电厂化学培训,制作人：司广树 Email: sgshu126.com 华南理工大学电力学院,目 录,第一章 绪论 第二章 水质概述 第三章 炉外水处理 第四章 离子交换处理 第五章 化学补给水除盐系统 第六章 凝结水处理 第七章 热力系统的金属腐蚀 第八章 冷却水处理 第九章 蒸汽污染的预防 第十章 电厂水处理实例,第一章 绪论,第一节 研究背景 第二节 电厂用水 第三节 电厂化学基础,第一节 研究背景,一、电厂系统简介 二、电厂本质 三、电厂安全和效益 四、电厂化学的研究对象,1、煤、风、烟系统,一、电厂系统简介,2、汽水系统,二、电厂本质,能量转换，为我所用。化学能热能工质的焓机械能电能 条件保障设备：炉具、锅（壶）工质：水（茶等），壶底结垢燃料：酒精等,三、电厂安全和效益安全效益；安全是高效的基础，高效反映着安全。设备安全运行意味着人的安全和电厂的安全。锅炉安全 ：锅（汽水）+炉（烟气）汽机安全：转动、固定（包括附属设备）发电设备的安全：发电、变电、配电等 工质、燃料和产品的性质与安全紧密相关,四、电厂化学的研究对象 广义：涉及的所有化学（包括物理化学）的问题：水处理+设备防腐+化学监测+电力用油+发电机冷却（氢、水）+燃料分析+三废处理+环保等。 侠义：锅炉汽机等设备“三防”（污、垢、腐），具体为：水处理+设备防腐 研究方法：理论+实验（试验、经验）,第二节 电厂用水,一、 火电厂中水的作用和损失 二、 火电厂中水的名称 三、 水质不良的危害 四、 火电厂水处理工作简介,凝汽式发电厂水汽循环系统,1锅炉；2汽轮机；3发电机；4凝汽器；5凝结水泵；6凝结水精处理设备 7低加；8除氧器；9给水泵；10高压；11补给水处理设备 12冷却水泵凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程,过热蒸汽,生 水,补给水,凝结水,冷却水,冷却 水 水,排汽,1,10,8,11,2,4,12,7,2,3,给水,6,9,5,1、作用：电厂血液（水汽循环是封密的）+“冷源”+冷却介质 2、火力发电厂的水汽损失 锅炉部分：排污，安全门和过热器放汽，蒸汽吹灰和燃油雾化。 汽机部分：轴封处连续向外排汽，抽气器和除氧器的排空。 管道系统：法兰盘连结不严密和阀门漏泄等。 各种水箱（疏水箱、给水箱等）的溢流和热水蒸发。 用蒸汽加热或推动附属设备（如加热器、汽动给水泵）。为维持正常水汽循环，系统需要“补给水” 。 补给水是经过处理、去除有害杂质后，从除氧器处补入系统的。正常情况下，凝汽式发电厂的补给水量不超过锅炉额定蒸发量的2%4%。,一、 火电厂中水的作用和损失,水在火电厂水、汽循环系统中的流程和作用不同，其水质常有较大差别。因此，水的名称也不同。 1）生水（原水）未经任何处理的天然水，是各种用水的来源。 2） 补给水按净化处理方法的不同，又可分为软化水、蒸馏水和除盐水等。 3） 凝结水在汽轮机中作功后的蒸汽经凝汽器冷凝成的水。 4） 疏水各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结水，经疏水器汇集到疏水箱或并入凝结水系统。,二、 火电厂中水的名称,5） 返回（凝结）水热电厂向用户供热后，回收的蒸汽冷凝水。有热网加热器冷凝水和生产返回冷凝水之分。 6） 给水- 送进锅炉的水。包括：凝结水、补给水、各种疏水甚或返回水（热电厂）。 7） 锅炉水在锅炉本体蒸发系统中流动着的水，简称炉水。 8） 冷却水作为冷却介质的水，主要指通过凝汽器冷却汽轮机排汽的水。 9） 内冷水水氢氢冷却式（或包括水水氢冷却式）发电机中，用于带走发电机定子绕组（或包括转子绕组）运行中产生的热量的水。,水汽质量好坏直接影响到热力设备的安全、经济运行。汽水质量不良会引起热力设备结垢、腐蚀，积盐等危害。 1） 热力设备结垢即水质不良，使热力设备的受热面上生成一些固体附着物(水垢)。危害：安全性降低：壁温，强度，壁面局部变形、起包，爆管。经济性下降：锅炉受热面上结有1mm厚水垢，燃料多消耗3.52.0% ；凝汽器结垢，真空度降低，机组热效率和出力下降；加热器结垢：水的加热温度达不到设计值；结垢后的清洗，需要停机，并增加检修工作量和费用。,三、水质不良的危害,2）热力设备腐蚀腐蚀部位：管道、锅炉受热面、汽轮机和凝汽器等。缩短设备本身的使用寿命；腐蚀产物转入水中，增多水中杂质，进而加剧受热面上的结垢和腐蚀，甚至加速爆管等事故发生。 3） 过热器和汽轮机积盐水质不良或金属腐蚀导致蒸汽中带有杂质，并沉积在过热器和汽机等蒸汽通过的部位，此即积盐。危害：过热器内积盐会引起管壁过热、变形、鼓包甚至爆管；汽轮机内积盐会降低汽轮机的出力和效率。特别是高参数大容量汽轮机，其高压部分蒸汽流通面积很小，少量积盐也会大大增加蒸汽流通阻力，使汽轮机出力下降； 若积盐严重，还会使推力轴承负荷增大，隔板弯曲，造成事故停机。,为保证热力系统水质良好，需对天然水进行适当处理，并监督水汽质量。电厂水处理工作主要包括： (1) 净化生水。经过混凝、澄清、过滤及离子交换等方法制备补给水，并通过调整试验降低相关成本。 (2) 对给水要进行加氨和除氧等处理。 (3) 对于汽包锅炉要进行锅炉水的加药处理和排污。 (4) 对于直流锅炉机组和某些亚临界汽包锅炉机组，要进行汽轮机凝结水的净化处理。 (5) 热电厂中，对生产返回水进行除油、除铁等净化处理。,四、 火电厂水处理工作简介,(6) 对冷却水进行防垢、防腐和防止有机附着物等处理。 (7) 在热力设备停用期间，做好设备防腐工作中的化学监督工作。 (8) 热力设备大修时，应掌握设备的结垢、积盐和腐蚀等情况，以便审查水处理效果，不断改进水处理工作。 (9) 做好各种水处理的调整试验，配合汽机、锅炉做好除氧器调整试验、锅炉化学试验以及设备的化学清洗。 (10)正确取样，化验，监督给水、炉水、蒸汽、凝结水等各种水、汽质量，并如实向领导反映情况。 简言之：净化、“三防”、监测、试验、清洗。,请思考 （1）电厂用水越纯净越好吗？ （2）水处理与生产什么关系？ （3）水处理环节顺序和选定？,第三节 电厂化学基础,一、物质的组成和计量 二、化学反应及反应方程式 三、酸、碱、盐、氧化物及配合物 四、反应速度与化学平衡 五、水的离子积常数及pH值 六、缓冲溶液 七、盐类的水解 八、沉淀与溶解平衡 九、稀溶液的依数性质,物质由分子、原子等组成，原子=原子核（质子和中子）+电子。元素：具有相同质子数（核电荷数）的一类原子。同位素：同种元素中质子数相同、中子数不同的物质。如C12、C13、C14就是C元素的三种同位素。用吨来表示一粒芝麻的质量会感觉如何？国际上将一个C12原子质量的1/12用作原子质量的计量单位。相对原子质量（原子量）就是一个原子的质量与上面数值的比值。某种元素的相对原子质量是其各同位素的原子量的加权平均。相对分子质量(分子量)是其各原子的相对原子质量之和。摩尔（mol）是架接微观和宏观之间的、计量物质量的单位， 1mol相当于6.0231023个微观粒子。摩尔质量 （ M ）：每摩尔物质的质量，g/mol或kg/mol。,一、物质的组成和计量,分子式的意义和溶液浓度,1）分子是能够独立存在并保持物质化学性质的最小微粒。分子式除表示物质的一个分子和相对分子质量外，还能表示分子中所包含各元素的原子数目及其各元素的质量比。 2）溶液浓度的表示方法有：质量分数：溶质与溶液之间的质量比；质量浓度：单位体积溶液中含有溶质的质量（g/L、mg/L、g/L等）。物质量浓度：单位体积溶液中含有溶质的量 （mol/L）。体积比浓度：溶质与溶液之间的体积比。,1） 化学基本定律 定组成（定比）定律：任何化合物都有固定的组成，即每一个化合物的分子，其组成元素、重量都有一定的比例。 质量守恒（物质不灭）定律：反应前后物质的质量、原子的种类和数目都不发生变化。 2）化学反应方程式类型在火电厂常见到置换、化合、分解等简单化学反应外，还出现：复分解反应-两种以上化合物互相交换成分，生成几种新物质。氧化还原反应-在反应过程中，元素化合价发生变化。离子反应方程式-反应有离子参加（在水溶液中进行的）。,二、化学反应及反应方程式,三、酸、碱、盐、氧化物及配合物,酸(碱)：在水溶液中电离出来的阳(或阴)离子全部是H+(或OH) 。 盐：在水溶液中电离时生成金属离子酸根的化合物。 氧化物：由氧和另一种元素组成的化合物称为氧化物。 碱性(酸性)氧化物：能与酸(或碱)起反应生成盐和水。 两性氧化物：既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水。 配位化合物：由一个简单的阳离子(中心离子)与一定数目的分子或阴离子(配位体)以配位健结合而成的离子称为配位离子(或配离子，内界常用 括起来) ；含有配离子的化合物叫配位化合物(或配合物)。 配位键: 由一个原子单独提供一对电子而与另一原子共用所形成的化学键。,KAl(SO4)212H2O？不是配合物，因它在水中全部电离成简单离子。,胺、铵和肼,胺：氨分子中的氢被烃基取代而生成的化合物； 铵盐：氨与酸反应的生成物都是由铵离子和酸根离子构成的离子化合物，这类化合物称为铵盐。 肼 （联氨）：一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的液体化合物N2H4 hydrazine，它是比氨弱的碱，易溶于水，和水结合成稳定的水合联氨 N2H4H2O 。肼通常即由水合肼脱水制得，主要用作火箭和喷气发动机的燃料部分，用在制备盐(如硫酸盐)及有机衍生物中。水处理中，联氨用于出去水中溶解的氧。,四、反应速度与化学平衡,1） 质量作用定律: 反应速度与反应物浓度的幂次方乘积成正比，方次为对应物质的计量系数。 2） 可逆反应: aA+bB = cC +dD 正= k正AaBb 逆= k逆CcDd 3） 平衡常数: 正=逆 K =k正/ k逆=CcDd/AaBb 平衡常数表达式 4） 影响化学平衡移动的因素反应物浓度: Ba2+ +SO42- =BaSO4Ba2+ 利于SO42 沉淀压力和温度: 2NO2(棕红色)= N2O4(无色) p颜色变浅；此为放热反应，T颜色变深。,五、水的离子积常数及pH值,水电离方程为：H2O = H+ +OH-。 K= H+ OH-/H2O水是极弱的电解质，H2O几乎不变。在一定T下，KH2O 可视为常数，称之为水的离子积常数，用KW表示。 KW 只是温度的函数。 在25时测得： H+ =OH- =1.010-7(mol/L)KW= H+ OH- =1.010-14 （1）将式（1）两边取负对数，并定义： pKW = -lgKW ；pH=-lgH+ ； pOH=-lgOH- pKW= pH + pOH = 14 pHH+浓度指数 ，pOHOH-浓度指数。它们均可用于表示溶液的酸碱度，但一般前者应用较广。（100时, H+=OH-=110-6，KW=110-12 ，pH=6）,六、缓冲溶液,1）同离子效应在弱电解质溶液中，由于加入了相同离子的强电解质，从而使电离平衡发生移动的现象。例如，氨水是弱碱，在其中加入氯化铵，其电离平衡（ NH3H2O = NH4+OH- ）则会由于NH4+而朝着生成NH3H2O方向移动，从而导致氨水的电离度和溶液中的OH降低。 2）缓冲溶液在氨水中加入一定量的氯化铵后，却能在一定程度上抵御少量外来酸、碱或稀释的影响，使溶液的pH值不发生改变，此即缓冲作用；具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液，如醋酸与醋酸钠的混合溶液, 通常其pH值7等。,水解：使某一化合物裂解成两个或多个较简单化合物的化学过程，其中水分子的H和OH部分参与被裂解化学键的任一侧起反应。 盐水解后形成的溶液的酸碱性，由组成盐的酸和碱的相对强弱来决定，谁强溶液就显示谁的性质。醋酸钠（CH3COONa）水解后，溶液呈碱性；而氯化铵（NH4CI）溶液则呈酸性。原因：盐在水中全部电离，电离出的弱酸（或弱碱）根离子与水电离出的H+（或OH-）反应生成难电离的弱酸（或弱碱）分子，进而导致溶液中有过剩的OH-（或H+）。如：H2O+ CH3COO-= CH3COOH + OH-NH4+H2O=NH3H2O+ H+弱酸弱碱生成的盐水解时，道理相同。但若弱酸和弱碱的电离平衡常数接近，溶液就呈中性，如CH3COONH4水解。,