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火力发电厂生产过程

燃料进入炉膛后燃烧，产生的热量加热锅炉里的水。锅炉里的水吸热蒸发，最后变成具有一定温度和压力的过热蒸汽。这种高温高压的蒸汽通过管道送入涡轮，使涡轮转子旋转，涡轮转子带动发电机转子高速旋转，从而发电。因此，火电厂的生产过程主要是一个能量转换过程，即燃料化学能-热能-机械能-电能。最后电就发出来了。

高压蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，压力和温度降低，通过排气口排入凝汽器，被冷却水冷却，凝结成水。凝结水集中在凝汽器的下部，由凝结水泵抽至低压加热器和除氧器。除氧后由给水泵升压，再由高压加热器加热，送入锅炉，循环发电。

说明火电厂水汽循环系统由于水的过程不同，水质差别很大。根据实际需要，我们经常给不同的名字。

1.原水：指未经处理的天然水(包括河流、湖泊、地下水等。)，是火电厂各种水的来源。

2.锅炉补给水：原水经过各种处理方法净化后，用于补充火力发电厂蒸汽和水损失的水分。

3.冷凝水：蒸汽在汽轮机中做功后凝结成的水。

4.排水：各种蒸汽管道和蒸汽设备中的蒸汽冷凝水。

5.给水：送入锅炉的水。

6.冷却水：用作冷却介质的水。

天然水中杂质的组成水是地面上分布最广的物质，几乎占据了地球表面的四分之三。存在于地球表面的河流、湖泊和海洋中的水称为地表水；存在于土壤和岩层中的水称为地下水。天然水是地下水和地表水。

天然水中的杂质种类很多，但很多情况下是由一些元素组成的酸、碱、盐等化合物，只有少数简单物质和其他复杂化合物。

水中的杂质按颗粒大小可分为三类：悬浮物、胶体和溶解物质。

1.悬浮物：指粒径为100nm~1m或以上的颗粒物。

水的混浊是由这些物质引起的。

2.胶体：指粒径约为1-100纳米的颗粒。

这些粒子比较面积大，表面活性明显，通过吸收大量离子而带电。由于同性相斥能在水中长期保持分散状态，不会自然沉降，所以天然水中的矿物胶体主要是铁、铝、硅的化合物，其次是水生动植物胶体腐烂分解形成的有机胶体，这是水体产生色、臭、味的主要原因之一。

3.溶解物质：指粒径小于1纳米的颗粒。

天然水中的大部分溶解物质是离子和一些溶解气体。离子物质的阳离子主要是钙、镁、钠、钾；阴离子主要包括碳酸氢根、硫酸根、氯离子和其他少量的硅酸根和硝酸根。气体杂质主要是O2和CO2。

水质指标水中杂质很多，需要一些特定的指标来表示水的质量。通常分为两类：一类是反映水中某些杂质含量的组分指标；比如溶解氧、钙离子等。另一种是为技术需要而人为拟定的反映水的某一方面特征的技术指标；如硬度、酸度等。

地表水和地下水的特点：地下水含盐量高，有机质少，水质清澈，浊度低。

地表水：含盐量低，有机质含量高，水质浑浊，浊度高。

水质差对火电厂的危害：热力设备结垢、燃料浪费、受热面损坏、机组效率降低、化学清洗次数增加、热力设备腐蚀、过热器和汽轮机积盐。

天然水中杂质的处理方法。悬浮物和胶体

协同凝集反应

天然水中的悬浮物大小不一，有些微小的颗粒在水中静置时间长了还会残留下来。通常情况下，单独过滤很难去除水中的微小悬浮物，更不用说胶体，而必须依靠过滤前的混凝。混凝就是在水中加入一种叫混凝剂的化学物质，它会使水中的细小颗粒变成大颗粒而下沉。混凝剂和水中的胶体带相反的电荷，这样加入的混凝剂可以吸附和中和水中的原胶体，使水中的原胶体生长并沉淀下来。

主要处理设备是澄清池：常用的有水力加速澄清池和机械搅拌澄清池。

1.2.过滤处理

天然水经过混凝后，虽然其大部分悬浮物已被去除，而且外观上往往清澈透明，但实际上水中不可避免地会残留少量悬浮颗粒，因此需要对悬浮物进行进一步处理，否则在进行离子交换处理时，会污染交换器，妨碍运行。

2.盐类：离子交换、反渗透、EDI。

也就是电厂的脱盐系统。补给水处理系统=预处理系统脱盐系统

2.1离子交换树脂脱盐

为了去除水中的离子杂质，现在最常用的方法是离子交换。这种方法可以彻底去除水中的离子杂质，从而制得非常纯净的水(纯水在25时电导率为0.055 s/cm，混床出水可达0.06 s/cm)。因此，它是火电厂炉水制备过程中必不可少的步骤。离子交换处理必须用一种叫做离子交换剂的物质进行。这种物质遇到水，可以把自己的离子和水中相同符号的离子交换。例如，当H型离子交换剂遇到含Na的水时，发生如下反应R-H Na R-Na H反应。水中的Na被吸附到交换剂上，交换剂变成Na型，而交换剂上原来的H跑到水中，水中的Na被除去。转换成Na型的交换剂可通过酸性溶液转换成H型离子交换剂，以便重复使用。

2.1.1离子交换树脂：用于离子交换的高分子化合物。

主要有两部分：一部分有一个叫离子交换剂骨架的聚合物结构，另一部分有可交换离子的基团(活性基团)，结合在聚合物骨架上。所谓骨架，是因为它有巨大的空间结构，支撑着整个大院，就像动物的骨架支撑着身体一样。一般高分子化合物是由许多低分子化合物首尾相连，连成一大串。这个结合过程叫做聚合。根据引入的活性基团，树脂可分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。

普通聚合制备的离子交换树脂是由许多不规则网络聚合物组成，类似凝胶，所以称为凝胶型树脂。这种树脂的缺点是抗氧化性和机械性能差，容易被有机物污染。一般孔径在1-2 nm，现在有大孔树脂，超凝胶树脂，均相树脂。

2.1.2离子交换树脂性能

物理性能：外观、粒度、密度、含水量、膨胀性、耐磨性、溶解性、耐热性、抗冻性、耐辐射性、导电性。

化学离子交换反应的可逆性，酸性，碱性，中和与水解，离子交换树脂的选择性和交换容量。装有阳树脂的设备称为阳床。装有阴树脂的设备称为阴床。装有阴、阳树脂的设备称为混床。

以水中阳离子为Na，阴离子为Cl-为例：

(阳离子树脂)R—H Na R—Na H

(阴离子树脂)R—OH Cl-R—Cl OH-

通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂交换的H2O

再生过程是上述过程的逆过程，再生后的废酸、废碱进入中和槽排出。

阳离子树脂失效时，Na先漏，阴离子树脂失效时，硅先漏。判断阳床和阴床故障，主要是监测硅和钠。此外，电导率作为一个判断指标可以快速反映设备的运行状态。

混合床可以进一步加深来自阴离子和阳离子床的流出物的脱盐。

脱盐设备的再生步骤一般分为：反洗、再生液进料、置换和冲洗。

2.2反渗透脱盐

对通过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，只能通过溶剂而不能通过溶质的薄膜一般称为理想半透膜。等体积的稀溶液(如淡水)和浓溶液(如盐水)放在半透膜两侧，稀溶液中的溶剂会自然穿过半透膜，自发流向浓溶液一侧。这种现象被称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液侧的液面高出一定高度，形成压力差，这就是渗透压。

反渗透是渗透作用的反向迁移运动。它是一种压力驱动的分离方法，通过半透膜的选择性截留将溶质从溶剂中分离出来。它已广泛应用于各种液体的净化和浓缩。最常见的应用实例是在水处理过程中，通过反渗透技术去除原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物和胶体，获得高品质的纯净水。

2.2.1渗透压取决于溶液的固有性质，即与浓缩液的种类、浓度、温度有关，而与半透膜的性质无关。

2.2.2按膜材料的化学成分，大致可分为醋酸纤维膜、芳香族聚酰胺膜和复合膜。

2.2.3反渗透术语解释

回收率是指膜系统中进水转化为产出水或渗透水的百分比。膜的设计基于预设的水质，浓水管道上的浓水阀可以调节和设定回收率。为了获得最大的产水量，常常期望回收率最大化，但其极限值应该是不会由于膜系统中的盐类等杂质过饱和而发生沉淀。

脱盐率——通过反渗透膜从系统进水中去除的总可溶性杂质浓度的百分比。

盐渗透率-脱盐率的相反值，是通过膜的流入液中溶解杂质的百分比。

Flow-Flow是指进入膜元件的水的流速，常以立方米每小时(m3/h)或加仑每分钟(gpm)表示。浓缩水流是指离开膜元件系统，不穿透膜的部分的“流入”流量。这种浓缩水含有从原水源带入的可溶性成分，通常以立方米每小时(m3/h)或加仑每分钟(gpm)表示。

通量——单位膜面积的渗透流速，通常用升/平方米/小时(L/m2h)或加仑/平方英尺/天(gfd)表示。

浓水——溶液中不透过膜的部分，如反渗透系统的浓水。

2.3电渗析脱盐技术

将离子交换树脂制成膜时，具有以下特点：阳离子交换膜(其不动的内层离子为负离子，因此在阳离子膜中产生负电场，溶液中的负离子被排斥)只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过；将隔膜做成电解槽的隔膜，即在隔膜两端加两个电极(正隔膜靠近阴极，负隔膜靠近阳极)，离子就会迁移(阴离子通过负隔膜到阳极，阳离子通过正隔膜到阴极)。这就是电渗析。

假设电解液是盐水溶液，阳极室(氯离子得到的电子变成氯，OH自由基变成氧)会变成酸性，阴极室(阴极与氢离子反应失去电子变成氢)会变成碱性。应注意阳极室附近阳极和隔膜的腐蚀。

其价格便宜，但脱盐率低。它广泛用于海水和苦咸水的淡化；制备纯水时的一次脱盐，锅炉和动力设备给水的脱盐和软化等。

2.4电脱盐(EDI)

EDI(电渗析)脱盐是使用混合离子交换树脂吸附进料中的阴离子和阳离子的过程

离子选择性膜与离子交换树脂具有相同的工作原理和原料，它们用于分离某些离子。如图4所示，阴离子选择性膜只允许阴离子通过而不允许阳离子通过，阳离子选择性膜只允许阳离子通过而不允许阴离子通过。通过将不同的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜放置在分层和框架式组件中，建立了平行和交替的淡水室和浓水室。离子选择性膜固定在惰性聚合物框架上。框架填充有混合树脂以形成淡水室，淡水室之间的层形成浓缩水室。

EDI模块的膜对置于两个电极之间，这两个电极向模块提供DC电场。在DC电场的驱动下，离子通过膜从淡水室转移到浓水室。所以当水流过淡水室时，逐渐达到无离子状态，这个水流就是产水。

EDI系统组成

EDI系统主要由以下部分组成：

1.电源

2.EDI组件

3.操纵室

4.工具

EDI模块的操作

EDI模块在运行时应首先注意以下几点：

(1)电压。

(2)电流强度。

(3)离子平衡和pH值。

EDI模块的维护

EDI系统的设计应尽量减少任何正常和连续操作期间模块所需的维护。然而，在EDI系统的运行过程中，当不满足进水规格或施加的电压不足时，一定的维护是必要的。

EDI模块的主要污染物为硬度沉淀、TOC有机物、颗粒和铁。

(1)硬度沉淀。如果EDI进水含有较多溶质，浓水室内可能会形成盐沉淀(如结垢)，产水水质会下降。如果进水硬度过高，溶解的CO2较多，pH值较高，沉淀率会大大增加。为了去除这些碳酸盐，必须用酸性溶液清洗浓水室。

(2)TOC有机污染。含有有机污染物的进水会污染和堵塞离子交换树脂和离子选择性膜，形成的膜层会严重影响离子迁移速率，从而影响产水水质。如果发生这种情况，必须用有机去除剂清洁淡水室。

(3)颗粒物污染。粗杂质颗粒会在EDI进水时部分堵塞进水水流，导致水流在模块间分配不均，从而导致模块性能降低。在EDI进水中，细小颗粒会污染树脂和浓水室。如果EDI水来自反渗透产水箱，而不是直接来自反渗透产水箱，则在水进入EDI模块之前，特别需要非常精细的预过滤器来过滤水。在安装EDI模块之前，最好用水冲洗管道系统，以防止颗粒杂质进入EDI模块。

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