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| 锅炉水处理技术和锅炉加药技术 |
| 加入时间：2012-04-20 来源：本站 作者：liting |
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凝结水的净化
凝结水的净化又称凝结水的精处理。
随着热力机组的参数和容量越来越大，对锅炉给水质量的要求也日益提高。凝结水是电站锅炉给水的主要组成部分。同样，某些大型石油化工厂的工艺冷凝液经净化后，也可作为锅炉给水的一部分。因此，凝结水的净化在锅炉水处理中具有十分重要的地位。
凝结水是蒸汽凝结而成的水，在一般情况下，应该是比较纯净的。但在工业生产过程中，由于以下几种原因，凝结水会受到不同程度的污染。
(1)在一些加工厂中，如在大型石油化工厂中，凝结水会受工艺冷凝液及油污等杂质的污染。
(2)在发电厂中，凝结水会由于以下的原因而受到污染：
①汽轮机凝汽器的冷却水泄漏而进入凝结水系统;
②锅炉蒸汽携带的挥发性物质溶于凝结水中;
③热力系统管道的腐蚀产物带入凝结水;
④水、汽系统在启动、运行、停运过程中产生的机械杂质，如氧化铁、铜、镍的氧化物及胶体硅等。
凝结水中不同的污染杂质，会对采用凝结水为工作介质的设备产生不同程度的危害。因此，必须根据凝结水中污染物的特点以及不同设备对凝结水水质的要求，进行不同方法、不同程度的净化处理。
由于对凝结水质量的要求越来越高，例如对凝结水中钠离子含量要求低于0.1μmol/L甚至更低，因此，凝结水的净化处理设备也日益先进，目前这些设备已可生产纯度达到<0.03μmol/L的处理出水。一些能净化凝结水，使其能够达到很高纯度的设备系统，均称为凝结水精处理(净化)设备系统。
凝结水的净化系统一般由前置过滤器、凝结水除装置(混床)和后置过滤器组成。
第一节前置过滤器
前置过滤器的作用是在凝结水进入除盐装置之前，预先除去凝结水中的悬浮物、各种胶状物、油及聚合物等，从而延长除盐装置的运行周期和保护树脂(尤其是阴树脂)不被污染。前置过滤器能使系统中的水质很快地达到正常，从而能大大地缩短机组从启动到正常运行的时间。
前置过滤器的型式很多，主要有覆盖过滤器、管式微孔过滤器和电磁过滤器。
一、覆盖过滤器
(一)概述
覆盖过滤器的工作原理是将粉状滤料覆盖在过滤元件上，使其形成一个均匀的微孔滤膜，被处理的水通过滤膜过滤后，经过滤元件(滤元)汇集后送出。由于过滤器是利用覆盖在过滤元件表面上的滤膜进行过滤的，故称覆盖过滤器。
覆盖过滤器去除凝结水中悬浮物和除铁的性能良好。
(二)结构
覆盖过滤器一般为管式过滤器，它是由垂直布置的(直立式或悬吊式)管束构成的。滤元是用不锈钢管或聚丙烯管为骨架，管外部分刻有纵向齿槽，齿槽管壁上开有许多小圆通孔，在齿槽棱上刻有螺纹，沿螺纹外绕不锈钢丝(圆形或梯形丝)即构成滤元。在滤元上端部分不开齿槽，靠近管口处有螺纹，用于将滤元固定在多孔板上，关口敞开作为滤元的出水口。滤元下端也不开齿槽，但具有管螺纹，用于安装半球形螺帽去封闭滤元下端管口。多孔板将过滤器分成上下两部分：上部是出水区，下部是进水区。
(三)滤料
作为覆盖器的滤料，除要求呈粉状及化学稳定性好外，还要求其本身有孔隙。覆盖过滤器的滤料因为在铺滤膜时是随水流一起进入过滤器的，故亦称助滤剂。常用的滤料为棉质纤维素纸浆粉，它是将棉浆或木浆板烘干后，在球磨机中磨碎，经60目筛网筛下的即为滤料成品。对于用于凝结水除油的覆盖过滤器的滤料，则可采用活性炭粉、硅藻土和焦炭粉。例如：活性炭的化学稳定性好，多孔、吸附能力强，所以有良好的除油效果。
(四)运行
覆盖过滤器的运行操作可分为铺膜、过滤(运行)、爆膜(去膜)三个步骤。
1.铺膜操作
(1)铺料箱、铺料泵自循环在铺料箱中先存放一定量的水，加入滤料，启动辅料泵，将辅料箱中的水合滤料循环搅拌，使滤料形成均匀的浆液。一般滤料用量为0.5～1.0kg/m2(过滤面积)，浆液浓度为2%～4%，自循环搅拌时间5～10min。
(2)辅料泵、覆盖过滤器筒体及辅料箱大循环在铺膜前，启动辅料泵，将浆液由覆盖过滤器底部送入，经过滤器外壳上的循环回至辅料箱，使滤料浆液经筒体和辅料箱进行大循环，目的是使系统中浆液均匀。一般循环5min。
(3)滤料浆液通过滤元铺膜按上述(2)操作循环5min后，开启覆盖过滤器出口循环阀门，同时管壁外壳上的循环阀进行铺膜。在铺膜过程中，滤料在滤元表面堆积，逐渐形成滤膜。一般浆液循环5～6次，铺膜时间5～10min后，浆液变为澄清透明，覆盖过滤器的压差由零上升为(9.8～19.62)×103Pa，即表示铺膜成功。
2.运行(过滤)操作
从铺膜后转换到过滤运行前，应先将穿过滤元的少量滤料冲洗干净。随后可进行过滤操作。过滤流速一般为6～12m/h。滤速太大会使滤膜很快压实，使过滤器压降迅速上升，因而运行周期缩短;滤速太小，则可能出现滤元上滤膜脱落的现象。
当进水的含铁量为200~1000μg/L时，覆盖过滤器的除铁效率为80%~90%，运行周期约几小时至十几小时。当进水含铁量<20μg/L时，除铁效率仍可为30%~60%，运行周期约7~10天。覆盖过滤器初投的压降为(10~20)×103Pa，当压降达(12~15)×104Pa时，需停止运行，进行爆膜。
3.爆膜操作
爆膜一般采用“自压缩空气膨胀法”爆膜，即利用被压缩在出水部分空气的突然膨胀，将滤膜击破。其操作步骤为：先关出水阀门，利用水压力压缩上下室中的空气，待过滤器内压力均匀时，关进水阀门，然后迅速打开快开放气阀和打开快排水阀，进行爆膜和排渣。此时由于压缩在筒体内的空气瞬间急速膨胀，并将多孔板上水垫层的水经滤元内部压出，击碎失效的滤膜，使碎滤渣从底部快开排水阀排出。如果一次操作爆膜不净，则可进水重复操作并用大量水反冲洗，直至滤元清洁为止。爆膜时的自压缩空气压力为(2~6)×105Pa，水反冲洗强度为0.01~0.015m3/(m2)。
二、管式微孔过滤器
管式微孔过滤器结构与覆盖过滤器相似，不同的是前者的滤元用合成纤维绕制成具有一定孔隙度的滤层(纤维沿多孔中心芯交互缠绕)，不再铺覆滤料。
管式微孔过滤器运行至压差大于8×104Pa或运行时间超过72h时，应停止运行，并进行清洗。若充分反洗或酸洗后，其压降仍不能降低而影响设备出力时，应更换滤元。
三、电磁过滤器
电磁过滤器内部充填的填料是强磁性物质。过滤器外边装有能改变磁场强度的线圈。通直流电时，线圈产生强磁场，使填充物磁化，再通过磁化基体(填料)对水中磁性物质颗粒的磁力吸引，将杂质吸着在被磁化了的填料表面，达到水的净化。需要清洗时，切断向线圈供电的直流电，使磁场消失，再用水和空气反洗。电磁过滤器的特点是运行流速高，适用于去除凝结水中金属氧化腐蚀产物。凝结水中的铁主要以磁性氧化铁(Fe3O4)的形式存在。这是一种双氧化物(Fe3O4=FeOFe2O3)，其中FeO中的铁有时被铜或锌所取代，所以水中含有的微量铜和锌大部分具有铁磁性，因此，这些杂质可用电磁过滤器除掉。电磁过滤器既可以作为凝结水净化系统的前置过滤器，又可用于其他水的除铁处理。此外，它还可用于高温水的除铁，其除铁效率为65%~85%。正常运行的机组，采用电磁过滤器可使出水含铁量低于10μg/L。
第二节凝结水的除盐装置
凝结水除盐装置是凝结水净化系统的核心。凝结水除盐一般多用净化混床，亦可用粉末树脂覆盖过滤器。
一、深层净化混床
净化混床的运行特点是处理水量大，在除去凝结水中离子的同时还能有效地去除凝结水中的悬浮杂质。净化混床有浅层和深层两种形式。“浅层”和“深层”是指过滤的杂志渗透到树脂床层中的“浅”、“深”程度。采用提高净化混床运行流速的方法，可以使过滤的杂质渗透到床层深处。这样，一方面可以延长净化混床的运行周期，另一方面也可以适应净化混床处理水量大的需要，所以这种运行的净化混床称为深层净化混床，又称快速混床。深层净化混床的结构与补给水除盐混床相同。
(一)深层净化混床的作用
凝结水的净化混床是由氢型或铵型强酸阳离子交换树脂与氢氧型强碱阴离子交换树脂组合而成，其作用是在除去凝结水中悬浮物杂质的同时，还能除去凝结水中一些有害的离子。例如，它同水中钠离子及氯离子将发生如下的交换反应。
H/OH方式时
生成产物
22℃时H2O的平衡电离常数为1.0×10-14。
NH4/OH方式时
生成产物
25℃时NH4OH的平衡电离常数为1.8×10-5。
由上可知，H/OH方式的反应比NH4OH方式的反应更容易完成。
离子平衡时深层净化混床除盐的关键。为了使出水达到所要求的纯度，树脂床的底部必须保持一定的纯度(或钠离子交换容量)。
如果分别按H/OH与NH4OH两种运行方式的类似系统比较，可知其后一种运行方式的出水质量要比前者差。所以，在凝汽器泄露时，为了保护系统，凝结水净化混床应使用H/OH型。
按照深层净化混床的应用，其运行流速的选择，必须考虑到去除金属氧化物等杂质和除去离子两个方面。对出去杂质的能力来说，只要床层清洗得干净，运行流速对出水杂质残留量并无影响。如果床层不干净(尤其是底部不干净)，则出水杂质泄漏量就大。但是运行流速对净化混床的运行周期或截污量却有明显影响。运行流速低时，与高流速相比，截污量下降，床层阻力上升很快，运行周期短，因此，深层净化混床运行流速不宜过低;若运行流速太高，则树脂稍有老化，其交换容量降低，出水质量提前恶化。为此，深层净化混床运行流速一般为80~120m/h。
深层净化混床采用有效的清洗方法后，可保证除掉凝结水中90%~95%的杂质，使出水杂质残余量维持在1~3μg/L。
(二)深层净化混床用树脂的选择
深层净化混床用于凝结水处理时所用树脂的选择，是以出水中不含二氧化硅及二氧化碳的高纯水的需要为前提，因而选择强酸及强碱离子交换树脂是必要的，除此之外，对树脂还有如下要求。
1.树脂粒度
在高流速下不致产生过高的阻力，并且还能得到高质量的出水，其树脂粒径应均一。
2.树脂机械强度
要有足够的机械强度，耐磨性好，不易破碎。在热力及渗透的冲击下以及机械应力下的稳定性好，且对氧化及有机污染有抵抗力，对铁及碎屑的容量大。
3.阳、阴树脂的比例
应根据凝结水水质和冷却水系统来决定，阳、阴树脂的比例如下：
(1)对于氢型混合床，当污染物主要为腐蚀产物(凝汽器泄漏率低)，且凝结水含氨、pH值高时，阳树脂：阴树脂为2：1;
(2)对于氨型混合床，当冷却水为淡水时，阳树脂：阴树脂为1：1;
(3)当冷却水为海水、高含盐量水时，阳树脂：阴树脂宜为2：3.
(三)深层净化混床运行周期终点的确定
大多数用氨进行pH值调整的凝结水的净化系统是采用H/OH运行方式的(即氢型混床)。若阳树脂从凝结水中吸收氨而交换容量耗尽(这一点称“氨泄漏”)就应退出运行，进行再生，否则，钠离子将与铵离子一起被带入凝结水的出水中。另外，当出水电导率达到0.1~0.15μS/cm时，应结束运行，因电导率太高意味着系统中有过量的钠。这时就要分别确定每台混床的运行终点，即根据每台设备出水的电导率，而不是根据整个系统或母管出水的电导率。
采用NH4/OH方式运行(即氨化混床)时，通常是按运行到规定的出水量后，退出运行并进行再生的。该系统运行中，如果有空气漏入，会引起严重的出水质量问题。这是因为空气中二氧化碳将与凝结水中氨反应生成碳酸铵。当空气漏入量足够大时，碳酸盐可使阴离子交换树脂失效，并将已被吸附的二氧化硅、氯根、硫酸根依次置换下来。所以，选用氨化混床运行时，最好采用带有脱气的电导仪，对每台净化混床出水的阳离子电导率、二氧化硅及钠都要进行监督。注意勿使氨化混床运行至超出树脂的交换容量，而应保持交换容量有一定裕度，才能在凝汽器突然泄漏时具有较强的防护能力。
(四)深层净化混床再生前树脂的分离
在深层净化混床中，阳、阴树脂再生前的分离是十分重要的。在净化混床运行中要使泄漏量不高于μg/L级，其根本措施在于防止再生前水力分离中树脂的交叉污染。失效的阳树脂、阴树在反洗分层及在交换界面处难免有少量混合，如细碎的阳树脂进入到阴树脂层中，被污染物包覆的阴树脂则进入下部的阳树脂层中，因此，在水里输送上层阴树脂至阴再生塔时，细碎的阳树脂随同一起进入，这部分阳树脂经NaOH再生即成为纳型阳树脂。同样在下层中，混在阳树脂中的阴树脂在盐酸再生时会转换成氯型(用硫酸再生时会转换成硫酸氢盐型)。可见，不完全的分离会导致出水中离子的泄露量增大。以下介绍深层净化混床中树脂的一些分离方法。
1.浮选分离法
利用密度介于阴、阳树脂密度之间的浮选机浸泡混合树脂，使阴、阳树脂得到分离，一般浮选剂采用16%~20%的氢氧化钠溶液，其相对密度为1.18~1.22.高浓度的氢氧化钠溶液可高度地再生阴树脂，且能出去阴树脂中的聚合二氧化硅。浮选分离法不受树脂颗粒粒度的影响，所以，分离效果较好。一般阴树脂层中残留的RNa型阳树脂量可小于0.01%，阳树脂中残留的阴树脂量在0.59%~1.55%范围内。
2.惰性树脂分离法
这是使用密度介于阴、阳树脂密度之间的惰性树脂，在水力反洗条件下将阴、阳树脂隔开而实现分离阴、阳树脂的方法。惰性树脂在阴、阳树脂之间形成缓冲层，使之有良好的再生效果和减少交叉污染(污染率小于0.1%)，同时还可以起到降低离子泄露的作用。
3.氨水淋洗法(或称氨化法)
利用NH4OH溶液淋洗已经氢氧化钠再生的阴树脂，使混在阴树脂中钠型树脂转成铵型树脂(RNH4)，所以又称氨化法，保证钠型树脂混在阴树脂中的量小于0.1%~0.4%，从而保证了运行水质合格和较长的运行周期。一般用于氨化混床，可分为直接淋洗和循环淋洗两种方式(也称直流氨化和循环氨化)。
4.钙化法
将混有少量阳树脂的阴树脂，先用氢氧化钠再生，再用氢氧化钙溶液淋洗，使混在阴树脂中的钠型阳树脂全部转为钙型阳树脂的方法叫钙化发。由于钙离子与阳树脂有较强的亲和力，因此，钙化过程中Ca2+可完全取代RNa树脂中的Na+;而在运行中，又由于R2Ca型阳树脂不易与进水中的NH4+作用，通常钙离子的泄露极微(小于1μg/L)。
该法的优点是钙化过程时间短，Ca(OH)2耗量少;其缺点是需要增设一套高纯度石灰水制备系统。
钙化法一般选用的Ca(OH)2溶液浓度约为1200mg/L，钙化终点控制阴再生塔进出口水中的Ca2+浓度相等为止。
5.中间抽出法
将阳再生塔中分层后的中间混层树脂(约5%~10%)在每次再生时单独抽出，贮存于专用的容器内，并进行水冲洗，除去细碎树脂，以减少阳、阴树脂混层比例。这部分树脂不作再生处理留到下一周期与混床送出的失效树脂重新混合、再分离。中间抽出法是利用物理方法进行的分离，操作运行比较简便，节省再生时间及再生剂和冲洗水量。
从中间抽出法的原理看，对于高强度及均粒的树脂，且阳、阴树脂有一定密度差时，加上正确操作，它可以使树脂交叉污染程度减到最少;否则会造成混层树脂高度逐渐增加，从而增加了分离清洗的困难和延长清洗时间，甚至影响出水质量。
6.综合分离法
水处理公司的技术特点后提出的一种方法。其要点是将失效的阳、阴混合树脂送到阳再生塔并完成水汽擦洗后，进行第一次反洗水力分层，使阴树脂在上部，阳树脂在下部。接着将阳再生塔中上部绝大部分阴树脂送往阴再生塔。阳再生塔上阴树脂的送出口在阳、阴树脂交界处以上25mm处。也就是说，在完成此步骤时阳再生塔内还有25mm阴树脂，从而降到尽可能使阳树脂留在阳再生塔内。然后调整水力反洗强度进行反洗，使尚留在阳再生塔内的少量阴树脂从阳再生塔顶部冲至阴再生塔内。在完成上述基本分离后，接着再用浓碱法或氨化法等进行辅助分离，进一步防止阳、阴树脂的交叉污染，使阳、阴树脂的交叉污染降到最低。但该法操作工艺较为复杂，且尚无较长期的运行考核实例。
7.混脂层分离法
根据斯托克司定律可算出具有不同相对密度和不同大小的树脂颗粒的沉淀速度，因此，可以计算求出混合树脂反洗分层后的阳、阴树脂交界面上的混脂层的厚度。如果不将这个混脂层中树脂送回工作交换器中，就可保证阳、阴树脂的分层，因而可减少或消除阳树脂与阴树脂再生剂(NaOH)相接触，以及阴树脂与阳树脂再生剂(酸)接触。混脂层树脂输送到高流速反洗分离罐中进行反洗和分离，除掉一切不合要求的树脂碎粒及粉末后回收再用。此法大多用于H/OH深层净化混床。
(五)深层净化混床中混合树脂再生前的清洗
凝结水净化混床具有过滤功能，因此，必须对失效的混合树脂选择有效的清洗方法，以免造成树脂中毒，混床阻力增大而导致树脂破碎，阳、阴树脂再生分离困难等问题。保持树脂的干净是凝结水净化混床正常运行的重要因素之一。混合树脂再生前清洗的方法有反洗和空气擦洗法。
1.反洗法
反洗的目的是彻底清除所截留的杂质和对阳、阴树脂进行分离。一般采用专门的清洗和分离树脂的设备。清洗时，将污染了的混合树脂先输送至分离罐内，以分离阳、阴树脂为主，并洗掉树脂上的部分杂质。分层完成后，大量的松散杂质散布在阴树脂中，并随阴树脂流入阴树脂罐中，然后分别在两罐中清洗阳树脂和阴树脂。
2.空气擦洗法
用压缩空气在树枝颗粒间造成瞬间爆发膨胀，使树脂与树脂表面产生撞击摩擦而使杂质松脱，接着用冲洗水将杂质带走。该法效果好，清洗水耗小，清洗时间较短，树脂磨损小，费用低。
(六)凝结水净化混床的再生
凝结水净化混床的再生方法有体内再生和体外再生两种。
体内再生就是树脂在凝结水净化混床(离子交换器)内部进行再生的方法，也就是在离子交换器内同时对阴树脂和阳树脂进行再生。具体的做法是：树脂经反洗分层后进行再生时，从离子交换器的上部和下部同时分别送入再生用的碱液(从上部)和酸液(从下部)，它们分别流经阴树脂层和阳树脂层后，再由中部排液装置同时排出。再生后的树脂进行清洗时，清洗水亦同样分别由离子交换器的上部和下部同时分别送入，清洗水分别流经阴树脂层和阳树脂层后，由中部排液装置同时排出。
体内再生法的缺点是：树脂交界面处，中间排液装置周围的阳、阴树脂或多或少地会受到酸、碱再生液的交叉渗透污染，影响出水水质。故体内再生很少被采用。但惰性树脂层分离法成功后，体内再生得到一定使用。
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