電廠化學基礎知識
火電廠集控運行
火電廠集控運行知識
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一、火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程
燃料進入爐膛后燃燒，產(chǎn)生的熱量將鍋爐里水加熱，鍋爐內(nèi)的水吸熱而蒸發(fā)，最后變成具一定溫度、壓力的過熱蒸汽，這種高溫高壓蒸汽經(jīng)管道送往汽輪機，使汽輪機轉子旋轉，汽輪機轉子帶動發(fā)電機轉子一同高速旋轉，從而發(fā)出電來。 所以火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程主要就是一個能量轉換過程，即燃料化學能---熱能—機械能--電能。最終將電發(fā)送出去。
高溫高壓蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹做功后，壓力和溫度降低，由排汽口排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結成水，凝結水集中在凝汽器下部由凝結水泵打至低壓加熱器和除氧器，經(jīng)除氧后由給水泵將其升壓，再經(jīng)高壓加熱器加熱后送入鍋爐，如此循環(huán)發(fā)電。
由于水在熱力發(fā)電廠中水汽循環(huán)系統(tǒng)中所經(jīng)歷的過程不同，水質有較大的差別。根據(jù)實際需要，我們常給予不同的名稱。
1、原水：是指未經(jīng)過任何處理的天然水（包括江河、湖、地下水，等等），它是熱力發(fā)電廠中各種水的來源。
2、鍋爐補給水：原水經(jīng)過各種處理方法凈化處理后，用來補充熱力發(fā)電廠中汽水損失的水。
3、凝結水：在汽輪機中做功后的蒸汽經(jīng)冷凝成的水。
水是地面上分布最廣的物質，幾乎占據(jù)著地球表面的四分之三。存在于地球表面的江河、湖泊和海洋的水稱為地表水；存在于土壤和巖層中的水，稱為地下水。天然水分為地下水和地表水。
天然水中雜質多種多樣，但多種情況下，都是有一些元素組成的酸堿鹽之類的化合物，只有少量單質和其它復雜化合物的形態(tài)
水中雜質分類按粒徑大小可分為三類：懸浮物、膠體和溶解物質
1、懸浮物：是指顆粒直徑在100nm~1μm以上的顆粒物質。
水發(fā)生渾濁現(xiàn)象都是由此類物質造成的。
2、膠體：是指顆粒直徑大約在1—100nm之間的顆粒。
這些微粒的比較面積很大，具有明顯的表面活性，因吸附多量離子而帶電，由于同性相斥能在水中長期保持分散狀態(tài)不會自然沉降，天然水中的礦物質膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物，其次是水生動植物膠體腐爛和分解而成的有機膠體，它是使水體產(chǎn)生色、臭、味的主要原因之一。
天然水中的溶解物質大都為離子和一些溶解氣體。離子態(tài)物質陽離子主要是鈣、鎂、鈉和鉀；陰離子主要有碳酸氫根、硫酸根、氯根、及其它少量硅酸根、硝酸根。氣體雜質主要是O2 、 CO2。
水中有許多雜質這就需要有一些特定的指標表示水質的好壞。通常分為兩類：一類是反映水中某種雜質含量的成分指標；例如，溶解氧、鈣離子等等。另一類是為了技術上的需要而人為擬定的，反映水中某一方面特性的技術指標；例如：硬度、酸度等等。
熱力設備的結垢、浪費燃料、受熱面損壞、降低機組效率、增加化學清洗次數(shù)、熱力設備的腐蝕、過熱器和汽輪機積鹽
混凝、澄清、過濾去除；亦即電廠中的預處理系統(tǒng)，水的預處理是在水除鹽處理之前，預先進行初步處理，以便在水的精處理時取得良好效果。
天然水中的懸浮物大小不一，靜置時間很長仍有一部分微小的顆粒殘留在水中。通常的單獨過濾很難清除水中微小懸浮物更不能清除膠體，而必須依靠混凝后在過濾?；炷幚砭褪窍蛩型都右环N名為混凝劑的化學藥品，他會使水中細小微粒變成大顆粒而下沉，混凝劑與水中膠體帶相反電荷，利用投加的混凝劑與水中原有的膠體發(fā)生吸附電中和作用使水中原有膠體長大沉降下來。
主要的處理設備是澄清池：常用的有水力加速澄清池、機械攪拌澄清池等。
天然水經(jīng)過混凝處理后，雖然已經(jīng)將其大部分懸浮物除掉，從外觀上看也常常是清澈透明的，但在實際上水中免不了殘留少量的懸浮顆粒所以還需進一步對懸浮物進行處理，否則，當進行離子交換處理時，會污染交換劑，妨礙運行。
亦即電廠中的除鹽系統(tǒng)。補給水處理系統(tǒng)=預處理系統(tǒng)+除鹽系統(tǒng)
為了除去水中的離子態(tài)雜質，現(xiàn)在采用的最普遍的方法是離子交換。這種方法可以將水中的離子態(tài)雜質清除的比較徹底，因而能制得很純的水（純水25℃時電導率為0.055μs/cm，混床出水可以達到0.06μs/cm）。所以，在熱力發(fā)電廠中鍋爐用水的制備工藝中，它是一個必要的步驟。離子交換處理，必須用一種稱作離子交換劑的物質來進行。這種物質遇到水時，可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號的離子相互交換。如H型離子交換劑遇到含有的Na+水時，就會發(fā)生下列反應R—H+ Na+→R—Na+H+ 反應結果，水中的Na+被吸著到交換劑上，交換劑變成Na型，而交換劑上原有的H+跑入水中，水中的Na+被除去了。轉換成Na型的交換劑，可以用酸溶液通過的方法，使其變成H型離子交換劑，以便重復使用。
2.1.1離子交換樹脂：用來進行離子交換的高分子化合物。
主要有兩部分組成：一部分具有高分子結構形式稱為離子交換劑骨架，另一部分是帶有可交換離子的基團（活性基團），它們化合在高分子骨架上。所謂骨架是因為它具有龐大的空間結構，支持著整個化合物，就像動物的骨架支持著肌體一樣。高分子化合物一般是由許多低分子化合物頭尾相結合、連成一大串而成的，此化合過程稱為聚合。根據(jù)引入的活性基團不同，可將樹脂分為陰、陽離子交換樹脂。
用普通聚合法制成的離子交換樹脂都是由許多不規(guī)則的網(wǎng)狀高分子構成的，類似凝膠，故稱為凝膠型樹脂。這種樹脂的缺點是抗氧化性和機械性較差，易受有機物污染等。一般孔徑為1—2nm，現(xiàn)在有大孔樹脂，超凝膠樹脂， 均粒樹脂。
物理性能 外觀、粒度、密度、含水率、溶脹性、耐磨性、溶解性、耐熱性、抗凍性、耐輻射性、導電性
化學性能 離子交換反應的可逆性、 酸、堿性、 中和與水解、離子交換樹脂的選擇性、交換容量裝有陽樹脂的設備稱為陽床。裝有陰樹脂的設備稱為陰床。裝有陰、陽樹脂的設備稱為混床。
再生過程為上述過程的逆過程，再生出來的廢酸、堿進入中和池排掉。
陽樹脂失效時首先漏Na，陰樹脂失效時首先漏硅，判斷陽、陰床失效主要是以監(jiān)督硅、鈉為主，另外導電度作為一個判斷指標能迅速反映出設備運行狀況。
除鹽設備的再生步驟一般分為：反洗、進再生液、置換、沖洗
對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。當把相同體積的稀溶液（例如淡水）和濃溶液（例如鹽水）分別置于半透膜的兩側時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側流動，這一現(xiàn)象稱為滲透，當滲透達到平衡時，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓。
反滲透是滲透的一種反向遷移運動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截流作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應用實例便是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。
2.2.1滲透壓的大小取決于溶液的固有性質，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關而與半透膜的性質無關。
2.2.2按膜材料的化學組成大致可分為：醋酸纖維膜、芳香聚酰胺膜和復合膜。
回收率—指膜系統(tǒng)中給水轉化成為產(chǎn)水或透過液的百分率。膜系統(tǒng)的設計是基于預設的進水水質而定的，設置在濃水管道上的濃水閥可以調節(jié)并設定回收率。回收率常常希望最大化以便獲得最大的產(chǎn)水量，但是應該以膜系統(tǒng)內(nèi)不會因鹽類等雜質的過飽和發(fā)生沉淀為它的極限值。
脫鹽率—通過反滲透膜從系統(tǒng)進水中除去總可溶性的雜質濃度的百分率。
透鹽率—脫鹽率的相反值，它是進水中溶解性的雜質成分透過膜的百分率。
流量—流量是指進入膜元件的進水流率，常以每小時立方米數(shù)(m3/h)或每分鐘加侖數(shù)表示(gpm)。濃水流量是指離開膜元件系統(tǒng)的未透過膜的那部分的“進水”流量。這部分濃水含有從原水水源帶入的可溶性的組份，常以每小時立方米數(shù)(m3/h)或每分鐘加侖數(shù)表示(gpm)。
通量—單位膜面積上透過液的流率，通常以每小時每平方米升數(shù)(L/m2h)或每天每平方英尺加侖數(shù)表示(gfd)。
濃 水—未透過膜的那部分溶液，如反滲透系統(tǒng)的濃縮水。
離子交換樹脂制作成膜狀，則有如下特性：陽離子交換膜（其不可移動的內(nèi)層離子為負離子，由此陽膜中產(chǎn)生負電場，溶液中負離子受到排斥），只容許陽離子透過，陰離子交換膜只容許陰離子透過；將膜做成電解槽的隔膜，即在膜片兩端加兩個電極（陽膜靠近陰極，陰膜靠近陽極），則離子就會發(fā)生遷移（陰離子透過陰膜到陽極處，陽離子透過陽膜到陰極處），這就是電滲析。
假設電解質為食鹽水溶液，則陽極室（氯離子得到電子變?yōu)槁葰狻H根變?yōu)檠鯕猓⒆優(yōu)樗嵝?、陰極室（陰極反應氫離子失去電子變?yōu)闅錃猓⒆優(yōu)閴A性。應注意陽極和陽極室附近膜的腐蝕問題
它的價格便宜，但脫鹽率低。它廣泛被用于海水與苦咸水淡化；制備純水時的初級脫鹽以及鍋爐、動力設備給水的脫鹽軟化等。
EDI(電滲析)除鹽，是利用混合離子交換樹脂吸附給水中的陰、陽離子，同時這些被吸附的離子又在直流電壓的作用下，分別透過陰、陽離子交換膜而被去除的過程。這一過程中離子交換樹脂是被電連續(xù)再生的，因此不需要使用酸和堿再生。EDI裝置應用于反滲透系統(tǒng)之后，取代了傳統(tǒng)的混合離子交換裝置，能生產(chǎn)穩(wěn)定的去離子水。
EDI工藝采用一種離子選擇性膜和離子交換樹脂夾在直流電壓下兩個電極之間，在兩極間的直流電源電場從反滲透預處理過的水中去除離子。
離子選擇性膜同離子交換樹脂有著相同的工作原理和原材料，它們用于將某種特定的離子進行分離。如圖4所示,陰離子選擇性膜只允許陰離子透過而不能透過陽離子，陽離子選擇性膜只允許陽離子透過而不能透過陰離子。通過在一個層狀、框架式的組件中放置不同的陰離子選擇性膜和陽離子選擇性膜，就建立了并列交替的淡水室和濃水室。離子選擇性膜被固定在一個惰性的聚合體框架上，框架內(nèi)裝填混合樹脂就形成了淡水室，淡水室之間的層就形成了濃水室。
EDI模塊的膜對放置在兩個電極之間，這兩個電極提供直流電場給模塊。在直流電場的推動下，離子通過膜從淡水室被輸送到濃水室。因此，當水通過淡水室流動時，逐步達到無離子狀態(tài)，這股水流就是產(chǎn)水。
EDI系統(tǒng)的設計應最大限度地減少任何正常和持續(xù)的操作過程中模塊所需的維護。但是EDI系統(tǒng)運行過程中，當不符合進水規(guī)范或者所加電壓不夠時，一定的維護還是必要的。
EDI模塊的主要污染物是硬度沉淀、TOC有機物、顆粒和鐵。
(1)硬度沉淀。如果EDI進水的中含有較多的溶質，就可能在濃水室中形成鹽的沉淀(如結垢)，結果產(chǎn)水水質就會下降。如果進水硬度過大、溶解的CO2較多和較高的pH值，將會使沉淀速度大大增加。要去除這些碳酸鹽，濃水室必須用酸性溶液進行清洗。
(2)TOC有機物污染。含有有機污染物的進水會污染阻塞離子交換樹脂和離子選擇性膜，形成的薄膜層嚴重影響離子遷移速率，從而影響產(chǎn)水水質。如果發(fā)生這種情況，淡水室就必須用有機物去除劑進行清洗。
(3)顆粒污染。粗的雜質顆粒在EDI進水時會造成進水水流部分阻塞，引起模塊之間水流分配不均勻，從而導致模塊性能降低。在EDI進水中，細小的顆粒會污染樹脂和濃水室。如果EDI進水來自反滲透的產(chǎn)水箱而不是直接來自反滲透產(chǎn)水時，進入EDI模塊之前特別需要一個非常微細的前置過濾器先將水過濾。在EDI模塊安裝之前，最好先用水將管道系統(tǒng)沖洗干凈，以防顆粒雜質進人EDI模塊。
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