电厂用水的类别及水质指标.docx

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电厂用水的类别及水质指标

一、火力发电厂用水的分类

由于水在火力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同，其水质常有较大的差别，热力设备用水大致可分为：

原水、补给水、给水、锅炉水、排污水、凝结水、疏水、返回凝结水、冷却水等。

1、原水：

原水是未经任何处理的天然水（如江河水、湖水、地下水等）。

在火力发电厂中，原水是制取补给水的水源，也可以用来冲灰渣或作为消防用水。

一般取自自备水源（地表水或地下水）或城市供水网。

2、补给水：

原水经过各种水处理工艺处理后，成为用来补充火力发电厂汽水损失的锅炉补给水。

锅炉补给水按其净化处理方法的不同，又可分为软化水、蒸馏水或除盐水等。

3、给水：

经过各种水处理工艺处理后送进锅炉的水成为给水。

凝汽式发电厂的给水主要由汽轮机凝结水、补给水和各种疏水组成；热电厂的给水中还包括返回凝结水。

4、锅炉水：

在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水称为锅炉水。

5、排污水：

为了防止锅炉结垢和改善蒸汽汽质，用排污的方法排出一部分含盐量高的锅炉水，这部分排出的锅炉水称为排污水。

6、凝结水：

锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功后，经冷却水冷凝成的水称为凝结水。

这部分水又重新进入热力系统，成为锅炉给水的主要部分。

7、疏水：

在热力系统中，进入加热器的蒸汽将给水加热后，由这部分蒸汽冷凝下来的水，以及在停机过程中，蒸汽系统中的蒸汽冷凝下来的水都称为疏水。

所有疏水经疏水器汇集到疏水箱，符合水质要求的，作为锅炉给水的一部分返回热力系统。

由于火力发电厂（尤其是热电厂）的疏水系统比较复杂，一般在水汽循环的主要系统中不表示出来，另行阐述。

8、返回凝结水：

热力发电厂向热用户供热后，回收的蒸汽凝结成水，称为返回凝结水（也称返回水）。

其中又有热网加热器凝结水和生产返回凝结水之分。

9、冷却水：

蒸汽在汽轮机中做完功以后，通常通过水冷，闭式水系统的冷却通常也需要水冷，这两部分水称为冷却水。

一般说的冷却水主要是指这两部分。

二、天然水中水中杂质（离子和主要化合物）

天然水中的杂质可按其分散颗粒的大小分为：

悬浮物、胶体和溶解物质。

悬浮物是粒径10–4mm以上的粒子，它们在水中不稳定，可在重力或浮力的作用下去除，常为砂、粘土类化合物及动植物类的产物；胶体的粒径在10–6～10–4mm，常为不溶于水的分子所组成，胶体粒子比表面大、活性大并带有负电荷，它们常是铁、铝、硅的无机化合物和有机胶体，胶体可用混凝、澄清与过滤工艺去除；溶解物质是指粒径小于10–6mm的离子和一些溶解气体，采用离子交换、电渗析、反渗透的工艺可将其去除，水中的二氧化碳、氧气等溶解气体也是水处理工艺需除去的杂质。

1、水中的离子态杂质

天然水中的离子按其含量而可为三类，如表1–1，其中含量最高的第I类离子是水处理过程中需要净化的主要对象。

表1–1天然水中的离子

类别

阳离子

阴离子

含量范围

名称

符号

名称

符号

钙离子

镁离子

钠离子

钾离子

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

碳酸氢根

氯离子

硫酸根

Cl–

自几个mg/L

至几万mg/L

铁离子

锰离子

铵离子

Fe2+

Mn2+

氟离子

硝酸根

碳酸根

F–

自十分之几mg/L

至几个mg/L

III

铜离子

锌离子

镍离子

钴离子

铝离子

Cu2+

Zn2+

Ni2+

Co2+

Al3+

硫氢酸根

硼酸根

亚硝酸根

溴离子

碘离子

磷酸氢根

磷酸二氢根

HS–

BO–2

Br–

I–

小于十分之一mg/L

2、水中的主要化合物

2.1碳酸化合物

在天然水中，含量最大的杂质常常是碳酸的盐类。

碳酸是由二氧化碳与水作用而形成，在水中碳酸化合物可以四种形态存在：

溶于水中的气体态（CO2）、碳酸的分子态（H2CO3）、碳酸氢根（HCO–3）和碳酸根（CO2–3）离子态。

碳酸化合物的这四种形态随水的pH值而相互转化。

图1–1表示出在不同pH值时各自的相对含量。

图1–1水中各种碳酸化合物的相对量和pH的关系（25℃）

由图可见，在pH8.35以下，碳酸化合物主要是碳酸氢根和水中游离的二氧化碳，若pH降至4.3以下时，碳酸化合物均以二氧化碳的形态存在，此时若采用吹脱原理则很容易除去。

另外，大多数天然水的pH值低于8.35（聊城电厂黄河水为7.50～8.20）所以其碳酸化合物主要是碳酸氢根（HCO–3）。

随着pH的升高，水中碳酸根的百分比逐渐增加，当pH＞12以后，则主要以碳酸根的形态存在，所以炉水中常保持一个碱性环境以避免游离二氧化碳的腐蚀，无疑是其中的原因之一。

2.2硅酸化合物

硅酸是一种比较复杂的化合物，它的形态很多，在水中有离子态，分子态以至胶态。

硅酸的通式为xSiO2·yH2O，当x和y均等于1时，分子式可写成H2SiO3，称为偏硅酸；当x=1，y=2时，分子式为H4SiO4，称为正硅酸，当x＞1时，硅酸呈聚合态，称为多硅酸。

当硅酸的聚合度增大时，它会由溶解态转化成胶态，当其浓度较大时，会呈凝胶状自水中析出.。

当pH值不很高时，溶于水的二氧化硅主要呈分子态简单硅酸，书中均以偏硅酸（H2SiO3）来讨论。

硅酸的酸性很弱，电离度不大，所以当纯水中含有硅酸时不易用pH或电导率检测出来。

二氧化硅的溶解度随pH值变化的关系可由图1–2来表征。

图1–2SiO2的溶解度

图1–2表明，当pH值在9以下时，SiO2的溶解度是恒定的。

其原因为，在此条件下离子态HSiO3-的量非常少，水中硅酸化合物几乎都呈分子态H2SiO3，而水中可溶解的分子态H2SiO3的量是恒定的。

当pH值增大到超过9时，SiO2的溶解度就显著地增大，因为此时H2SiO3电离成HSiO3-的量增多，所以溶解的SiO2除了会生成H2SiO3外，还要生成大量的HSiO3-。

当pH值较大，且水中溶解的硅酸化合物量较多时，它们会形成多聚体，图1–2的虚线称为单核墙，它表示多聚体量达单体量

的情况，阴影部分表示水中溶解的多聚体已超过

。

天然水中硅酸化合物含量一般在1～20mg/LSiO2的范围内，地下水有的高达60mg/L。

硅酸化合物的这许多形态会影响到它的测定方法。

通常采用的钼蓝比色法能测得的只是水中分子量较低的硅酸化合物。

至于分子量较大的硅酸，有的不与钼酸反应，有的反应缓慢。

根据此种反应能力的不同，水中硅酸化合物可分成两类。

那些能够直接用比色法测得的称为活性二氧化硅（简称活性硅），不能直接测得的称为非活性二氧化硅（简称非活性硅）。

在火力发电厂中，水中硅酸化合物是有害的物质。

当锅炉水中铝、铁和硅的化合物含量较高时，会在热负荷很高的炉管内形成水垢。

在高压锅炉中，硅酸会溶于蒸汽，随之带出锅炉，最后沉积在汽轮机内，引起故障。

所以，硅化合物是需处理的主要以象之一。

2.3铁的化合物

在天然水中铁是常见的杂质。

水中的铁有亚铁（Fe2+）和高铁（Fe3+）两种。

在深井水中，因溶解氧的浓度很小和水的pH值较低，水中会有大量Fe2+存在，有多达10mg/L以上的，这是因为常见的亚铁盐类溶解度较大，水解度较小，Fe2+不易形成沉淀物。

当水中溶解氧浓度较大和pH值较高时，Fe2+会氧化成Fe3+，而Fe3+很易水解，从而转变成Fe（OH）3沉淀物或胶体。

当pH≥8时，水中亚铁离子（Fe2+）被溶解氧氧化的速度很快。

反应如下：

4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH–

Fe3++3H2O→Fe（OH）3↓+3H+

锅炉给水携带铁的氧化物会引起锅内生成氧化化铁垢。

必须注意，净水设备和热力设备的腐蚀，也有可能使给水带铁入锅炉，所以还应搞好设备防腐，以防止水质重新污染。

2.4氮的化合物

在天然水中有时含有氮的无机化合物，如NH4+、NO2–和NO3–。

它们的主要来源为动植物的各种含氮有机物，以及随工业排水混入的NH4+。

随污水带入水源的含氮有机物（如蛋白质、尿素等），在微生物的作用下会逐渐分解，生成组成较简单的氮化合物。

在没有氧存在的情况下，氨是有机氮分解的最终产物；如果水中有氧，则在细菌参与下，能使氨继续分解，逐步转变成亚硝酸盐或硝酸盐。

为此，根据天然水中各种含氮化合物的相对含量，可以推测此水被有机物污染的时期。

如果NH4+含量百分率较大，则表示被污染的时期不长；反之，如NO3-含量的百分率较大，则表示被污染已很久。

三、火力发电厂用水的水质指标

不同用途的水，常有不同的水质要求，这就需要采用不同的水质指标。

水质指标可用水中杂质的组成表示，也可以根据技术上的需要专门拟定，这种专门拟定的指标称之为技术指标。

表1–2即为电厂水处理中常用的水质指标，其中自悬浮物至稳定度都是技术指标。

表1–2水质指标及常用单位

水质指标

常用单位

水质指标

常用单位

水质指标

常用单位

悬浮物

mg/L

化学耗氧量

mg/L

磷酸根

mg/L

浑浊度

FTU

生物需氧量

mg/L

硝酸根

mg/L

透明度

含油量

mg/L

亚硝酸根

mg/L

含盐量

mg/L

稳定度

钙

mg/L

溶解固体物

mg/L

二氧化碳

mg/L

镁

mg/L

灼烧残渣

mg/L

溶解氧

mg/L

钾

mg/L

电导率

μs/cm

碳酸氢根

mg/L

钠

mg/L

碱度

mmol/L

碳酸根

mg/L

氨

mg/L

硬度

mmol/L

氯离子

mg/L

铁

mg/L

碳酸盐硬度

mmol/L

硫酸根

mg/L

铝

mg/L

非碳酸盐硬度

mmol/L

二氧化硅

mg/L

电力生产中，常用的主要技术指标的意义如下：

1.溶解固形物和含盐量

溶解固形物是指水中除溶解气体之外各种溶解物的总量。

它除了包括全部阴、阳离子外，还应加上非离子态的二氧化硅、铁铝氧化物和有机物的的含量。

含盐量表示水中溶解盐类的总和，它可通过水质全分析后将阴、阳离子全部相加而得。

含盐量有两种表示方法：

其一是摩尔表示法，即将水中各种阳离子（或各种阴离子）均按带一个电荷的离子为一个基本单元，计算其含量（mmol/L），然后将它们全部相加；其二是重量表示法，即将水中各种阴阳离子的含量换算成mg/L，然后全部相加。

2.悬浮物与浊度

水中悬浮物是各种水处理工艺中都需监督的项目。

悬浮物的含量可以用重量分析法来测定，但此法需要将水过滤，滤出的悬浮物需经烘干和称量等手续，操作麻烦、准确度低，不宜用作现场运行的监督指标，所以，通常采用较易测量的“浊度”作为衡量悬浮物的指标。

浊度一般用来衡量水中悬浮物和胶体物质的大致含量。

浊度表征溶液对光的散射性，其测定方法为：

将样品在90°角度下的散射光强度与用标准溶液在同样条件下的散射光强度相比较。

此种测定常采用装有光电池的仪器（如激光浊度仪）来测定。

3.碱度和酸度

3.1碱度水的碱度是指水中含有能接受氢离子物质的量。

天然水中碱度主要由重碳酸根所组成。

因为碱度是用酸中和的办法来测定的，所以采用的指示剂不同，滴定终点也不同，所测得的物质也不同。

当用酚酞作指示剂时，终点pH为8.1～8.3，水中的氢氧根被中和成水，碳酸根中和成碳酸氢根，用酚酞作指示剂时测得的碱度称为酚酞碱度（PA）。

当用甲基橙作指示剂时，终点pH为4.3～4.5，水中氢氧根中和成水、碳酸根和碳酸氢根中和成碳酸，用甲基橙作指示剂时测得的碱度称为甲基橙碱度（MA）。

通过；酚酞碱度（PA）和甲基橙碱度（MA）可算出水中氢氧根、碳酸根和碳酸氢根的含量。

3.2酸度水的酸度是指水中含有能接受氢氧根离子的物质的量。

可能形成酸度的物质有强酸，强酸弱碱盐、酸式盐和弱酸。

4.硬度

硬度是指天然水中多价阳离子的总浓度，对天然水来说主要是钙、镁离子，故水的硬度也就表示水中钙、镁离子之和。

硬度可分为以下两种：

4.1碳酸盐硬度碳酸盐硬度是指水中钙、镁的碳酸氢盐、碳酸盐之和。

但由于天然水中碳酸根的含量非常少，所以一般将碳酸盐硬度看作钙、镁的碳酸氢盐。

碳酸盐硬度又被称作暂时硬度，这是由于水长时间煮沸后，水中重碳酸钙和重碳酸镁会分解产生碳酸钙和氢氧化镁沉淀，使碳酸盐硬度消失，所以被称作暂时硬度。

4.2非碳酸盐硬度水的总硬度和碳酸盐硬度之差是非碳酸盐硬度，它们是钙、镁的氯化物和硫酸盐等。

它在水沸腾时不能被除去，所以又被称为永久硬度，其值近似等于非碳酸盐硬度。

为了使水质满足各种用途的要求，在进行水处理前必须对水进行取样和分析。

表1–3列出了通常分析的项目及其存在的危害和处理方法，根据需要及水质的特点在必要时可增加分析项目。

5.电导率

衡量水中含盐量最简便和迅速的方法是测定水的电导率，因为组成天然水含盐量的主要物质为离子，而离子具有导电性。

电导率的单位是S/m（S称为西，表示西门子）或us/cm。

一般水质的电导率较小，电导率的常用单位是us/cm。

实际测量中常用电导率表来测定。

6.有机物

水中有机物的组成复杂，不论是对某些有机物的量还是对有机物的总量都难以测定，因此采用了各种相对表示有机物含量的指标。

6.1化学需氧量（COD）化学耗氧量表示利用化学氧化剂氧化有机物所需的氧量，此量常用符号COD表示。

化学氧化剂一般用重铬酸钾或高锰酸钾。

目前常用重铬酸钾作氧化剂（CODcr），它可将大部分有机物氧化，从而表示出有机物全部氧化所需的氧量，从而可大致表示水中的有机物的含量。

6.2生物需氧量（BOD）生物需氧量表示用微生物氧化水中有机物所消耗的氧量。

在氧化的第一阶段中，主要是有机物转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨转化成硝酸根和亚硝酸根。

测定方法一般分为两种：

BOD5和BOD21。

目前常以20℃和黑暗条件下用微生物氧化有机物5天所需的氧量进行测定，以BOD5来表示。

7.天然水的分析项目

表1–3天然水的一般分析项目

成分

化学式

引起的问题

处理方法

浊度

——

使水不透明，会在管道、生产设备水侧产生沉积物而影响热效率或工艺过程。

凝聚、沉降和过滤

硬度

Ca2+、Mg2+的盐类

是热交换设备、锅炉、管道等内部结垢的主要来源。

软化、除盐、锅内处理、表面活性剂处理

碱度

、

和OH–

炉水发泡和随蒸汽携带固形物。

碳酸氢盐和碳酸盐会使蒸汽中含有二氧化碳（凝结水管道中的一种腐蚀源）。

石灰或石灰一苏打软化、酸处理、氢型软化、除盐、阴离子交换剂脱碱

酸度

H2SO4、HCl等

酸性腐蚀

碱中和

二氧化碳

CO2

水管道的腐蚀特别是蒸汽和凝结水管道的腐蚀

充气、除气、碱中和

pH=lg

pH随水酸性或碱性固形物含量而变化。

大多数天然水pH为6.0～8.0

碱性物质或酸性物质调节

硫酸根

增加水中固体物含量，会与钙子结合形成硫酸钙垢

离子除盐

氯离子

Cl–

增加水中固体物含量和水的腐蚀性

离子除盐

二氧化硅

SiO2

锅内和冷却水系统结垢。

高参数设备由于二氧化硅的选择性携带，汽轮机叶片上会有不溶性沉积物

镁剂处理，除盐中用强碱阴离子交换树脂吸着

铁

Fe2+

Fe3+

沉淀时会使水变色。

为水管、锅炉管等水侧沉积物的来源。

曝气、凝聚、石灰软化、离子交换、锰砂过滤、表面活性剂处理

锰

Mn2+

沉淀时会使水变色。

为水管、锅炉管等水侧沉积物的来源。

充气、凝聚、石灰软化、离子交换、接触过滤、表面活性剂处理

溶解氧

引起管道、热交换设备和锅炉等腐蚀

除气、化学除氧剂处理

氨

NH3

形成可溶性的复合离子使铜和锌合金腐蚀

氢型离子交换、氯化、除气

溶解固形物

——

在含量高时对工艺过程有影响，会导致热交换设备、锅炉、管道内有沉积物。

石灰软化或氢型离子交换、除盐

悬浮物

——

会导致热交换设备、锅炉、管道内有沉积物

凝聚、沉降、沉淀、过滤或联合处理

全固形物

——

含量过高时对工艺过程有影响，是炉水起泡原因之一，并会导致热交换设备、锅炉、管道内有沉积物

凝聚、沉降、沉淀、过滤、软化、除盐或联合处理

8、水中杂质对水处理设备和热力设备影响见下表1-1。

表1-1水中杂质对设备的有害影响

序号

杂质名称

对设备影响

悬浮物

污染树脂，降低其交换性能，尤其对逆流再生设备影响较大。

有机物

1、使阴离子交换树脂污染老化，降低交换容量及使用寿命；

2、进入锅炉后能造成汽水共腾，恶化蒸汽品质。

游离氯

是氧化剂，能形成树脂的不可逆膨胀而使树脂损坏。

溶解氧

可造成水处理系统和给水系统的腐蚀，但在高纯给水中进行中性水加氧处理，可形成一层保护膜，减缓对给水系统的腐蚀。

硅酸化合物

易在热力系统结垢，在汽轮机叶片上结垢析出，影响机组出力。

碳酸盐化合物

在加热后能分解出二氧化碳，在给水系统造成二氧化碳腐蚀。

钙镁盐类

能在强受热面上结出坚硬的水垢。

钾钠盐类

能在过热器、汽轮机叶片上结盐。

铜铁垢

进入离子交换树脂内不易再被交换出来；在锅炉水冷壁管上结垢又能造成溃疡性垢下腐蚀，严重影响锅炉安全运行。

氨和铵盐

适量的氨对抑制系统中的二氧化碳腐蚀有好处，但量大后能促使对铜的腐蚀。

硝酸、亚硝酸盐

能形成水冷壁及过热器的腐蚀。

四、北疆电厂水源水质概况

北疆电厂有海水和自来水两种水源，其中海水作为电厂的正常生产用水水源，一部分用于电厂冷却用水，一部分用于海水淡化，自来水作为电厂施工用水及机组首次启动用水。

本工程所在地为淤泥质海岸，海水受风浪及潮流影响显著，泥沙易起不易沉降，海水悬浮物含量高，年温度变化范围为零下2.1℃～零上30℃。

已取得水质如下：

1、海水水质分析表2005年7月

序号

站位

要素

HYS010W01

HYS010W02

HYS010W03

水温

28.2

28.0

盐度

27.76

27.63

27.81

8.04

8.05

8.07

悬浮物（mg/l）

158

110

112

浊度（度）

132

溶解氧（mg/l）

8.96

8.40

7.87

化学耗氧量（mg/l）

2.24

4.03

3.03

BOD（mg/l）

0.48

3.2

2.3

氨氮（mg/l）

0.0175

0.0125

0.0135

无机磷（mg/l）

0.017

0.015

0.012

TOC（mg/l）

5.32

5.88

5.63

油（mg/l）

0.062

0.084

0.083

硫化物（mg/l）

<0.005

NH3（mg/l）

0.0016

0.0011

0.0012

碱度（mg/l）以CaCO3计

146.9

143.8

146.3

亚硝酸盐氮（mg/l）

0.0016

0.0032

0.0027

硝酸盐氮（mg/l）

0.109

0.222

0.194

CO2（mg/l）

1.45

1.69

1.45

Mg2+（mg/l）

1067

1072

1030

Ca2+（mg/l）

358

376

408

Na2+（mg/l）

9066

9067

9044

K+（mg/l）

325

378

390

Fe2+（mg/l）

0.04

0.12

0.18

Fe3+（mg/l）

0.05

0.56

0.62

Al2+（mg/l）

0.074

<0.001

HCO3-（mg/l）

177.4

173.7

176.7

CO32-（mg/l）

SO42-（mg/l）

2672

2735

2644

Cl-（mg/l）

19649

19700

20000

OH-（mg/l）

Ba2+（mg/l）

0.08

0.18

0.08

Sr2+（mg/l）

7.50

7.60

Pb（mg/l）

0.003

0.007

0.006

Mn（mg/l）

<0.005

TDS（g/l）

28.55

28.75

28.82

全硬度（mmol/l）

45.80

46.11

53.12

碳酸盐硬度（mg/l）

4585

4615

5317

全硅量

0.03

1.64

0.20

胶硅量

0.02

1.64

0.20

色度

细菌总数（个/ml）

3.5×102

2.0×102

1.7×102

2、海水水质分析表2006年1月

序号

分析项目

水温

盐度（g/L）

33.45

8.11

SS（mg/L）

254

浊度

DO（mg/L）

11.15

CODMn（mg/L）

0.15

BOD5（mg/L）

0.02

氨氮（mg/L）

0.0067

总磷（mg/L）

0.0128

TOC（mg/L）

2.78

油（mg/L）

0.001

硫化物（mg/L）

<0.005

NH3（mg/L）

0.0004

碱度（mg/L）以CaCO3计

155.8

亚硝酸盐氮（mg/L）

0.0014

硝酸盐氮（mg/L）

0.098

CO2（mg/L）

1.45

Mg2＋（mg/L）

1381

Ca2+（mg/L）

502

Na+（mg/L）

9946

K+（mg/L）

368

Fe2+（mg/L）

0.008

Fe3+（mg/L）

0.011

Al3+（mg/L）

0.005

HCO3－（mg/L）

188.8

CO32－（mg/L）

SO42－（mg/L）

2471

Cl－（mg/L）

18747

OH－（mg/L）

Ba2+（mg/L）

0.025

Sr2+（mg/L）

4.67

Pb（mg/L）

0.001

Mn（mg/L）

<0.005

TDS（g/L）

34.53

全硬度（mmol/L）

69.3

碳酸盐硬度（mg/L）

6940

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