1×300MW机组火电厂水处理工艺设计

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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，通过课程设计期望达到以下目的：

1、培养学生资料收集及综合整理能力；

2、培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能分析解决实际问题的能力； 3、培养学生的工作意识、增强学生的工程实践能力； 4、培养学生设计运算能力及专业设计手册的使用能力； 5、培养学生工程制图及设计计算说明书的编写能力等。

1.2 课程设计题目

1×300MW机组火力发电厂锅炉补给水处理工艺课程设计（春季水质）

1.3 课程设计原始资料

1.3.1 水源春季水质 外状：微浊

项 目 浑浊度 pH 游离二氧化碳 耗氧量 溶解固形物 全硅 铁 铝 铜 钙离子 镁离子 氨 单 位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L μg/L μg/L μg/L mg/L mg/L mg/L 结 果 3.10 7.62 3.79 2.64 228 4.0 254.54 83.09 16.76 31.66 7.05 1.20 第 - 1 - 页 共25页

项 目 全硬度 全碱度 酚酞碱度 氢氧根 碳酸根 重碳酸根 硫酸根 氯根 磷酸根 钾离子 钠离子 单 位 mmol/L mmol/L mmol/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 结 果 1.08 1.80 0 0 0 109.80 75.03 11.08 0.94 3.57 14.7

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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.离子交换系统选择； 4.水处理系统的技术经济比较； 5.锅炉补给水处理系统工艺计算及设备； 6.管道、泵、阀门的选择；

7.系统图、设备平面布置图以及主要单体设备图。

1.5 课程设计要求

1.遵守学校的规章制度与作息时间；

2.按照布置的课程设计内容，认真计算、校核、绘图；

3.按照课程设计内容要求，提供打印的设计说明书、计算机绘制的工程图； 4.独立完成课程设计，要求方案具有正确性与先进性，且论述清楚透彻，绘图整洁、符合规范。

1.6 课程设计成果

1. 1×300MW机组水处理流程图 2. 1×300MW机组补给水设备平面图 3. Φ600纤维精密过滤器设备图 4. Φ1250阳离子交换器设备图 5. Φ800TF型除碳器设备图 6. Φ1250阴离子交换器设备图 7. Φ800混合离子交换器设备图 8. 酸储罐设备图

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1.7 课程设计安排

1.第一周：课堂讲解、课程设计任务布置，进行有关工艺流程计算；

2.第二周：完善有关工艺流程计算及设备的选型、比较编写课程设计说明书等；

3.第三周：工程图课程授课，绘制有关工程图。

4. 第四周：绘制有关工程图，编写课程设计说明书，完成设计作品装订。

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第二章 课程设计说明书

2.1 项目建设的目的和意义

本项目设计的锅炉补给水处理系统，目的是改善锅炉补给水水质，使锅炉的水汽品质都能控制在标准值以内，从而减缓锅炉炉内结垢和腐蚀，化学清洗周期也相对延长。本项目选择了恰当的水处理方案和主要设备，优化分析1×300 MW火力发电厂锅炉补给水处理系统工艺，对火电厂水处理系统安全运行作了探讨。通过本次课程设计，能够巩固所学的基本理论，专业知识，并综合运用所学的知识来解决实际的工程问题。

2.2 设计依据和范围

本设计根据《1×300 MW火力发电厂锅炉补给水处理设计》的要求，结合《水处理工程》和《AutoCAD2000应用教程》等相关资料，根据水源、水质资料、电厂规模及水汽系统的水质指标等资料，通过计算选择恰当的水处理方案和主要设备，再运用CAD绘制设计出相应的工艺流程图、总体布局平面图以及主要单体设备图。

2.3 工艺方案的选择与确定

补给水处理工艺流程的选择是根据建厂的原始资料，如原水的水质和机组对水质和水量的要求等进行的，选择的方案能使处理后的水源水达到机组对水质的要求。从系统运行的可靠性和设备投资的经济性角度出发，补给水处理的整个过程包括预处理和后阶段处理两部分。

（1）水质中强酸阴离子含量计算结果为2.3 mmol/L，大于2 mmol/L，所以该方案选 弱碱-强碱复床工艺；水质中碱度小于4 mmol/L，所以不必要选择弱酸-强酸复床工艺。

（2）进水中CO2含量为1.87mmol/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53.7m3/(m2.h) ，小于60，选择大气式除CO2器。

（3）春季水质中悬浮物含量较少，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。

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2.4 工艺说明

2.4.1 水处理系统工艺流程

为了能使水质达到电厂锅炉补给水的要求，保证锅炉的安全运行，水处理系统工艺流程为：水源→原水接收池→单层滤料无阀滤池→清水箱→清水泵→强型阳离子交换器→除碳器→中间水箱→中间水泵→弱型阴离子交换器→强型阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房→补给水箱。 2.4.2 平面布置图说明

平面布置图中，一楼室内从左至右布置了阴、阳离子交换器、除碳器、混床、清洗药液箱、清洗过滤器、中间水泵、酸碱计量箱和除盐水泵；二楼从左至右布置了配电室、加药室、更衣室、水分析室、煤分析室、油分析室、计算机室。滤池、澄清池、贮水箱置于室外。

2.4.3 计算内容说明

计算书包括系统出力、体内再生混床、碱性阴床、除碳器、强酸阳床、无阀滤池的计算，由于本课题的水质为春季水质，其阴、阳离子含量相对较高，为了获得更高品质的水质，需要设置弱碱-强碱复床。

2.5 构筑物与设备的工艺设计

预处理的机械搅拌澄清池，滤池，再生系统的酸罐，碱罐及除盐水箱设于室外，而阴、阳离子交换器，混床，除碳器等设备置于室内，整个流程控制为计算机自动监控，设有水处理值班室。

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第三章 课程设计计算书

3.1 补给水处理系统出力的计算

序号 计算项目 厂内正常水汽损失量公式 采用数据 结果 说明 200MW以上机组厂内正常水汽损失为锅炉最大连续蒸发量的1.5% 1 ?m3/h? D1?a'D D=1×1025=1025m3/h ??15.38 a'?1.5% 锅炉排污量2 ?m3/h? DP?PD p??a1?a3?a4?Sw0 0Sp??1???SwP=0.3% 3.075 Sp=200ppb，Sw=20ppb，?=0.35 3 启动或事故增加的损失量m/h 100MW及以上机组启a=6% ?3?D2?aD D=1025m3/h ??61.5 动或事故增加的损失量取最大一台锅炉最大连续蒸发量的6% 4 锅炉正常补给水量 D1 =15.38 Qn'?D1?D3?D4?D5?D6?Dp ?m3/h? DP?3.075 18.45 1．D3=D4=D5=D6=0； 2 锅炉最大补给水量?m3/h? D1 =15.38 D2=61.5 'Qmax?D1?D2?D3?D4?D5?D6?Dp DP=3.075 79.95 D3=D4=D5=D6=0 第 - 6 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 正常 水处理3 系统'Qn?Qn(1?a)(T?t)/T 26.57 取a=0.2(自用水部分集中a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?m3/h? 最大 供应);T=20h,t=4h 'Qmax?Qmax(T?t)/T 95.94 不舍再生设备时t=4h

3.2 体内再生混床的计算

序号 计算项目 公式 An? 最大 采用数据 结果 说明 总工作面积1 正常 Qn? Qn=35.36m3/h 取ν=50. 00m/h（待计算后返校） ??0.707 由附表3-1可知，ν取?m? 2Amax?Qmax? Qmax=104.55m/h ?3?2.091 40~60m/h 根据附表21-1，选用直2 交换器直径（m） d=1.13An 0.95 径d=1.0m的定型混床设备，其截面积A1=0.775m 2正常 3 选择混 床台数 最大 mnn?An4An?2 A1?d 1 计算结果取整数，且需满足关系式： A1，d为所选用的阴床截面积和直径A4AMnmax?max?maxA1?d2Q?n?nm A1nnQ?max?max MA1nmaxnMmax?n?1 mn3 （m2,m） 4 校验实际 运行流速 （m/h） 正常 Qn=35.36 m3/h m=1 A1=0.775m2 nn??45.63 1．ν不得超过40~60 m/h。 2．所选用的最大 Qmax=104.55m3/h A1=0.775m2 ??nMmax=3 44.97 混床台数为3 第 - 7 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 阳树脂 5 混床内树脂体积（m3/台） VRC?A1hRC VRA?A1hRA 取hRC=0.5m hRA=0.8m 20.39 hRC ，hRA为混床中阳树阴树脂 A10.775m 0.62 脂和阴树脂的高度 EC和EA为6 混床周期制水时间?h? T??VRCEc?VRAEA?Qnnmn EC=1750 m3 EA=1100 m3 阳、阴树脂工385 作交换容量（mol/ m3）CjCj=0.1 mmol/L Cj为混床进水离子浓度， 按酸耗计算，101.7 用盐酸再生，RC取100%酸 VECRCma,p? RC 1000取RC =150g/mol树脂 EC=1750 m3 30.388m/台 100-150g/mol 328.1 工业酸 ma,i?ma,p1? 盐酸? =31% ?—工业盐酸浓度（%） 7 再生时用酸量?kg/?台?次?? 再生酸液 ma,r?ma,p1 c取c= 3% 2034.4 Ｃ—再生酸液浓度（%） 稀释用水 ?m? 3Va?ma,r?ma,i1000 3.06 进酸时间（min） ta?60ma,r 1000A1va?取va=5m/h， va—进酸流速51.47 （m/h） ρ—再生酸液密度(g/cm3) 按碱耗计算，?=1.02g/cm3 A1=0.775m2 再生时 用碱量8 ?kg/?台?次?? 100% 碱 ms,p?VRAEARA 1000取RA=200g/mol树脂 136.4 用NaOH再生，RA取200-250g/mol 第 - 8 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 工业碱 再生碱液 稀释用水 ms,i?ms,p1? 取工业碱液?=30% 454.7 ?—工业碱浓度（%） 1ms,r?ms,p cVs?ms,r?ms,i1000取c= 4% 3410 Ｃ—再生碱液浓度（%） ?m? 3 2.96 vs—进碱流进碱时间（min） 60ms,rts? 1000A1vs?取vs=5m/h， 速（m/h） 50.76 ? =1.04g/cm3 ?—再生碱液密度(g/cm3) v—反洗流速反洗用水 Vb??A1t60 取v=10m/h，t=15min 1.94 （m/h） t—反洗时间（min） 置换用水 Vd??VRC?VRA?ad 取ad=2m/m0.39,33 ad—置换时水2.015 0.62 的比耗（m3/m3） ac—阳树脂正9 再生时自用水量 ?kg/?台?次?? 洗水比耗正洗用水 Vf?VRCac?VRAaa 取ac=6m3/m3，aa=12m3/m3 9.765 （m3/m3） aa—阴树脂正洗水比耗（m3/m3） 部分集中供应自用水 V2=Va+Vb+Vs+Vd 9.975 总自用水 Vt?Vf?Vs?Va?Vd?Vb 19.74 第 - 9 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 q—树脂混合压缩空气比耗 10 再生用压缩空气量m3/?台?次? ??VMai?qA1t 取q=3m3/(m2·min) t=1min 2.325 t—混合时间(min) 压缩空气压力0.1~0.15MPa 11 每天耗工业酸量（t） m?24MaMma,inn1000TMms,inn 0.024 12 每天耗工业碱量（t） msM?241000T 0.028 以年运行7000h计 13 年耗酸量（t） MMma?m,aa?7000 24 7.0 14 年耗碱量（t） MmsM,a?ms?7000 24 8.27 以年运行7000h计 由前级提供自用水 集中公用自用水 VM1?VfTMnn 0.025 V2M?15 每小时自用水量 ?m3/h? V2Mnn T 0.026 根据自用水集中供应范围确定 总自用水 VtM?VtMnn T 0.051

3.3弱碱—强碱复床工艺计算

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1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 序号 计算项目 公式 采用数据 Qn=35.36结果 说明 ?m正常 3/h? QnA?Qn?V1M 1 设计出力（m3/h） V1M?0.025m3/h 35.4 根据自用水集中供应范围确定 最大 AQmax?Qmax?V1M Qmax=104.55?m3/h? 104.6 正常 弱碱阴床 最大 An,w?QnA?Q ν=30m/h 1.18 1．强碱阴床一般采3.49 用顺流再生 2．弱碱阴床一般都有顺流再生 1.18 3．强碱阴床和弱碱Amax,w?Amax? 2 总工作面积（m2） 正常 强碱阴床 最大 An,s?QnA?Q 阴床串联运行和串3.49 联再生 Amax,s?Amax? 弱碱 阴床 d?1.13An,wd?1.13An,s 1.23 弱碱和强碱阴床均选用d=1.25m的定3 交换器直径（m） 强碱 阴床 正常 弱碱阴床 1.HBS.200.III选用阴床公称直径 为1250mm，截面积为A1=1.23m。 2．计算结果取整1 数，且需满足关系21.23 型设备，A1=1.23m2 1．A1,d为所选用的弱碱阴床和强碱nA?ws?n,w?An,wA1?4An,w?d21 4 选择交换器台数 最大 A?ws?nmax,w?Amax,wA1An,sA1?4An,w?d24An,s3 阴床直径和截面积（m, m2） 2．复床系统采用串联再生，要求弱阴强碱阴床 正常 nA?ws?n,s???d2第 - 11 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 最大 A?ws?nmax,s?Amax,wA1 ?4An,wAA式：nmax?nn?1 床台数和强碱阴床3 台数相等 ?d2正常 弱碱阴床 校验实际运行流速（m/h） 强碱阴床 最大 最大 ?n,wQnA ?A?ws?A1nn,wAQmax ?A?ws?A1nmax,wAnA?ws?1n,sQnA=35.4 28.79 ?m3/h? ?max,wA=104.6Qmax5 ?m?m?m?3/h? /h? /h? 28.35 1．流速不得超过20~30 m/h； 正常 ?n,s?QAn Q=35.43An28.79 ?max,sAQmax ?A?ws?A1nmax,sA=104.6Qmax328.35 取?12??SO2A?4?/96?s??2?强酸 阴离子 进水中阴6 离子含量（mmol/L） ＋Cl?3?Cl?=11.08mg/L，?NO?＝0mg/L ?3DN—由混凝剂带入的强酸阴离子量（mmol/L）； 2.3 ??/35.5＋?43-?12??=75.03mg/?2SO4????NO?/62＋3「1/3PO/95????DN ?Cl?、?NO?、??3」L 「1/3PO43-」=0.94 mg/L DN=0.35mmol/L 脱CO2器出口?12??为原水中SO4???2?相应离子浓度（mmol/L） SiO2（mg/L）为可溶性SiO2含量，当0.18 系统中有石灰处理及预脱盐时应按阳床进水水质取值 弱酸 阴离子 ?As?CO2SiO2? 4460CO2＝5mg/L，进水中全硅SiO2＝4mg/L 第 - 12 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 DN—由混凝剂带入的强酸阴离子量?A总阴离子 w=0. 182.48 （mmol/L）； ?A??A??Asw （mmol/L） ?Cl?、?NO?、??3?A =2.3s（mmol/L） ?12??SO4?为 ??2?原水中相应离子浓度（mmol/L） 取hR,Aw ＝2.6m 一台交换器内树脂体积 （m3） 弱碱阴床 VR,Aw?A1hR,Aw A1=1.23m 取hR,As＝0.4m 23.2 1．hR,Aw , hR,As为弱碱及强碱阴床内树脂装载高度（m） 7 强碱阴床 VR,As?A1hR,As A1=1.23m 20.5 1．a—运行泄漏量，弱碱阴床 Tw?VR,AwEAwQQAnA(ws)n,w (?As?a)取a =0.15mmol/L，EAw=1450mol/ m3 60.9 根据树脂特性和运行终点来确定 2．EAs、EAw—强碱及弱碱阴树脂工作8 正常出力时周期制水时间 （h） 交换容量（mol/ m3） 强碱阴床 Ts?VR,AsEAsQQAnA(ws)n,w (?Aw?a)取EAs=1100mol/ m3 3．串联运行和再生51.0 时，Ts≈Tw；若需要减轻强碱阴树脂有机物污染，Tw应比Ts富裕10%~20% 混合计算 T?VR，AsEAs?VR,AwEAw QnAAA(ws)?nn,s 59.7 第 - 13 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 9 串联运行和再生时，正常出力时每昼夜每套再生次数 R?24 TT=120.4h 1 R一般不超过规定值 1. gs—强碱阴树脂再生碱耗（g/mol） 100%碱 (VR,AwEAw?VR,AsEAs)a1000 VR,AsEAsgAs???m's,p??1000??ms,p?2.a在40~60g/mol取a=55g/mol 216.0 之间取值。 3.ms,p=216.0，满足m's,p=203.3，gs=120 g/mol 10 每套阴床串联再生用碱量[m3/(套·次) ms,p≥m's,p的条件。 工业碱 取工业碱液 ms,i?ms,p1??=30% 取再生碱液c=2% 720 ?—工业碱浓（纯）度（%） 再生碱液 稀释用水（m） 3ms,r?ms,p1 c10800 10.08 c—再生碱液浓度（%） v—再生碱液流速（m/h） m?ms,i Vs?s,r1000 进碱时间（min） 60ms,r ts?1000A1vp取v=8m/h，ρ=1.02g/cm3 64.6 ρ—再生碱液密度（g/cm3） S：取v=10m/h，串联再生 阴床每套 再生时 自用水量 [m3/(台·次)] 小反洗（反洗）用水 Vb?[vA1tvA1t ]s?[]w6060v—反洗流速（m/h） 8.0 t—反洗时间（min） s,w指强碱阴床及弱碱阴床 4.1 v—置换流速（m/h） t—置换时间（min） t=15 min W：取v=8m/h，t=30min 11 置换用水 Vd??A1t 60取v=5m/h，t=40min 第 - 14 - 页 共25页

1×300MW机组火电厂水处理工艺设计 v—采用对流再生小正洗用水 Vf1??A1t60时强碱阴床小正洗 取v=10m/h，t=10min 2.05 流速（m/h） t—小正洗时间（min） 正洗用水 Vf?VR,AsaAs?VR,AwaAw 集中供应自用水 总自用水 取aAS=12m/m aAW=5m3/m3 33aAs, aAw分别为强碱26.18 阴床和弱碱阴床正洗水比耗（m3/m3） V2= Vb+ Vd +Vs Vt?Vf?Vf1?Vs?Vd?Vb msA?ws??24ms,innA,?sws?1000TVd=0 Vf1=0 18.08 44.26 强碱阴床采用顺流再生时Vd，Vf1项为0。 12 每天耗碱量（t） 0.29 13 年耗碱量（t） ?ws?msA,a?msA?ws??7000 24 84.6 以年运行7000h计 由前级提供自用水 每小时 自用水量（m3/h） V1A?ws???Vf?Vf1?nnA,?sws?TVf1=0 0.44 14 集中供应自用水 V2A(ws)=( V2 /T) nn,sA(ws) 0.74 根据自用水集中供应范围确定 总自用水 VtA(ws)?VtA(ws)nn,s T 0.90

3.4 大气式除CO2器的计算

序号 计算项目 公式 采用数据 结果 说明 第 - 15 - 页 共25页