MW机组火电厂水处理工艺设计.docx

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
单 位
结 果
项 目
单 位
结 果
浑浊度
mg/L

全硬度
mmol/L

pH

全碱度
mmol/L

游离二氧化碳
mg/L

酚酞碱度
mmol/L
0
耗氧量
mg/L

氢氧根
mg/L
0
溶解固形物
mg/L
228
碳酸根
mg/L
0
全硅
mg/L

重碳酸根
mg/L

铁
µg/L

硫酸根
mg/L

铝
µg/L

氯根
mg/L

铜
µg/L

磷酸根
mg/L

钙离子
mg/L

钾离子
mg/L

镁离子
mg/L

钠离子
mg/L

氨
mg/L

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
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。
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） 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m3/(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。
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。
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
公式
采用数据
结果
说明
1
厂内正常水汽损失量

D=1×1025=1025
1.5%

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%
2
锅炉排污量

P=0.3%

Sp=200ppb，Sw=20ppb，
3
启动或事故增加的损失量

a=6%
D=1025

100MW及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发量的6%
4
锅炉正常补给水量

D1 =

1．D3=D4=D5=D6=0；

2
锅炉最大补给水量

D1 =
D2
DP

D3=D4=D5=D6=0
3
水处理系统
正常

取a=0.2(自用水部分集中供应);T=20h,t=4h

a为除盐设备自用水率。工作周期T按一级除盐设备计算，交换器不舍再生设备时t=4h
最大

3.2 体内再生混床的计算
序号
计算项目
公式
采用数据
结果
说明
1
总工作面积
正常

=
取ν=50. 00m/h（待计算后返校）
=

由附表3-1可知，ν取40~60m/h
最大

2
交换器直径（m）

根据附表21-1，选用直径d=1.0m的定型混床设备，其截面积A1=
3
选择混
床台数
正常

计算结果取整数，且需满足关系式：

1
A1，d为所选用的阴床截面积和直径（m2,m）
最大

3
4
校验实际
运行流速
（m/h）
正常

=
=1=m2

1．ν不得超过40~60 m/h。
2．所选用的混床台数为3
最大

=
=m2 =3

5
混床内树脂体积（m3/台）
阳树脂

取hRC
hRA=m
m2
0.39
hRC，hRA为混床中阳树脂和阴树脂的高度
阴树脂

6
混床周期制水时间

EC=1750 m3
EA=1100 m3
=0.1 mmol/L
385
EC和EA为阳、阴树脂工作交换容量（mol/ m3）为混床进水离子浓度，
7
再生时用酸量
100%酸

取RC =150g/mol树脂
EC=1750 m3
0.388m3/台

按酸耗计算，用盐酸再生，RC取100-150g/mol
工业酸

盐酸 =31%

—工业盐酸浓度（%）
再生酸液

取c= 3%

Ｃ—再生酸液浓度（%）
稀释用水

进酸时间（min）

取=5m/h，
3 =m2

va—进酸流速（m/h）
ρ—再生酸液密度(g/cm3)
8
再生时
用碱量
100% 碱

取RA=200g/mol树脂

按碱耗计算，用NaOH再生，RA取200-250g/mol
工业碱

取工业碱液=30%

—工业碱浓度（%）
再生碱液

取c= 4%
3410
Ｃ—再生碱液浓度（%）
稀释用水

进碱时间（min）

取=5m/h，
3

—进碱流速（m/h）
—再生碱液密度(g/cm3)
9
再生时自用水量

反洗用水

取v=10m/h，t=15min

v—反洗流速（m/h）
t—反洗时间（min）
置换用水

取ad=2m3/m3
0.39,

ad—置换时水的比耗（m3/m3）
正洗用水

取ac=6m3/m3，aa=12m3/m3

ac—阳树脂正洗水比耗（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

总自用水

10
再生用压缩空气量

取q=3m3/(m2·min)
t=1min

q—树脂混合压缩空气比耗
t—混合时间(min)
压缩空气压力
11
每天耗工业酸量（t）

24

12
每天耗工业碱量（t）

0.028

13
年耗酸量（t）

以年运行7000h计
14
年耗碱量（t）

以年运行7000h计
15
每小时自用水量

由前级提供自用水

0.025
根据自用水集中供应范围确定
集中公用自用水

26
总自用水

0.051
3.3弱碱—强碱复床工艺计算
序号
计算项目
公式
采用数据
结果
说明
1
设计出力（m3/h）
正常

=m3/h

根据自用水集中供应范围确定
最大

=

2
总工作面积（m2）
弱碱阴床
正常

ν=30m/h

1．强碱阴床一般采用顺流再生
2．弱碱阴床一般都有顺流再生
3．强碱阴床和弱碱阴床串联运行和串联再生
最大

强碱阴床
正常

最大

3
交换器直径（m）
弱碱
阴床

弱碱和强碱阴床均选用d=m的定型设备，A1=m2
强碱
阴床

4
选择交换器台数
弱碱阴床
正常

1.HBS.200.III选用阴床公称直径为1250mm，截面积为A1=。
2．计算结果取整数，且需满足关系式：
1
1．,d为所选用的弱碱阴床和强碱阴床直径和截面积（m, m2）
2．复床系统采用串联再生，要求弱阴床台数和强碱阴床台数相等
最大

3
强碱阴床
正常

1
最大

3
5
校验实际运行流速（m/h）
弱碱阴床
正常

=

1．流速不得超过20~30 m/h；

最大

=

强碱阴床
正常

=
2
最大

=

6
进水中阴离子含量（mmol/L）
强酸
阴离子
2/96＋＋/62＋3「1/3PO43-」/95
取=11.08mg/L，＝0mg/L

「1/3PO43-」=0.94 mg/L
DN
2.3
DN—由混凝剂带入的强酸阴离子量（mmol/L）；
、、为原水中相应离子浓度（mmol/L）
弱酸
阴离子

脱CO2器出口CO2＝5mg/L，进水中全硅SiO2＝4mg/L
8
SiO2（mg/L）为可溶性SiO2含量，当系统中有石灰处理及预脱盐时应按阳床进水水质取值
总阴离子

=0. 18（mmol/L）
=2.3（mmol/L）
8
DN—由混凝剂带入的强酸阴离子量（mmol/L）；
、、为
原水中相应离子浓度（mmol/L）
7
一台交换器内树脂体积
（m3）
弱碱阴床

取hR,Aw＝2.6m A1=

1．hR,Aw , hR,As为弱碱及强碱阴床内树脂装载高度（m）

强碱阴床

取hR,As＝m A1=

8
正常出力时周期制水时间
（h）
弱碱阴床

取，EAw=1450mol/ m3

1．a—运行泄漏量，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交换容量（mol/ m3）
3．串联运行和再生时，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%
强碱阴床

取EAs=1100mol/ m3

混合计算

9
串联运行和再生时，正常出力时每昼夜每套再生次数

T=1h
1
R一般不超过规定值
10
每套阴床串联再生用碱量[m3/(套·次)
100%碱

取a=55g/mol
=120 g/mol

1. gs—强碱阴树脂再生碱耗（g/mol）
在40~60g/mol之间取值。
3.=，=，满足≥的条件。
工业碱

取工业碱液=30%
720
—工业碱浓（纯）度（%）
c—再生碱液浓度（%）
v—再生碱液流速（m/h）
ρ—再生碱液密度（g/cm3）
再生碱液

取再生碱液c=2%
10800
稀释用水（m3）

进碱时间（min）

取v=8m/h，3

11
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

S：取v=10m/h，t=15 min
W：取v=8m/h，t=30min

v—反洗流速（m/h）
t—反洗时间（min）
s,w指强碱阴床及弱碱阴床
置换用水

取v=5m/h，t=40min

v—置换流速（m/h）
t—置换时间（min）
小正洗用水

取v=10m/h，t=10min

v—采用对流再生时强碱阴床小正洗流速（m/h）
t—小正洗时间（min）
正洗用水

取aAS=12m3/m3 aAW=5m3/m3

aAs, aAw分别为强碱阴床和弱碱阴床正洗水比耗（m3/m3）
集中供应自用水
V2= Vb+ Vd +Vs
Vd=0

强碱阴床采用顺流再生时Vd，Vf1项为0。
总自用水

Vf1=0

12
每天耗碱量（t）

13
年耗碱量（t）

以年运行7000h计
14
每小时
自用水量（m3/h）
由前级提供自用水

Vf1=0

根据自用水集中供应范围确定
集中供应自用水
V2A(ws)=( V2 /T) nn,sA(ws)

总自用水

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
1
设备总出力

正常

=

根据自用水集中供应范围确定
最大

2
选择除CO2
器台数
正常
=
=1
1
采用单元制系统
最大
=
=3
3
3
每台除CO2器出力

=3

4
除CO2器工作面积

q=60]

q为除碳器的喷淋密度
5
除CO2器直径
（m）

选型为公称直径为1000mm的除碳器，截面积为A1=。

6
检验除CO2器喷淋密度
[]

q应小于或等于60
7
进水中CO2含量
（mg/L）

=3.79 mg/L

阳床进水中相应物质浓度，mmol/L
—阳床进水中CO2浓度，mg/L
8
出水中CO2含量
（mg/L）

取=5mg/L
5

9
填料塔高度（m）
对数平均浓度差（）

C1=mg/l
C2=5mg/l

Q—单台除CO2器设计出力，

解吸面积(m2)
A=Q(c1－c2)/1000K
K=0.54m/h

根据表格2-21取和60最接近的喷淋密度时的K值，水温22摄氏度
填料层高度
H=A/（A1S）
S=236 m2/m3

根据计算结果以及附表18-1，取
10
1台除碳器需填料层体积（m3）
V1= A1H

11
风机校核
风量m3/h
Q’=iQ
i=25m3/h

公式详细说明参见上面部分；此处i和r均取的中间值
风压（Pa）
P=rH+(295~392)
r=350 Pa/m
900

3.5 强酸阳离子交换器的计算
序号
计算项目
公式
采用数据
结果
说明
1
阳床设计出力
正常

=

最大

=

2
总工作面积（m2）
正常

取ν=30m/h（按附表3-2中推荐值选用）

最大

3
交换器直径（m）

4
选择阳交换器运行台数
正常

1.选用阳床公称直径为1250mm截面积为A1=m2。
２．计算结果取整数，且需满足关系式：
1
1．A1，d为所选用的阴床截面积和直径（m2,m）
最大

3
5
校验实际运行流速（m/h）
正常

=

流速不得超过20~30 m/h；
最大

=

6
进水中阳离子含量（mmol/L）
总阳离子

…

=14.7 mg/L

[Cu2+]

阳离子总含量主要是指钙、镁、钾、钠等强碱阳离子，必要时考虑铁、铝、铵等弱碱阳离子
7
一台阳床内树脂
体积（m3）

取hRC＝2.0m

hRC —阳床树脂装载高度（m）
8
正常出力时周期
制水时间（h）

取EC=1750mol/ m3树脂

EC—阳树脂工作交换容量（mol/ m3）
9
正常出力时每台
每昼夜再生次数

1
R值一般不超过规定值
10
每台再生
用酸量[m3/(台·次)
100%酸

取=55g/mol，=1750mol/L

gC—阳树脂再生酸耗（g/mol）
—工业酸浓（纯）度（%）
ρ—再生碱液密度（g/cm3）
c—再生酸液浓度（%）
v—再生酸液流速（m/h）
工业酸

取工业酸=31%

再生酸液

取再生酸液c=3%

稀释用水（m3）

进酸时间（min）

取v=53

11
每台再生
用水量[m3/(台·次)]
小反洗（反洗）用水

取v=10m/h
t=15min

v—反洗水流速（m/h）
t—反洗时间（min）
置换用水

取v=5m/h，t=30min

v—置换水流速（m/h）
t—置换时间（min）
小正洗用水

取v=15m/h，t=10min

v—小正洗流速（m/h）
t—小正洗时间（min）
正洗用水

取aC=3m3/m3

aC—阳树脂正洗水比耗（m3/m3）
集中供应自用水
V2= Va+ Vd

总自用水
+

12
每台再生用压缩空气量[m3/(台·次)]

取3/(m2·min)
ta=30min

q—逆流再生顶压用压缩空气比耗
[m3/(m2·min)]
压缩空气压力
13
每天耗酸量（t）

14
年耗酸量（t）

以年运行7000h计
15
每小时自用水量（m3/h）
由前级提供自用水

=
=
=

根据自用水集中供应范围确定
集中供应自用水
V2C=( V2/T)ncn

总自用水

无阀滤池的选择计算
序号
计算项目
公式
采用数据
结果
说明
1
滤池设计出力
(m3/h)

V1C3/h
b=0

水处理方式采用混凝澄清处理，故自用水率取4%。

2
滤池的选择
(台)

Q=40m3/h
3
nFmax取整数
3
校验运行流速
(m/h)

滤池尺寸规格为
A1=m2
8.5
流速为6~10 m/h.

4
周期制水时间
(h)

VF=m3
x=1250g/m3
c1=10mg/L
c2=4mg/L

根据上面的计算流速范围可选用单层石英砂滤料,滤料高度
5
每昼夜每台滤池反洗次数

1
R不得超过规定值
6
反洗压缩空气量
[m3/(台•次)]

Q=20L/(m2·s),
t=5min

q根据附表14-1取值
7
反洗用水量
[m3/(台•次)]

q=15L/(m2•s)
t=5min

q由附表14-1取值.
q=12~15 L/(m2•s)
8
自用水率校核

%
与事先假设的4%相差不大.
3.7 水处理系统供水量校核
设计总集中供应自用水量=24××0.15/20= m3/h。
实际各设备的集中供应自用水V2=V2M+V2C+V2A（ws）26+0.25+=m3/h。
显然Q﹥V2，设计符合要求。
第四章 总结
本次课程设计为火力发电厂锅炉补给水处理工艺设计，设计内容包括了锅炉补给水量的确定、设备的选择、工艺计算、管道、泵和阀门的选择以及系统图和设备布置图的绘制。时间为四周，分两阶段：前两周完成课程设计计算书，后两周根据自己的计算书绘制需要的系统图和流程图。这次课程设计，锻炼了我查阅资料以及设计能力，巩固了大学所学的知识，并且通过多次多计算方案的修改，更加加深了设计的要点及难点，这对将来的毕业设计以及参加工作都有很大帮助。同时，通过课程设计也发现了不足之处。下面就我在课程设计中取得的进步和不足之处进行总结。
一、 取得的进步
（1） 查阅资料能力及理论知识的提高。这次课程设计，在听完老师的讲解后还是一知半解，无从下手。回去后认真查看学过的课本知识，如《电厂锅炉水工况》、《水处理工程》，并结合《火力发电厂锅炉补给水处理设计》一书，选择设计的参数。在计算过程中遇到了问题，通过查阅资料解决。在反复进行修改的过程中，加深了理论知识的印象。进行设备的选择时，学会判断需要什么设备，什么条件的设备才是合适的。
（2） 计算能力的提高。此次课程设计依照逆向推算法计算各设备的各项参数，计算量很大，而且需要综合考虑或者返校等，如果不认真仔细很容易出现错误。在这次课程设计中，大大提高了计算能力。
（3） 锻炼了设计方案的编写能力。设计方案的编写包括前言、目录、课程设计说明书、课程设计计算书等，各个部分的排版都要求熟练。首先自己要思路清晰，知道先写什么再写什么，同时，表达要清楚，内容要充实。
（4） CAD绘图技能的提高。之前学过CAD，但是没有像这样运用过。这次课程设计用CAD绘制了很多设备图，这不仅使我对设备更加了解，而且也加强了CAD制图能力。这对今后熟练运用CAD起到了很大帮助。
二、 出现的问题
（1） 理论知识不扎实。本来这次课程设计很多知识我们都已经学过了，可是由于知识不牢固，导致开始时无从下手，很多知识点模糊，原本可以简单的问题，却要查阅课本，耽误了大量时间。
（2） 考虑不全面。在计算初稿时，出现了很多问题，很多问题是我们没有去思考而出现的。比如排污率没有经过计算就直接取值，计算混床时进酸进碱时间没有合理安排等到。这些都是由于考虑不全面导致的。
第五章 参考文献
参考文献：
（1）朱志平.火力发电厂锅炉补给水处理设计. 北京：中国电力出版社，2009.
（2）陈志和.电厂化学设备及系统.北京：中国电力出版社，2006
（3）宋世初，左贤龄，刘维祈，于文从.工业锅炉房设计手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，1986.
（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）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.
（6）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.
（7）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.
（8）钱达中.发电厂水处理工程.武汉：中国电力出版社，2002.
第六章 附录
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.Φ100TF型除碳器设备图
6.Φ1250阴离子交换器设备图
7.Φ100混合离子交换器设备图
8.酸储罐设备图