)机械过滤器投运操作 投运的过滤器首先要正洗。正洗过滤器:开启空气排放阀,缓慢开启进水阀,等罐内空 气排净,排空阀出水后,缓慢开启正洗排水阀。关闭空气排放阀,正洗 10~15min,然后,

关闭正洗排水阀,打开出口阀。 (三)机械过滤器反洗操作 过滤器运行失效后(进出口压差≥0.1MPa) ,要对过滤器进行反洗。 1.将反洗的过滤器停运,另一过滤器正常运行。 2.将水放到滤层上缘,开压缩空气进风阀。调节空气进风阀风量,使滤料呈翻腾状, 压力约 0.02~0.05MPa。擦洗 5~10min,停止送入空气。静止 5min。 3.开反洗排水阀,开启反洗泵,缓慢打开反洗进水阀。观察出水流量在 300~350t/h, 膨胀度约 40%,时间约 15~20min,直到出水清澈。缓慢关闭反洗进水阀,直至完全关闭。 停反洗泵,关闭反洗排水阀。 4.放置 10min,然后正洗。正洗流量控制在约 50t/h,时间大约 20min,直到出水合格。 (四)除铁器的操作 全自动除铁器为自系统自动操作。 一般情况下, 投运前先将全自动除铁器进出口手动阀 门打开,然后由自动控制系统操作。 正常运行情况下,机械过滤器和全自动除铁器均应在线运行,不设备用装置,这是因为 长时间停运后机械过滤器和全自动除铁器内部会生长微生物, 从而影响离子交换设备的正常 运行。

五、离子交换除盐系统的操作
离子交换除盐系统设备包括阴阳离子复合除盐系统, 以及混合离子交换系统。 离子交换 器采用无顶压逆流再生固定床, 该系统称为二级除盐系统 , 用以达到干熄焦锅炉用水要求。 (一)系统流程如下 阳床→除 CO2 器→中间水箱→中间泵→阴床→混床→除盐水箱→除盐水泵 (二)离子交换除盐系统的运行原则 除盐站的离子交换除盐设备全部为手动控制, 设备是否投入运行应根据干熄焦主控室或 根据除盐水箱的液位来决定。一般情况运行设备为 2 开 1 备,不得同时运行。当除盐水箱液 位超过高位报警时,可停除盐设备的运行。一般情况尽量不停运设备,改为低负荷运行。 (三)除盐设备的投运 打开除 CO2 器的风机,调整进风量(一般进风量一次调整好以后不用再调整) 。并检查 风机无异常。 将要投运的阳床出入口阀门、 空气阀门打开, 将要投运的阴床入口阀门及正洗排水阀门、 空气阀门打开。启动中间泵,调节中间泵的出口阀门控制流量,见空气阀门有出水后关闭空 气阀门。 待正洗出水电导<5μs/cm,Si<100μg/L 时, 关闭正洗排水阀门, 打开阴床出水阀门, 投入运行。 (四)除盐设备的停止运行 接到主控室的指令,或除盐水箱的液位超过高位报警时,可停止运行除盐设备。将运行 中的机械过滤器,过滤泵,全自动除铁器等停运。再将阴床、阳床、混床出入口阀门关闭, 然后停运中间泵及除 CO2 器的风机。 (五)阴阳床的再生操作 再生前必须先投入备用设备。 再生时酸碱计量箱及酸碱储罐应充足, 再生废液排至中间 池。一次再生消耗再生剂的量 G=J×V×E/1000 G——一次再生消耗再生剂的量,Kg J——酸、碱耗,g /mol,一般取值为 HCL 50~55 ,NaOH 60~65 V——阴、阳树脂的体积,M3 E——阴、阳树脂的工作交换容量,mol / m3 取值阳树脂为 800~1100 阴树脂 350~450 先将备用床投入运行,然后关闭进出水阀门。 1.反洗 打开反洗进水阀门及上部排水阀门和充气阀门进行反洗。同时调整反洗进水阀门,

反洗泵

净化水

机械化过滤器

除铁器

过滤后中间水箱

加压泵

阳离子交换器

除二氧化碳(附风机)

中间水箱

中间水泵

联氨加药装置 反洗水泵

阴离子交换器 除盐水箱 除盐水箱 除盐水泵 调节阀

阴阳离子交换器

除氧给水泵

水水换热器

给水预热器 碱液泵 碱贮槽 碱计量箱 碱喷射器 热力除氧器 磷酸钠加药装置 酸喷射器 锅炉给水泵 氨溶液箱 氨计量泵 联氨加药装置

碱 车

卸碱槽

酸 车

卸酸槽

酸液泵

酸贮槽

酸计量箱

氨 瓶

加氨装置

省煤器

锅炉汽包 图 5—7 武钢焦化公司 7、8 号焦炉干熄焦水处理系统工艺流程图

使树脂松动,但又不要使树脂乱层及跑树脂。 (一定要缓慢打开反洗进水阀门,逐渐开 大)反洗时间为 10~20min。反洗完毕,关闭反洗进水阀门。 2.酸(碱)再生操作 打开交换器的进酸 (碱) 阀门。 打开再生泵的酸 (碱) 计量箱阀门并调节酸浓度为 3%~ 3 4%(碱浓度为 1%~2%)。 再生流速一般控制在 3~5m /h, 再生时间一般控制碱在 40~50min。 3.酸碱浓度与密度对照表见表 5—14。 表 5—14 酸碱浓度与密度对照表 NaOH 密度 百分比浓度 % 1 2 3 4 5 10 20 30 40 HCl 密度 百分比浓度 % 1 2 4 6 8 10 20 30 36 1.0095 1.0207 1.0318 1.0428 1.0538 1.1089 1.2191 1.3279 1.4300 1.0032 1.0082 1.0181 1.0279 1.0376 1.0474 1.0980 1.1493 1.1789

再生一次所需的 31%盐酸约为 754kg。所需的 40%氢氧化钠约为 225kg。 4.置换 关闭酸碱计量箱上的出口阀门,停止进酸碱。使用再生泵进行置换,25min 后关闭再生 泵及交换器的进酸碱阀门和上部排水阀门。 5.正洗 打开交换器的进水阀门和正洗排水阀门,用正洗排水阀门调整流量 15%~20%。化验排 水水质,合格后关闭排水阀门停止正洗,备用。 (六)混床的操作 1.混床失效后关闭进出口阀门。 2. 反洗分层: 打开反洗进水阀门及反洗出水阀门, 用进水阀门调整反洗流速 10~5M/h, 反洗时间一般为 10~20min。反洗后关闭反洗进水阀门及反洗出水阀门,静置 5min 后,在 下窥视孔观察分层是否明显,明显就可以进行再生操作,否则,就得重新反洗。 3.再生:一般采取对流再生法,就是同时进酸碱进行再生。首先将进酸碱、及中间排 水阀门打开,开启再生泵调节酸碱喷射器,酸碱入口调节酸浓度为 2%~3%,碱浓度为 1~ 2%,一般时间为 15~25min。 4.置换:关闭酸碱喷射器酸碱入口调节阀门, 用再生泵的水继续进行冲洗约 30~ 45min。 5.风混:关闭进酸碱阀门,进水至中间窥视孔时位置。打开进风阀门调整风压为 0.1~ 0.5Mpa,时间为 3~5min。在下窥视孔观察树脂混合情况,效果不好时,重新进行风混。 6.正洗:风混结束时,迅速将进风阀门关闭,以免重新分层。打开进水阀门,待空气 阀门出水后关闭空气阀门,打开正洗排水阀门进行正洗。控制流速 10~15m3/h,洗至出水 合格为止。关闭进水阀门和正洗排水阀门。 (七)混床的阴阳树脂分层不明显如何处理 控制大反洗的流速至 10m/h,使树脂的膨胀率保持在 50%以上。在分层不明显时,可以 用 10%的 NaOH 进行树脂的转型。

(八)除二氧化碳器的操作 1.开停顺序 先开风机往除碳器送风,后开除碳器进水门,防止未除 CO2 的水进入中间水箱。停机时, 先关除碳器进水门,后停风机。运行中风机出口翻板应全开,以足够 15~30 倍水量的风进 入除碳器,否则影响除碳效果。 2.注意事项 风机启动后,注意风机转动方向及风压,检查有无反水现象。运行中经常检查电机有无 振动或磨擦,如有异常,立即通知检修人员检修。 3.除碳效果不好的原因及处理 原水碱度高于原设计标准,使除碳效果达不到要求。或设备有缺欠,此时应适当调整风 机风量和风压,或调整塑料球高度。

六、酸碱库的操作
1.操作前准备 操作之前应检查酸碱罐罐体及管道阀门是否完好, 酸雾吸收器是否完好, 水源及药品是 否充足齐全。 2.酸碱罐区的操作 首先连接好酸(碱)车至罐体的管线。然后开启罐车上的放酸(碱)阀门,靠自然压力 卸酸(碱) 。直至将酸(碱)液卸完为止,最后关闭酸(碱)罐车上的阀门。 3.酸雾吸收器及排风机的使用。 酸雾吸收器长期投运, 排风机只是在发生酸泄漏或卸酸时投运。 酸雾吸收器投运时只需 打开其进水阀门即可,停止时关闭进水阀门。 4.中和系统的运行 阴阳床再生时所排放的废液通过地沟流入中和池。开启 pH 计,并开启中和排水泵及排 水泵的循环阀门,使废液循环。30min 后测 pH 值,如果不在 6~9 之间,就加酸或碱进行中 和处理。启动加酸或加碱计量泵,开启加酸或加碱阀门。加入一定量后,应循环一定时间, 稳定后再测 pH 值。若不合格,再加酸或加碱调整,直到合格为止。废液 pH 值合格后,将 中和泵排水泵循环节门关闭,打开外排节门将废液外排。 加酸(碱)量的计算: 根据以下公式简单计算所需要的酸(碱)量。 当中和池中水呈酸性时: 加碱量=(H×V×40)/(106×0.4×D) V——废水容积,M3; H——废水酸度,mol/L; 0.4——酸液的百分比浓度,%; D——碱液密度=1.43T/ M3 当中和池中水呈碱性时: 加酸量=(OH×V×36.5)/(106×0.31×D) V——废水容积,M3; OH——废水碱度,mol/L; 0.31——酸液的百分比浓度,%; D——碱液密度=1.149T/ M3

七、离子交换器的故障处理
离子交换器常见问题及处理方法见表 5—15。

表 5—15 离子交换器的常见问题及处理方法 设 备 现 象 原 因 处 理

原因
阴 阳 离 子 交 换 器

处理 原因

八、注意事项
(一)过滤器 1 理 1 2 3 2 1 理 2 3 4 (二)离子交换器 1



设 设

处理

处理 20 30mm 处理

处理

设备

树脂应用湿法保存,以防干燥而破损。无论新旧树脂,在保管过程中,一旦发现树脂 失水,应将树脂先放到食盐溶液中浸泡。然后再逐渐稀释,使树脂慢慢膨胀。严禁干燥树脂 直接放入自来水浸泡、 膨胀。 另外, 浸泡树脂的水要经常更换, 以避免繁殖细菌并污染树脂。 2.树脂在使用中应注意的问题 离子交换过程中必须采取有效措施, 使树脂保持较高的稳定性, 以延长树脂的使用寿命。 在使用时应注意以下两点。 (1)盐型封存最稳定。已使用过的树脂,如较长时间不用时,需要将树脂转变成出厂 的盐型。尽量避免或减少机械的、物理的或化学的磨损。 (2)保持树脂的稳定性,尽量避免和减少对树脂的污染,如铁、锰等对钠型树脂的污 染。


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