[摘要]
电厂中水、汽系统运行质量的好坏直接影响到锅炉、汽轮机设备及系统运行的安全性和经济性，严重时还可能产生不可逆转的腐蚀事故。当前，国内多数电厂的除盐系统普遍存在自动化程度偏低、生产状况落后的现象，设备往往采用人工控制的方法，劳动强度大，由于阀门众多，从而造成整个化学汽水处理流程中众多影响因素彼此间不能及时协调、及时响应处理，往往会误开阀门对生产产生不利影响。这种以人为主的控制方式控制效果不佳，造成酸碱耗量经常超标且制水质量经常不能稳定控制。因此，在火力发电厂中，为了提高生产效益，实现综合化控制系统，水处理工作对保证发电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。
化学水处理是火电厂重要的生产过程，确保化学水处理设备可靠运行和补给水质量对火电厂的安全经济运行起着非常重要的作用。电厂水处理主要是指给水处理，即锅炉用水的处理。锅炉用水必须经过严格的净化处理才能使用，否则将会造成严重的危害。
1、化学水处理工艺原理
化学水处理工艺系统包括化学预处理、一级除盐系统和酸碱再生系统，其中除盐系统由离子交换除盐系统、酸碱再生系统、废液中和系统组成。
1.1、化学水预处理
一般天然水中含有较多的悬浮物和胶体物质，如不首先除去，含有悬浮物和胶体物质的水如直接进入锅炉，易使锅内结生泥垢；若水中含有有机物的胶体，进入锅炉则易使锅水起泡，从而恶化蒸汽品质。因此，在电厂水处理工艺中，应首先除去悬浮物和胶体物质，使水得到澄清，或者预先除去部分硬度，这就是水的预处理目的。
化学预处理工艺系统主要包括原水加药系统、澄清池排污系统；升压泵、工业水泵、生消水泵控制等。由于水源直接取自较混浊的天然水，通过在水中加入化学药剂，使钙、镁离子转变为难溶化物而沉淀析出。从而降低水中的硬度。
1.2、除盐原理
化学水预处理仅仅是除掉水中的钙、镁离子，而水中的除盐处理则是除掉水中溶解的盐类，常用的方法是化学除盐。化学除盐就是应用离子交换反应的原理进行除盐。
由一个强酸性阳离子交换器和一个强碱性阴离子交换器所组成的除盐系统，是除盐系统中最简单的，原水一次相继地经过强酸性阳离子和强碱性阴离子交换器称做一级，这种形式称为一级除盐系统。在这种系统中，原水中所有的阴离子都被阴离子树脂所吸着，其中包括有HCO₃⁻。
这种方法经济性较差，因为当原水通过强酸性阳离子交换后，其中所有的HCO₃⁻都转变成游离的CO₂，这就有可能用除碳器将它除去，在上述系统中因不设除碳器，那么HCO₃⁻就被阴离子树脂吸着，这样就需要多量的阴离子树脂，并且在再生中要消耗更多的再生剂，所以这种系统只适用于供水量很小或进水中含HCO₃⁻量很小的情况。
原水在强酸性阳离子交换器中经阳离子交换后，除去了水中所有的阳离子。被交换下来的H⁺与水中的阴离子结合成相应的酸，其中与HCO₃⁻结合生成的CO₂连同水中原有的CO₂在除碳器中被脱除。水进入强碱性阴离子交换器后，以酸形式存在的阳离子与强碱性阴离子树脂进行交换反应，除去水中所有的阴离子，从而将水中溶解盐类全部除去制得除盐水。
2、化学水处理系统流程
化学水处理系统主要由离子交换除盐系统、酸碱再生系统、废液中和系统组成。
2.1、离子交换除盐系统
以采用地下水的水质为例，地下水一般水质很好，离子交换除盐系统采用一级除盐系统加混床处理，其流程为：地下水→深井泵→生水池→生水泵→生水加热器→过滤器→清水池→清水泵→强酸性阳离子交换器→除碳器→中间水池→中间水泵→强碱性阴离子交换器→混床→除盐水池→除盐水泵→主厂房，设有五套过滤器、强酸性阳离子交换器、强碱性阴离子交换器和混床以进行切换使生产连续。
从生水加热器来的原水进入过滤器进行过滤，将原水中残留的悬浮物去除。经过过滤后的水进入清水箱，由清水泵打入强酸性阳离子交换器，经强酸性阳离子交换除去水中铁、钙、镁、钠等阳离子，再送入除二氧化碳器，通过鼓风方式除去水中CO₂，再送入强碱性阴离子交换器，通过强碱性阴离子交换，除去水中强酸根（Cl⁻、SO₄²⁻），碳酸氢根（HCO₃⁻）及硅酸氢根（HSiO₃⁻）等阴离子，进入混床对剩余的阴、阳离子进行处理，最后送入除盐水池，由除盐水泵送入主厂房，以供锅炉使用。
经过以上工艺处理的水就是合格的锅炉补给水，称作无盐水。用来吸收阳离子的树脂称为阳树脂，用来吸收阴离子的树脂称为阴树脂。强酸性阳离子交换器也称为阳床，强碱性阴离子交换器也称为阴床。
2.2、酸碱再生系统
酸罐中的浓盐酸（HCl）由酸泵输送到酸计量箱，当阳床再生时，由除盐水使酸喷雾器产生负压，将酸计量箱内的一定量的浓盐酸稀释成稀酸溶液，送入阳床进行再生。
碱罐中的碱液（NaOH）由碱泵输送到碱计量箱，当阴床再生时，由除盐水使碱喷雾器产生负压，将碱计量箱内的一定量的浓碱稀释成稀碱溶液，送入阴床进行再生。
2.3、废液中和系统
由于在本系统采用的是化学除盐工艺，再生已经失效的阳、阴离子交换树脂时，所用的酸、碱液耗量不可低于或等于理论量。所以除盐工艺的水处理系统再生过程中就必定产生大量的酸、碱废水。不经处置的废液就直接排放，会污染水域、影响农作物及鱼类正常生长和危及人民群众的健康。这就必须要进行废酸、碱的处理，以使排放水pH值达到允许排放的标准。
阴阳床再生过程中会产生一定量的废碱和废酸（总量约占化学制水10%），通常采用的方法是把这些废碱和废酸排到中和池中，进行自然中和，但实际使用中很难达到自然中和处理的目的，即废碱和废酸混合反应后pH值不能满足环保排放（pH值6-9）标准。
其工作原理就是设置一个中和池，让阴阳离子交换器再生所产生的废酸碱液排放到中和池中，首先让废酸碱液自行中和，并根据需要，加入适量的酸碱进行中和，然后排放掉废液。为了加快中和速度，这里设置压缩空气管进行搅拌，使得加入作调节用的酸（或碱）与废液能够混合均匀、互相中和。
3、化学水处理系统的自动控制
3.1、过滤器自动控制过程
运行时水经上部进水阀进入过滤器，过滤后的水从下部送出。当过滤器出水浊度超过规定值时必须进行反冲洗。进行反冲洗操作时，将过滤器内的水排放到滤层上缘为止，首先用压缩空气（气压0.6-1.0MPa）吹洗，然后用水和压缩空气混合冲洗，再反洗，最后正洗至水质合格后运行或备用。根据具体的工艺要求设定上部排水、吹洗、混合冲洗、反洗的时间。
3.2、强酸阳离子交换器自动控制
运行过程中，当出水的钠离子浓度超过规定值时必须进行再生，再生主要有反洗、排水、顶压、还原、置换、正洗等工艺步骤。反洗又分小反洗和大反洗两种，一般经过10~20个制水周期后进行一次大反洗，由于大反洗后再进行还原时，还原剂的用量应比平时增加20%~50%，所以需要增加一个补充还原过程。各个步骤的时间需要根据具体的工艺要求设定。
3.3、强碱阴离子交换器自动控制
运行过程中，当出水的SiO₂含量超过规定值时必须进行再生，再生主要有反洗、还原、置换、正洗等工艺步骤。各个步骤的时间需要根据具体的工艺要求设定。
3.4、除盐系统的流程控制
一级除盐系统联接方式可分为单元制和母管制，不同的联接方式具有不同的控制方法。单元制是指系统正常运行时，当某套设备失效时，备用的整套设备运行，失效设备整套停止并进入再生状态。采用单元制联接，只要系统设计合理，只需监测阴床出水的SiO₂含量，就可判断该套设备是否失效。
母管制是指系统正常运行时，当某个设备失效时，备用的该类设备运行，失效的设备停止并进入反冲洗或再生状态。对两个相同设备的操作可分为手动和自动，设置一个手动一自动位（1：自动0：手动），通过改变手动一自动位来进行手动和自动的切换。
手动状态下设备由用户控制，用户可以根据需要对任一单台设备进行运行、停止、反冲洗或再生；自动状态下设备由程序控制，当某个设备失效时，备用的该类设备自动运行，失效的设备停止并进入反冲洗或再生状态。设备可以是过滤器、强酸阳离子交换器或强碱阴离子交换器。
4、总结
本文主要介绍了化学水处理的必要性，几种典型的锅炉用水名称，重点叙述了锅炉补给水的工艺流程，为电厂化学水处理系统的改造提供了理论依据和指导方向，具有重要的应用价值。
参考文献：
[1]张春生，李岩，赵继阳，朱存旭.电厂化学水处理DCS的应用与研究[J].应用能源技术，2011，5（161）：1-5，
[2]张春生.DCS系统在电厂化学水处理过程中的应用[D].河北：华北电力大学，2011.
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