锅炉补给水处理课程设计.doc

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1、 火力发电厂锅炉补给水处理设计题目：1200MW+1300MW机组（秋季水质）院 （系）： 环境工程系 专 业： 环境工程 班 级： 环本1010 姓 名： 王静 秦芳 王璐雅 周镌娟 赵杰 指导老师： 胡新华 完成时间： 2014年 1月 8日前 言 水在火力发电厂的生产工艺中，既是热力设备的工作介质，也是某些热力设备的冷却介质，水质的好坏直接影响到电厂的经济安全运行的重要因素，所以，做好水处理工作对于电厂而言是十分重要的。火力发电厂的用水多来自于江、河、水库等水力资源，这些水源含有机物、胶体、溶解的盐类及气体等有害物质。其中有些盐类（钙盐和镁盐)进入锅炉，会使锅炉的管壁结成污垢，严重时造成

2、爆管事故；如果高压蒸汽把盐类带进汽轮机，还会在高压喷嘴或汽轮机叶片上沉积，影响汽轮机的出力和效率，严重时造成汽轮机叶片断裂事故。在水冷却设备中，热水与较冷的水接触后，部分水蒸发成蒸汽排入大气中，把热量带走，造成部分水的损失。同时，损失的循环水也较大，我国凝汽式发电厂补给水流约为5%；热电厂由于供热回水损失较大，补给水流为30%以上，造成电厂年运行费用增大。因此为了保证热力系统中有良好的水质，必须对水进行适当的净化处理和严格的监督水汽质量。社会不断的进步，对电力的需求也日益增加，随着大型火电机组建设规模不断扩大，人们对电厂锅炉补给水的品质提出了更高的要求，从而对电工厂化学水处理也提出了更高的要求

3、。水处理工作的主要任务，就是改善水质或采取其他措施，以消除由于水质不良而引起的危害。在水处理课程设计中，根据要求对自己课题（1200MW+1300MW机组）水处理系统进行了设计、计算，根据水源水质、总出力及各项水质指标要求比较，选择适合的水处理方案及设备，同时绘制了总体平面布置图、工艺流程图和主要设备结构示意图，初步掌握了电厂水处理系统的流程，培养了运用所学理论知识解决实际问题的能力与方法，同时提高了独立工作能力，为毕业论文（设计）打好基础。目录第一章 课程设计任务书11.1课程设计目的11.2课程设计题目21.3课程设计原始资料21.4课程设计内容2第二章 课程设计说明书22.1课程设计意义

4、22.2设计的方案选择22.3工艺说明22.4构筑物与设备的工艺设计2第三章 课程设计计算书53.1给水处理系统出力53.2体内再生混床的计算23.3强碱阴离子交换器的计算23.4大气式除CO2器的计算123.5强酸阳交换器的计算23.6滤池的计算17第四章 总 结19参 考 文 献2112001300MW机组火力发电厂锅炉水处理设计（秋季水质）第一章 课程设计任务书1.1 课程设计目的课程设计是工科教育实践性教学环节的一个重要组成部分，目的是培养我们运用所学理论知识解决实际问题的能力与方法，同时提高我们的独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，为毕业论文（设计）打好基础。1.2 课程设计题目

5、1200+1300MW机组火力发电厂锅炉水处理设计（秋季水质）机组火力发电厂锅炉补给水处理课程设计（秋季水质）1.3 课程设计原始资料1.3.1 水源秋季水质 1.3.2 机组的额定蒸发量：200MW、300MW、600MW锅炉额定蒸发量分别为670t/h、1025t/h、1900t/h；全部锅炉定位为汽包锅炉。 1.4 课程设计内容 1.火力发电厂锅炉补给水水量的确定；2.水源水质资料及其他资料；3.预处理系统和预脱盐系统选择；4.离子交换系统选择；5水处理系统的技术经济比较；6.锅炉补给水处理系统工艺计算补充：1.锅炉补给水处理系统设备选择；2. 系统图和设备布置图（含管道、泵、阀门）第二

6、章 课程设计说明书2.1课程设计意义此次水处理课程设计根据机组要求对其水处理系统进行了设计计算，基本能够达到改善锅炉补给水水质，使锅炉的水汽品质控制在合格指标以内，以满足锅炉补给水的要求，从而减缓锅炉炉内的结垢和腐蚀，延长化学清洗周期。目的在于进一步巩固和加深我们的理论知识，并结合实践，学以致用。通过对火力发电厂锅炉补给水处理课程设计，使我们了解火力发电厂锅炉补给水处理的流程设备及管道的流向。2.2 设计的方案选择 2.2.1 设计依据和范围 按照火力发电厂锅炉补给水处理设计的要求，并查阅相关书籍，如水处理工程、化工工程制图、AutoCAD2000应用教程、工业锅炉实用设计手册等，根据水源水质

7、数据、机组规模、系统的水质指标，计算后选择恰当的水处理方案和主要设备，在手工绘制出相应的流程图及总体布局平面图同时，运用CAD绘制设计出相应的设备。2.2.2 工艺方案的选择 补给水处理工艺流程是根据出水要求和机组容量的大小等因素综合确定的。 （1）水质中强酸阴离子含量计算结果为2.63mmol/L，碳酸盐硬度为0mmol/L，硬度1.55mmol/L，其中强酸跟阴离子含量高，所以该方案选择弱型床。 （2）进水中CO2含量为2.26 mmol/L，大于0.5mmol/L，因此方案必须采用除碳器。同时，根据计算所得除碳器的喷淋密度为56.88m3/(m2.h) ，小于60，选择大气式除CO2器。

8、 （3）秋季水质中悬浮物含量为0，小于50mg/L，所以方案采用混凝过滤，不采用澄清池。又根据计算和经济比较，过滤系统采用单层石英砂无阀滤池，进行接触混凝过滤，在反冲洗过程中，可以自动进行，无阀滤池的滤后水位位于滤池上部，便于操作人员观察，若水质不合格，能及时发现，确保出厂水质达标。 （4）由于水源水质中的强酸根阴离子含量高，若采用采用强碱阴离子交换器除盐，设备的负荷量大，不经济，因此采用弱碱-强碱复床、阳床一级除盐再加混合离子交换系统，出水水质能达到锅炉运行的要求。2.3 工艺说明 关于工艺方案的选择，主要是根据建厂的原始资料，如水源的水质和机组对水质、水量的要求等进行的。选择的方案，应能将

9、去水源的水处理到满足该机组对水质的要求。从系统运行的可靠性与设备投资的经济性角度出发，确定该补给水处理的整个过程包括预处理和后阶段处理两部分。先采用预处理，包括混凝、澄清及过滤处理；在进行后阶段处理，即先后采用一级除盐系统和二级除盐系统处理，最终使出水水质达到机组运行的要求。 为了保证锅炉的安全运行，使水质达到的要求，水处理系统工艺流程为：原水单层滤料无阀滤池清水箱清水泵阳离子交换器除碳器中间水箱阴离子交换器混合离子交换器除盐水箱除盐水泵主厂房补给水箱。2.4 构筑物与设备的工艺设计预处理过程中设于室外的设备有机械搅拌澄清池、无阀滤池及再生系统的酸罐、碱罐，设置于室内的有阴、阳离子交换器、除盐

10、水箱、除碳器、混床、泵等设备，整个工艺由流程计算机自动监控。在建筑物中给予各个设备的相对位置和大小，以及管道的连接。第三章 课程设计计算书3.1 给水处理系统供水量表一 补给水处理系统的计算序号计算项目公式采用数据结果说明1厂内正常水汽损失量（m3/h）D1=D=67012.0%+102511.5%28.775125200MW、300600MW以上机组厂内D1为最大连续蒸发量的2.0%、1.5%2锅炉排污量（m3/h）=1%16.95该设计取排污率为1 %3启动或事故增加的损失量（m3/h）D2=D16%D1=847.550.85100MW以上机组启动或事故增加的损失量取最大一台锅炉最大连续蒸

11、发量的6%4锅炉正常补给水量（m3/h） D1=28.775 DP=16.9545.725D3=D4=D5=D6=05锅炉最大补给水量（m3/h）Qmax=D1+D2+D3+D4+D5+D6+DpD1=28.775 D2=50.85DP=16.9596.575D3=D4=D5=D6=06水处理系统供水量（m3/h）正常取a=0.2(自用水全部逐级自供时a=0；部分集中供应时a=0.10.2)；T=20h，t=4h（交换器不设再生设备用)54.87a为除盐设备自用水率。工作周期T按一级除盐设备计算。交换器不用再生设备，再生时间t按每天4h考虑。 最大115.893.2 体内再生混床的计算表二 体

12、内再生混床的计算序号计算项目公式采用数据结果说明1总工作面积（m2）正常Qn=54.87、Qmax=115.89=50m/h1.0974由附表3-1可知取4060 m/h最大2.31782交换器直径(m)An=1.0974118由附表21-1，选用直径d=1.2m的定形混床设备，其截面积为A1=1.1193选择混床台数正常n取整数，1A1，d为所选用的混床截面积和直径（m2，m）最大24校验实际运行流速（m/h）正常 49.03不得超过4060 m/h。最大51.785混床内树脂体积（m3/台）阳树脂 0.5595hRC ，hRA为混床中阳树脂和阴树脂的高度阴树脂 1.1196混床周期制水时间

13、 Ec=1750mol/m3EA=1100mol/m3CJ=0.1mmol/L402.77Ec 和EA分别为阳树脂和阴树脂的工作交换容量。CJ是混床进水离子浓度，由运行经经验数据取得0.05-0.1mmol/l。77再生时用酸量kg/(台次)100%酸/1000Rc=150g/mol146.87按酸耗计算，用盐酸再生，Rc取100150g/mol(附表3-1)工业酸 =31%473.77工业盐酸浓度再生酸液 c= 5%2937.4再生酸液浓度稀释用水m3 2.46进酸时间（min）=5m/h=1.02g/cm330.88va进酸流速再生酸液密度8再生时用碱量kg/(台次)100% 碱/1000

14、RA=250g/mol244.78按碱耗计算，用NaOH再生，RA取200-250g/mol工业碱=30%815.93工业碱浓度再生碱液 c= 4%20398.25再生碱液浓度再生时用碱量kg/(台次)稀释用水m319.58进碱时间（min）=5m/h=1.04g/cm3210.33进碱流速再生碱液密度9再生时自用水量m3/(台次)反洗用水 v=10m/ht=15min2.7975v反洗流速t反洗时间置换用水 ad=2m3/m33.357ad置换时水比耗（m3/m3）正洗用水 ac=6m3/m3aa=12m3/m316.785ac阳树脂正洗水比耗aa阴树脂正洗水比耗部分集中供应用水V2=Va+

15、Vs+Vb+Vd28.19总自用水44.9810再生用压缩空气量m3/(台次) q=3m3/(m2min)t=1 min3.357q树脂混合压缩空气比耗,通常取23m3/(m2min)；t混合时间(min)，通常取0.51min；压缩空气压力0.10.15MPa11每天耗工业酸量（t） 0.03412每天耗工业碱量（t）0.0613年耗酸量（t）9.917以年运行7000h计14年耗碱量（t） 18 15每小时自用水量m3/h由前级提供自用水0.05集中供应自用水0.08总自用水 0.13根据自用水集中供应范围确定3.3 强碱阴离子交换器的计算表三 强碱阴交换器的计算序号计算项目公式采用数据结

16、果说明1阴床设计出力m3/h正常 54.99根据自用水集中供应范围确定，此处采用VtM计算最大 116.022总工作面积(m2)正常 =30m/h1.83由附表3-2可知，v取2030m/h最大3.873交换器直径（m）1.53根据附表3-4，选用直径d=1.8m的定形阴床设备，其截面积为A1=2.544选择阴交换器运行台数正常n取整数，式：1A1，d为所选用的阴床截面积和直径（m2,m）最大25校验实际运行流速（m/h）正常22v不得超过规定值2030m/s最大29.86进水中阴离子含量mmol/L强酸阴离子1/2SO42-+Cl-+NO3-+1/3PO43-+DNCl-=7.1mg/LSO

17、42-=12.63mg/LPO43-=0.133mg/LNO3-=4.55mg/LDN=0.35mmol/L0.69DN由混凝剂带入的强酸阴离子量mmol/L等为原水中相应离子浓度mmol/LSiO2（mg/L）为进水中全硅 的含量原水中重碳酸根经阳床后会生成CO2经除碳器后含量为5mg/L弱酸阴离子CO29.7mg/LSiO218.5mg/L0.53总阴离子1.227一台阴床内 树脂体积（m3）取hRA=2.0m5.08hRA阴床树脂装载高度（m）8正常出力时周期制水时间（h）EA阴树脂工作交换容量EA=2300mol/ m31749正常出力时每台每昼夜再生次数1R不得超过规定值10每台再生

18、用碱量kg/(台次)100%碱gA=65g/mol759.46gA阴树脂再生碱耗，通常取值6065g/molc再生碱液浓度v再生碱液流速工业碱浓度再生碱液密度工业碱=30%2531.5再生碱液c=3%84383稀释用水（m3）82进碱时间（min）=5 m/h =1.03 g/cm338711每台再生再用水量m3/(台次)小反洗用水v=10m/ht=15 min6.35v为反洗水流速为510m/st反洗时间置换用水v=5m/ht=30min6.35v置换水流速5m/st置换时间小正洗用水v=10m/ht=10min4.23v小正洗流速t小正洗时间正洗用水取aA=3 m3/m315.24aA阴树

19、脂正洗水比耗,13m3/m3集中供应自用水V2=VS+Vb+Vd94.7根据自用水集中供应范围确定总自用水Vt=VS+Vb+Vd+Vf1+Vf114.212每台再生用压缩空气量m3/(台次)q=0.3m3/(m2min) =30min22.86q逆流再生顶压用压缩空气量，通常取0.20.3m3/(m2min)，压缩空气压力0.030.05MPa13每天耗碱量（t）2.514年耗碱量（t）729.2以年运行7000h计15每小时自用水量(m3/h)由前级供的自用水0.81根据自用水集中供应范围确定由集中供应的自用水3.95总自用水 4.763.4 大气式除CO2器的计算表四 大气式除CO2器的计

20、算序号计算项目公式采用数据结果说明1设备总供水量(m3/h)正常=0.81m3/h55.8此处采用 计算最大116.832选择除CO2器台数最大= 23每台除CO2器供水量(m3/h)55.84除CO2器工作面积（m2）q=60m3/(m2 /h)0.93q为除CO2器喷淋密度5除CO2器直径（m）d=1.131.09由附表18-1，选用d=1.1m定型设备其截面积为A1=1m26校验除CO2器喷淋密度m3/m2*h44.62q应小于或等于60m3/(m2 /h)7进水中CO2含量（mg/L）C1=44HCO3-+22I/2CO32-+CO2HCO-=75.03mg/L CO2=9.7mg/L

21、114.068出水中CO2含量（mg/L）取=5mg/L5设计时c2一般取值为3-5mg/L9填料塔高度（m）对数平均浓度差(kg/m3)0.08解吸面积（m2 ）K=0.45m/h169填料选用50塑料多面空心球；取水温T=22oC,查表2-21得K值填料层高度（m）S=236m2/m3 0.72根据计算结果及附表18-1，取H=1.6m10一台除CO2器需填料层体积（m3)）V1=A1H1.611风机校核风量(m3/h)取i=25 m3/m31395i气水比，约2030 m3/m3r单位填料高度的高空阻力，约为200500 Pa/m风压(Pa)p=rH+(295392)取r=350Pa/m

22、9103.5 强酸阳交换器的计算表五 强酸阳交换器的计算序号计算项目公式采用数据结果说明1阳床设计供水量(m3/h)正常55.8最大116.832总工作面积（m2）正常取=30m/h1.86流速v按附表3-2，即取2030m/s最大3.893交换器直径（m）1.54由附表3-4，选d=1.6m定型阳床设备A1=2m24选择阳交换器运行台数正常n取整数，且1A1，d为所选用的阴床截面积和直径（m2,m）最大25校验实际运行流速（m/h）正常27.9v不得超过规定值 最大29.26进水中阳离子含量（mmol/L）Ca2+=24.32mg/lMg2+=4.05mg/lK+=1.25mg/l Na+=

23、4.02mg/lFe3+=70g/lAl3+=420g/lCu2+=1g/l0.6阳离子总含量根据原水水质预处理决定，主要指钙、镁、钾、纳等强碱阳离子，必要时还要考虑铁、铝、铜7一台阳床内树脂体积（m3）hRC2.5 m5hRC 阳床树脂装载高度8正常出力时周期制水时间（h）EC=1750mol/ m3261EC阳树脂工作交换容量9正常出力时每台每昼夜再生次数 1R不得超过规定值。10每台再生用酸量kg/(台次)100%酸481.25gC阳树脂再生酸耗工业酸浓度再生碱液密度c再生酸液浓度v再生酸液流速工业酸=31%1552.4再生酸液c=3%51747稀释用水（m3）50.2进酸时间（min）

24、v=5m/h=1.01g/cm3307.411每台再生用水量m3/(台次)小反洗（反洗）用水v=10m/ht=15min5v反洗水流速t反洗时间置换用水v=5m/ht=30min5v置换水流速t置换时间小正洗用水v=15m/ht=10min5v小正洗流速t小正洗时间正洗用水aC=3m3/m315aC阳树脂正洗水比耗集中供应自用水V2=Va+Vd55.2根据自用水集中供用范围确定总自用水80.212每台再生用压缩空气量m3/(台次)q=0.3m3/(m2min )=30min18q逆流再生顶压用压缩空气比耗,取0.20.3m3/(m2min)，压缩空气压力0.030.05MPa13每天耗酸量（t

25、）1.5514年耗酸量（t）452.1以年运行7000h计15每小时自用水量（m3/h）由前级供的自用水1.04由集中供应的自用水=2.3总自用水=3.343.6 滤池的计算过滤与混合澄清设备的设计也有两种方法，一是根据出力对设备规格，结构尺寸进行详细计算；二是按现有的定型设计选用定型设备。许多电厂的生活用水都来自预处理，因此，要充分考虑全厂的用水状况来选择定型设备。3.6.1 滤池的选择与计算表六 无阀滤池的计算序号计算项目计算公式采用数据结果备注1滤池设计总供水量（m3/h)正常b=060.9 接触混凝处理，自用水率为3%最大123.782滤池的选择（台）选用Q=120m3/h定型设备，每

26、台2格2 取整数3校验运行流速（m/h）正常由附录13每个尺寸为2.6m2.6m，每台滤池工作面积A1=13.52m24.5最大4.584周期制水时间（h）VF=15.25m3X=1500g/m3C1=10mg/LC2=4mg/L125根据上面的计算可选用单层石英砂滤料，滤料高度0.7m 5每昼夜每台滤池反洗次数1R不得超过规定值6反洗用压缩空气量m3/(台次)q=20L/(m2.s）t=5min81.12q根据附表14-1取值。7反洗用水量m3/(台次) q=15L/(m2.s）t=5min60.84由附表14-1，q取1215L/(m2s)8自用水率校核8.3%与事先假设的7%相差不大第四

27、章 总 结 火力发电厂中锅炉机组的参数越高，其热能利用率就越高，发电的经济型也越好，但是机组参数越高，对水处理技术要求也越严，由于电厂所使用的水一般来源于江、河、湖等，水中含砂量、含盐量大，不能满足电厂长期用水的要求，所以为降低锅炉炉管的腐蚀速率，减小炉管沉积物与结垢量，提高蒸汽品质，必须对锅炉补给水进行彻底的除盐处理，使各项水质指标符合电厂用水要求，延长相关设备的使用寿命，提高电厂经济效益。此次水处理课程设计根据机组要求对其水处理系统进行了设计计算，基本能够达到改善锅炉补给水水质，使锅炉的水汽品质控制在合格指标以内，以满足锅炉补给水的要求，从而减缓锅炉炉内的结垢和腐蚀，延长化学清洗周期。本次

28、课程设计进一步巩固和加深我们的理论知识，并结合实践，学以致用。通过对火力发电厂锅炉补给水处理课程设计，使我们了解火力发电厂锅炉补给水处理的流程设备及管道的流向，进一步了解电厂中有关水处理的操作过程，提高我们独立提出问题、分析问题、解决问题和实际操作的能力。通过本次设计我更加清楚地了解了电厂锅炉补给水处理系统的流程及工作原理。本次设计主要完成的工作有：火力发电厂锅炉水处理系统整体方案的比较与选择；水处理系统设备出力的计算及选择；平面布置图、工艺流程图及主要设备图的CAD绘制。 根据原水水质和1200MW+1300MW机组的要求选择了无阀滤池、阴阳床、混床离子以及除碳器，在此阴阳床、混床离子交换除

29、盐系统我们采用了最大事故用量进行设备布图。在此次设计中我们也遇到了一些问题：首先，对所学理论知识掌握不牢，以致无法准确选择设备的计算参数，为设备的选择带来一定困难，特别是在计算管道和泵的时候；其次，整体对电厂的认识不够，对水处理过程没有一个明确清晰的思路，因此在画平面布置图和流程图时虽然有书上的图进行才参考，但仍遇到了困难。整体来讲，本次设计的收获很多，各项工作都能严格按照老师要求进行，恰当分析了火力发电厂1200MW+1300MW机组的水处理系统，合理选择了各处理设备和工艺流程，使我们对电厂锅炉补给水处理流程有了更好的理解。对于我个人来说，画CAD是最困难的一项。原因是CAD是一门选修课，而

30、我恰好没有选，所以画图的时候非常吃力，所以我认为CAD课程应该作为一门必修课。避免下一届有这样的情况发生。参 考 文 献1 丁桓如. 锅炉水处理初步设计. 北京：水利电力出版社，1995.2 李培元. 火力发电厂水处理及水质控制. 北京：中国电力出版社，2006.3 刘林，李建群. 高参数机组电厂化学水处理技术研究 .应用能源技术，2006，2.4 巩耀武，管炳军. 火力发电厂化学水处理实用技术. 北京：中国电力出版社，2006.5 宋世初，左贤龄，刘维祈，于文从. 工业锅炉房设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1986.6 于瑞生，杜祖坤，张效胜，张磊.600MW级火力发电机组丛书电厂化学.北京：中国电力出版社，2006.7 赵林峰. 电厂化学水处理系统综合化控制发展趋势. 中国电力，2001，8.8 洪向道，舒世安，徐振国，施振球，唐家秀. 工业锅炉房实用设计手册.北京：机械工业出版社，1991.10 朱志平. 火力发电厂锅炉补给水处理设计. 长沙：长沙理工大学，2006.11 戴广华. 电厂水处理与化学监督. 北京：中国电力出版社.2003.12 陈复等. 水处理技术及药剂大全M. 北京：中国石化出版社，2000.