温度对电厂锅炉补给水处理工艺影响的研究.pdf

2 0 1 3年 1 2月 第 4 1卷 第 6期 ( 总 第 2 2 9 期 ) De c 2 01 3 Vo1 41 No 6 ( S e r No 22 9) 温度对 电厂锅炉补给水处理工艺影 响的研究 Ef f e c t o f Te mp e r a t u r e o n B o i l e r M a k e u p W a t e r Tr e a t me n t P r o c e s s i n P o we r P l a n t 闰淑梅 ， 王 鑫 ( 1 吉林省电力勘测设计院， 长春 l 3 0 0 2 2 ； 2 国网吉林省电力有限公 司电力科学研究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘 要 ： 针对火电厂锅炉补给水处理工艺 的温度对处理效果的影响 ， 分 别对混凝 、 澄清 、 生化处理、 石灰软化 、 超滤 、 反渗透 、 离 子交换 及电除盐等工艺的处理效果随温度 的变化情况进行 了研究和总结 ， 指 出锅 炉补 给水系统的温度 经过技术 经济性 比较确定 的必要性 ， 为电厂锅炉补 给水处理工艺 的优化设计和运行管理 提供参考 。 关键词 ： 温度 ； 锅炉补给水 ； 处理工艺 中图分类号 ： T K2 2 3 5 文献标志码 ； B 文章编号： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 2 6 0 3 火 电厂锅炉补给水水质是影响热力设备安全、 经 济运 行 的重 要 因 素之 一 ， 如果 水 质不 合 格将 造 成 锅炉、 汽机结垢 、 腐蚀和积盐等后果 ， 长期在此状态 下运行 ， 轻则造成垢下腐蚀、 燃料浪费和缩短锅炉寿 命 ， 重 则 引 发胀 管 、 变 形或 爆 管 等严 重 事 故 ， 因此 锅 炉 补给水 处理 工作具 有 十分重要 的现 实意 义 。锅 炉补给水处理效果如何 ， 在很大程度上取决于水处 理方 法及处 理条 件 。 温 度是 水处理 的重要 条件 之一 ， 其变化直接影响水处理效果。 1 温度对 电厂锅炉补给水处 理的影 响 1 1 对 混凝 效果 的影 响 水温很低时 ， 混凝剂的水解反应速度降低 ， 混凝 效 果一 般很差 。 水 温影 响胶体 的布 朗运动 ， 亦 即影 响 脱 稳 胶 体微 粒 的移 动 速度 ； 水 温影 响混 凝 剂水 解 和 聚合的反映速度 ， 从而影 响形成的絮凝结构。 在烧杯 试验 中 ， 当水温 低 于 1 5 C时 ， 絮体 的形 成速 度慢 ， 体 积细 小 ， 外观疏 松 ， 多浮 于水 中。低温 时水 的粘度 增 大， 絮体沉降速度 随之降低 ， 其影响对铝盐尤为显 著。 冬季北方地区火电厂应对原水进行加热 ， 控制在 1 5 以上 ， 但过 高 的水 温增 加能 耗 ， 同 时 不容 易 稳 定 ， 温度 波动 范 围大 ， 反 而更容 易造 成“ 翻池 ” 。运 行 实践证明， 用铝盐对天然水进行混凝处理时， 最佳温 度 为 2 5 3 O ( 、 ； 用 铁 盐作 混凝 剂 时 ， 水温 对 混凝 效 果 的影 响相 对较 小 J 。 1 2对 沉淀软 化及 澄清处 理 的影响 水温 对石灰 处理 的软化 及 除碱效 果都有 较大影 响。水温升高可加快凝聚过程 ， 有利于絮凝 物的形 成 ， 水的粘度减小有利于颗粒沉降。 提高水温对石灰 处理是有利的， 不但使水中的残留碱度减低 ， 提高出 水 质量 还 可加快 沉淀 物的生 成和分 离 的过程 ， 使颗 粒沉 降速度 增加 。 混凝和沉淀过程在锅炉补给水预处理： 艺 中， 在同一个澄清池中完成 ， 澄清处理的技术特点是在 池 内维 持一 定 量 的悬 浮 泥渣 层 ， 与加 了混凝 剂 的原 水 一起 进行 混 合 、 反应 和 沉 淀从 而 获得 较 为理 想 的 处 理效 果 。澄清池 中水 温的波 动对 出水水 质有 较大 的影响， 提高水温可以改善澄清池的处理效果 和降 低药品的用量。 水温如果变动过快 ， 或者澄清池半壁 受到强烈的阳光照射 ， 则可能因高温和低温之间的 密度 差 而引起 异 重 流 ， 会 因局 部水 流 过快 而 使 出水 水流中夹带絮凝体。 1 3对生化 处 理的影 响 当锅 炉补 给水水 源为再 生水 及矿井 排水 等 回收 水 时 ， 由于 水 中有 机 物 含 量 较 高 ， 需 要 进 行 生 化 处 理 。 温度 是一个 重要 的生态 因子 ， 是影 响微 生物生 长 与存活的最重要 因素之一 ， 对生物个体的生长、 繁 殖、 新陈代谢及生物种群分布和种群数量起着决定 作 用 2 j 。根据 生 长温 度 特 性 ， 微 生 物 大 致 可 分 为 3 类 ： 高 温菌 、 中温菌 和低 温菌 。国 内外 大量 的理论 与 试验研 究表 明 ， 正 常水 处理条 件利 用的是 中温 菌， 在 l 5 3 5 ( 、 之 间有较 好 的活 性【1 ， 图 1 和 图 2分别 是 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - o 8 o 2 作者简介 ： 闫淑梅( 1 9 8 2 ) ， 女 ， 工程师， 从事 电力化学环保专业工作。 2 6 2 0 1 3年 1 2月 第 4 1卷 第 6 期 ( 总 第 2 2 9期 ) De c 2 O 1 3 Vo 1 4 1 No 6 ( S e r NO 2 2 9 ) 中温性细菌 比生长速率随温度的变化 曲线及温度对 酶促反应速度的影响曲线。 当水温低于 1 0 C或高于 3 5 C时， 微生物反应的速度明显降低 。 此外， 温度对 活性污泥的絮凝沉降性能、 曝气池充氧效率及水的 粘度都有较大影响。 温度升高使溶液的粘度降低 ， 进 一 步增 强微 生物 与有 机物 的接 触机会 。大部分 微 生 物分解有机物的过程都属于吸热过程， 在温度适当 升高的条件下 ， 可以促进生物处理过程的进行 ， 从而 有利 于对 C OD 和 B OD 的去 除 J 。 丑 O l 0 2 O 3 0 4 0 5 0 温度 图 1 中温性细菌生长速率和温度关系 图 2温 度 对 酶 促 反 应 速 度 的影 响 1 4对反 渗透 、 超滤 的影 响 a 进水温度是 反渗 透系统一个重要 的设计参 数 ， 水温对产水量和脱盐率都有明显的影响 ， 对膜的 化学稳定性有一定影响。 随进水温度 的升高 ， 反渗透 的脱 盐 率有 逐 渐 降低 的 趋 势 ， 而产 水 通 量则 几 乎 以 线性增加。 其原因是随着温度的升高， 水分子的粘度 降低 ， 通过膜微孔的渗透量增强， 因而产水通量会升 高。测试结果表明， 水温每提高 1 c， 水通量可以增 加 3 I- J ， 因此 ， 提 高原 水 温 度可 以增 加 膜 的产 水 通 量 ， 或者减少膜元件的数量， 降低设备投资费用。 b 超滤常作为反渗透的预处理工艺， 主要用于 除去 水 中的悬 浮物 、 胶体 、 微生 物 等杂质 。 在 电厂 ， 通 常采用超滤加反渗透加离子交换除盐的方式对来水 进行处理 ， 冬春两季水温可低达 O 5 C。水温较低 使超滤和反渗透膜滤孔变小 ， 膜的通水量随之减小 ， 废水排放量增加 ， 造成设 备压力上升， 影响使用寿 命 ， 因此系统设计 时必须充分考虑低温运行的影响， 配置的膜元件数量应该能够保证在最低设计水温运 行时， 产水量可 以达到设计值。某 电厂在进行反渗 透工程技改时， 膜元件 的数量按 2 5 C的水温配置， 计 算 出进 水压 力 为 1 6 MP a ， 而 系统 在冬 季 运行 时 水温只有 8 C， 进水压力必须提高至 2 0 MP a才能 达 到设计 的产 水量 。 结果 冬季 产水量 严重 不足 ， 系统 长期在高压力和高压差下运行 ， 不仅能耗高， 而且反 渗透膜的故障也很多 ， 增大了设备的维护量。 用于水处理的反渗透膜， 其使用温度一般不超 过 4 5 C。 如果 超温 运行 ， 将加 速膜 材料 的水解 速度 ， 使有机膜变软， 易于压实， 缩短膜的使用寿命。在工 程实践 中， 反渗透装置的进水温度一般控制在 1 5 2 5 C， 不宜超过 3 0 C； 另外， 随着温度的提高 ， 浓水 侧 的盐分 向淡水 侧 的 渗透 速 度也 会 加快 ， 因而 水 温 升高脱 盐率 会 降低 。 1 5对杀 菌效 果及 离子 交换速 度的 影响 a 膜元件使用过程 中容易滋生细菌 ， 常需要定 期清 洗并 添 加 杀菌 剂 ， 温 度对 杀 菌效 果 也有 一 定 的 影响， 温度过高或过低都会抑制微 生物的活动。 一般 情况下 ， 温度较高会使杀菌剂易于透过细胞壁发生 反应 ， 对杀 菌有 利 。 b 离子 交 换过 程 是 一种 动 力学 过 程 ， 包 括 交 换 离子 在边 界水膜 中的扩散 ( 简称 膜扩 散 ) 和 交换 离子 在树 脂颗 粒 内网孔 中的扩 散 等过 程【 。 提 高 温度 能 提 高离 子 的热 运 动速 度 并 降低 水 的粘 度 ， 同 时加 快 膜扩散速度和颗粒扩散速度 ， 因此提高水温对提高 离子交换速度是有利的。由于弱酸树脂本身的交换 速 度较 慢 ， 故水 温 对 弱 型树 脂 的影 响 比对 强 型树 脂 的影响更为明显。某些试验结果( 见图 3 ) 分别标明 了 2组 流速 一 定 的情 况 下 ， 不 同温 度 时离 子 交换 树 脂 交换容 量 的变化 趋势 。对 于 D1 1 1 树脂 ， 水 温提 高 1 ， 树 脂工作 交换 容量 约增加 2 5 mo l m。 。 对于 D1 1 3树脂 ， 由于交换速度 比 D1 1 1快 ， 水温对工作 交 换容量 的影 响较 小 ， 水 温每 升高 1 C， 工 作交 换容 量 增加 约 1 7 mo l m。 。 各种树脂有一定 的耐热温度 ， 水温过高会影响 树 脂 的热稳定 性 ， 超 过极 限温 度 ， 树脂 的热 分解很 严 重 。不 同树脂 的热稳定性不一样 ， 一般阳树脂可耐 1 0 0 C或更 高些 的温度 ， 如 Na型苯 乙烯 系弱酸 型 阳 树脂可在 1 5 0 C以下使用 ， 而 H型应在 1 0 0 1 2 0 C下使 用 ； 苯 乙烯 系 阴树 脂 ， 强碱性 的使用 温度不 超 过 5 o 6 0 C， 弱碱性的可在 8 0 C 下使用 ； 丙烯酸系 2 7 6 4 3 2 l O 0 O O 0 5 4 3 2 0 蝗专 幂 2 0 1 3年 1 2月 第 4 1卷 第 6期 ( 总第 2 2 9期 ) De C 2 01 3 Vo I 4 1 No 6 ( Se r No 2 2 9) 4l 1( ) 0 3 5 0 0 3() f )0 2 5 0 0 2() () 0 I 5 0 0 l( ) 0 0 5 0 0 ( ) 一【 1 1 0 0 1 f ) 2 0 3 04 均 f n水碱度 进 水碱发 图 3 温 度 对 离 子 交 换 容量 的影 响 强碱 阴树脂 的使用温 度应低 于 3 8 ( 、 1 。 6对 离子 交换树 脂再 生的影 响 树 脂再 生 反应 是 离子 交 换反 应 的 逆反 应 反应 速度 也 是 由离 子 的扩 散决 定 的。 提高再 生液 的温度 ， 可加 快 离子 的扩散 速度 ， 提高再 生质 量 ， 尤 其对 阴树 脂效 果更 为 显 著 。Na犁 强 酸树 脂 一 般 在 常温 下 雨 而对 H 型树 脂 ， 如 加 热 到 4 0 C再生 ， 可 以更 有 效 清 除树脂 中 的铁 、 钢 及其氧 化物 。 对氯 型 、 硫酸 型 、 碳酸 型 阴树脂 ， 提 高再 生液温 度效果 不大 ， 但对硅 酸 型 阴树 脂 的洗脱 率 u f 明 显提 高 。实验 证 明 ， 强 碱 阴树脂 使用较 高 温度 的再生液 再生 可 以大 大提 高硅 酸 的洗脱 率 ， 使下 一 个运 行周期 中 出水 S i ( ) ： 含 量 明 显 降低 。如将 质量 分数 2 浓度 的 Na OH， 从 1 6 C 加 温 到 3 5 C， 再 生 强碱 性 ( 型 ) 阴离子 交换 树 脂 再生 液 温 度 l 6 C时 ， 交 换 时 问为 】 0 0 rai n ， 硅 酸 的 洗 脱率 只有 5 0 ， 而 温度 加热 到 3 5 时 ， 硅酸 的洗 脱 率就 可 以达 到 1 O 0 。再生 和清洗 的最 佳温 度 对 于 l 型强 碱性 阴 树脂 为 3 5 5 O C， 型 为 ( 3 5 3 ) ( 、 ， 弱碱树 脂 为 2 5 3 O C。树脂 再生 时通 常采用 表 面式换 热器加 热再 生液 ， 而不宜 采用 蒸汽 直接加 热 ， 以免 局 部温 度 过 高造 成管 件 变形 ， 再 生 液流 量 波 动 较大 ， 浓度 配 比不 稳定 等 。 1 7对除碳 及 电除盐 的影 响 a 除 ( ： ( ) 效 果 与水 温有 关 ， 水 温 越 高 ， C O 在 水 中 溶解 度越 小 。表 1为不 同温 度 下 水 中残 留 的 ( 、 ( ) ! 含 量 。 b 电除 盐 ( E DI ) 作 为一 项 新 型 的 水处 理 技 术 ， 系统运行中的主要影响因素包括进水电导率、 进水 流量 、 电 难 与电流 、 水 的 p H 值 、 温度 及 压 力 的影 响 等 】 。其 中进 水 温度 对 E D I 系 统压 力 、 产水 电阻都 有直 接 影 响 ， 一 般 要求进 水 温度 在 l 5 3 5 C， 最佳 温度在 2 5 ( 、 左 右 。温度 的降低会 使水 的活性 降低 、 水 的粘 性增 加 、 离 子迁 移 减弱 、 系统 压力 上 升 ， 离 子 R 和填充树脂及膜 的交换速度降低 ， 浓差极化成为影 响 速度 的瓶 颈 ， 而 且膜 的交 换 能 力一般 也 随 着 温度 的下降而降低。 如果温度上升， 则会表现出大致相反 的现象 。 表 1 水中残留的 C O2 与水温的关系 水温 ( 、 1 o 2 0 3 0 4 0 5 0 2 结束语 温 度对 电厂锅 炉补给 水处理 系统 的各个 环节 都 有一 定 的影 响 ， 因此 在选 择 锅炉 补 给水 处 理 工艺 及 设 备选型 时 ， 一定 要考 虑水温 度的影 响 因素 ， 提 高进 水温度一般对锅炉补给水处理工艺有利 ， 但温度也 不宜太高 ， 如反渗透、 离子交换等都有一定 的极限温 度 ， 超过这一 温度， 膜元件 和离子交换树脂就会水 解 ， 从而导致产水水质变坏， 因此 ， 必须在系统工艺 的温度 适用 范 围 内 ， 经 过 经济 性 和技 术 性 比较 来 确 定系统的最佳温度 。目前常用的加热器主要有混合 式 加热器 、 表 面式 加热 器等 。 选择何 种加 热设 备应根 据 热源 ( 电厂 一般为 蒸汽 ) 性 质及 水处理 系统 的技术 要求决定 。 对于一些小型以供热为主的热电厂 ， 可以 利 用凝 汽器 内乏汽余 热来 加热 生水 J 。 参考文献 l 1 _ E 淑勤 ， 赵毅 电厂化学技术E M 北 京 ： 中国电力 出版 社 ， 2 0 0 6 2 钱程 ， 任 丽波 ， 姚瑶 寒冷地 区冬季低温对 污水处理 厂 运 行效 率 的影响研 究 J 环 境科学 与管 理 ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 5) ： 84 8 6 ， 3 杨淑萍 污水处理厂运行 温度对污水处理 效果的影 响 j 现代农业科技 ， 2 0 1 2 ， ( 1 0 ) ： 2 7 4 2 7 5 4 李 明 电力行业节 水新 技术新方法与 资源控制实务 全 书 M 北 京 ： 中国电力科学出版社， 2 0 0 6 5 王灿发 ， 汤志勇 ， 范鸿华 离子交换树脂在 废水处 理 中 的应用 J 科技资讯 ， 2 O O 8 ， ( 2 5 ) ： 8 4 8 5 6 黄 小群 影 响离子交换器再 生效果 因素的探讨 J 山 东理工 大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 1 2 ， 2 6 ( 3 ) ： 1 0 8 l O 9 7 李 艳萍 ， 周广智 E D I 水处 理技 术及其 在 电厂 的应用 华北 电力技术 ， 2 0 0 3 ， ( 1 1 ) ： 3 5 3 7 8 沈继军 ， 支华 。 李 德荣 浅谈 生水加热 器运行 方式 J 东北电力技术 ， 2 0 0 6 ， ( 2 ) ： 5 卜5 2 ( 编辑韩桂春 )