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1、第2章 电厂用水,2.1 水的性质2.2 水中的杂质2.3 水质指标2.4 水质指标间的相互关系及计算2.5 水在火力发电厂的重要作用2.6 火力发电锅炉的水汽质量标准及说明,单分子水由原子量计算得分子量为18，但实验测得气态水的分子量为18.64，液态水的分子量还大，这就说明有聚合态水存在。通常把这种由简单分子结合成复杂分子的集合体，而不改变单个分子的化学性质的作用，称为分子的缔合：n(H2O)=(H2O)n（n=1、2、3）,2.1 水的性质,1.水的组成及结构,1.1 冰的结构示意图,2.水的物理性质,水的蒸气压(100时为101.325kPa)温度升高水的蒸气压升高。PV=nRT 水的
2、密度(4 1.0103kg/m3)其它温度下水的密度均小于此值。水的比热(14.5 至15.5时为4.18kJ/kg.K)高于此温度水的比热变小，低于此温度变大 水的介电常数81（25）温度升高水的介电常数减小 水的的表面张力(20时为72.810-3N/m2)温度升高水的表面张力减小,3.高温（300以上）炉水的性质,高温炉水温度升高至接近临界点时：蒸气压直线上升 水的密度直线下降 水蒸汽的密度直线上升 水的比热直线下降 水蒸汽的比热直线上升 水的介电常数直线下降 水蒸汽的介电常数直线上升 水的表面张力直线下降至零,水的临界点：374.15，22.1MPa,4.超临界水的性质,水的超临界状态
3、:当水的温度和压力分别高于临界温度和临界压力时的状态。在超临界状态下水表现出与常温下不同的理化性质，,表2.1.1 普通水与超临界水性质的比较,2.2 水中的杂质,悬浮物：悬浮物是构成水中混浊度的主要因素，一般粒径在100nm 以上 胶体物质：是由许多分子或离子组成的集合体，其颗粒直径一般为1nm100nm之间。溶解物质：天然水中溶解物质大都以离子或溶解气体的形式存在。溶解离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3、CI、SO42等。溶解气体：主要有O2、CO2 等。根据电厂用水所含杂质不同将水分为：原水：原水就是锅炉的水源水。通常包括地表水和地下水。给水：直接进入锅炉供锅炉蒸发或加热的
4、水称为锅炉给水。补给水：生水经过各种水处理工艺处理后补充锅炉汽水损失的水 称为补给水。生产回水或凝结水：蒸汽的热能被利用后，所回收的冷凝水通常称为生产回水或凝结水。炉水：锅炉体内加热或蒸发系统中流动着的水称为炉水或称锅水。排污水：由于炉水经相当长时间循环运行，水中的微量杂质被浓缩，为保证炉水的质量，必须排污，这就是排污水。冷却水：用作冷却介质的水称为冷却水。,2.3 水质指标与水质技术指标,锅炉用水中水质指标的表达方式通常有两种：一种是表示水中所含有的离子或分子来表示，如钠离子、氯离子、磷酸根离子、溶解氧等等,一般称为水质指标。另一种则并不代表某种单纯的物质，而是表示某些化合物的组合或表征某种
5、特性。如硬度、碱度、溶解固形物、电导率等，这种指标是由于技术上的需要而拟定的。故称为技术指标。在实际中有时不加区分。,2.水质技术指标,1）悬浮物和浊度，悬浮物是指经过滤后分离出来的不溶于水的固体混合物，可以通过重量法测定，由于方法很麻烦，在实际中常采用测浊度的方法来衡量悬浮物和胶体物质的含量。浊度的单位通常用“福马肼”（FTU）表示。浊度的测定:通过比较被测水样透过光和标准参比悬浊液透过光的强度而得到.标准参比悬浊液(称为福马肼)是硫酸联胺溶液和六次甲基四胺组成.硫酸联胺溶液:1.000g硫酸联胺加少量无浊水温热使之溶解冷却到室温后移入100mL容量瓶中.用无浊水稀释至刻度.六次甲基四胺溶液
6、:10.00g六次甲基四胺加少量无浊水溶解移入100mL容量瓶中用无浊水稀释至刻度.福马肼浊度贮备液:用移液管分别吸取5mL硫酸联胺溶液和六次甲基四胺溶液于100mL容量瓶中充分摇匀室温下保24h后用无浊水稀释至刻度.此溶液的浊度为400FTU.福马肼浊度标准液(100FTU):取贮备液25mL于100mL容量瓶中,用无浊水稀释至刻度.用此法可获得一系列不同浊度的标准溶液,测出标准溶液的浊度绘制浊度与吸光度的关系曲线.,浊度的单位,FTU单位表示的浊度所用仪器是普通的分光光度计的原理，所用的标准浊度溶液是福马肼溶液。NTU是用透射仪测定的浊度单位，所用的标准浊度溶液也是福马肼溶液。JTU是用硅
7、藻土作标准浊度溶液的，所用仪器同FTU。这三种浊度单位表示的浊度对于同一种有浊度的溶液来说差别不大。,3）硬度及其单位。硬度：水中所有高价金属离子的总和都称硬度（YD）。常用的 硬度的定义式为：YD（1/2Ca 2+1/2Mg2+）硬度的单位：通常以碳酸钙或氧化钙或德国度表示。量浓度，mol/L.C(1/2CaCO3)=C(1/2CaO)=C(1/2Ca 2+)mol/L 德国度，（oG）。1oG=10mg/LCaO，由于1/2CaO的摩尔质量为28g/mol 1oG=10mg/L28g/mol=1/2.8(mmol/L)，1mmol/L（1/2CaO）=2.8 oG ppm（mg/L），1m
8、g/L CaCO3称为1 ppm硬度。由于 1/2CaCO3的摩尔质量为5 0g/L，1 mmol/L的（1/2CaCO3）硬度就相当于50mg/L即50ppm硬度。例2.1 某水分析结果为：Ca2+的浓度为60.0mg/L;Mg2+的浓度为24.3mg/L,试用各种方法表示总硬度。解：1/2Ca2+和1/2Mg2+的摩尔质量分别为20g/mol和12.15g/mol。YD=（60/20+24.3/12.15）mmol/L=5.0mmol/L YD=5.0mmol/L2.8 oG/mmol/L=14 oG YD=5.0 mmol/L50 ppm/mmol/L=250ppm,4）碱度和酸度碱度表
9、示水中能接受氢离子的一类物质的量，在水中碱度主要是OH、1/2CO32、HCO3。天然水中的碱度主要是HCO3。酸度表示水中能接受氢氧根离子的一类物质的量，在水中酸度主要有各种酸类及强酸弱碱盐，天然水中的酸度主要是H2CO3。阳床出水的酸度主要是强酸HCI、H2SO4。及碳酸H2CO3。碱度和酸度可用酸碱滴定法测定。5）有机物与化学耗氧量：表示水中有机物及还原性物质含量的一项指标。COD的测定就是利用有机物可氧化这一特性，在一定的条件下，用一定的强氧化剂与水中各种有机物及亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等作用，然后将所消耗的氧化剂的量，计算折合成氧的质量浓度，称为化学耗氧量，单位以mg/L来表示。一般
10、说COD越高，水中有机物污染越严重。不同测定方法测得的结果会有所不同。因此表示有机物含量时应注明测定方法。一般情况下，有机物含量较低时采用高锰酸钾法，而有机物含量高时采用重铬酸钾法。同一水样，用重铬酸法测定比用高锰酸钾测定结果要高一些。,1.碱度与硬度,2.4水质指标间的关系,硬度大于碱度：这种水称为非碱性水，钙、镁离子将首先与HCO3形成碳酸盐硬度（YDT），剩余硬度离子即钙镁离子与SO42、CI等其它阴离子形成非碳酸盐硬度（YDF）。硬度等于碱度：在这种水中，钙、镁离子全部与HCO3形成碳酸盐硬度。既没有非碳酸盐硬度也没有剩余碱度。硬度小于碱度：在这种碱性水中，硬度将全部形成碳酸盐硬度，剩
11、余的碱度则与Na+、K+形成钠碱度（JDNa）称为负硬度，此时无非碳酸盐硬度。,例2.4.1某井水的水质分析结果总硬度为YD=2.6mmol/L;总碱度为 JD=1.2mmol/L;而某河水的分析结果总硬度为YD=3.8mmol/L;总碱度为JD=4.1mmol/L。问此河水与井水中碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度和负硬度分别为多少？解：井水中硬度大于碱度，所以：碳酸盐硬度（YDT）=碱度=1.2mmol/L 非碳酸盐硬度（YDF）=YDJD=2.6mmol/L1.2mmol/L=1.4mmol/L负硬度为0 mmol/L,此时的水通常称为非碱性水。河水中硬度小于碱度碳酸盐硬度（YDT）=硬度=3.8
12、mmol/L非碳酸盐硬度（YDF）=0mmol/L负硬度（JDNa）=JDYD=(4.13.8)mmol/L=0.30 mmol/L此时的水通常称为碱性水。,2.碱度与碱度离子,碱度（JD）：碱度是表示水中能接受氢离子的一类物质的量。根据酸碱滴定法测定水中的碱度，这时所用的标准溶液是HCI或H2SO4溶液，酸与各种碱度离子的三个反应是：OH+H+=H2OCO32+H+=HCO3HCO3+H+=H2O+CO2根据所加指示剂不同，碱度又可分为甲基橙碱度(JD甲)和酚酞碱度(JD酚)。加酚酞指示剂时只能完成上述两个反应；加甲基橙指示剂时三个反应全部完成。称(JD甲)为全碱度。在实际的滴定分析中往往是
13、先加酚酞指示剂，滴至终点pH约 为8.2，再加甲基橙指示剂继续滴至终点pH值为4.2。此时的总碱度应为(JD全)=(JD)酚+(JD)甲。,3.离子碱度可能存在的5种不同情况,假设滴定中消耗的酸量分别用a（酚）、b（甲）（单位：mL)1.ab 碱度离子为CO3和OH，没有HCO3；2.a0 碱度离子只有HCO3；没有CO32，OH；5.b=0,a0 碱度离子只有OH。锅炉用水中碱度主要由OH、CO32、HCO3及其它少量的弱酸盐类组成。碱度的计量单位为mmol/L，其基本单元为：OH、1/2CO32、HCO3炉水中基本上不存在HCO3，因为在高温高压下HCO3CO32+H2O+CO2CO32+
14、H2O2OH+CO2当氢氧根和碳酸氢根共存时，相互作用发生以下反应：HCO3+OHCO32+H2O所以炉水中的碱度主要是CO32、OH。生水中的碱度主要是HCO3。,例2.4.2 某锅炉炉水的水质分析结果如下：酚酞碱度=11.8mmol/L,总碱度=15.3 mmol/L,溶解固形物=3200mg/L;求该炉水中：碱度中的碳酸氢根、氢氧根、碳酸根的含量，并以质量浓度表示。解：JD甲=JD总JD酚=(15.311.8)mmol/L=3.50mmol/L JD甲JD酚，HCO3=0 mg/LOH=JD酚JD甲=(11.83.50)17mg/mmoL=141mg/LCO32=2JD甲=23.530m
15、g/mmoL=210 mg/L HCO3+OHCO32+H2O 所以炉水中的碱度主要是CO32、OH。,pH值是表征溶液酸碱性的指标，pH值越大，OH浓度越高。而碱度中，除了OH含量外，还包含了CO32和HCO3含量。所以，它们之间既有区别又有联系。其联系是：在一般情况下，pH值会随着碱度的提高而增大，但这还取决于OH碱度占总碱度的比例；区别是：pH值大小只取决于OH与H+的相对含量，而碱度大小则反映了组成碱度的各离子的总含量。因此，对于pH值合格的锅炉用水，有时碱度不一定合格；反之，碱度合格的水，pH值也不一定合格。,4.碱度与pH值,例2.4.3 分别计算0.1mol/L NaOH、0.1
16、mol/L NH3H2O、0.1mol/L NaHCO3三种碱度相同的溶液的pH值。解：0.1mol/L NaOH溶液的pH值，由于强电解质全部电离，所以 H+=1014/0.1=1013mol/L pH=logH+=log1013=130.1mol/L NH3H2O溶液的pH值，由于弱电解质部分电离，25时，电离平衡常数为K=1.75105。NH3H2O=NH4+OHK=OHNH4+/NH3H2O=1.75105因平衡时 OH=NH4+，NH3H2O=0.1-OH0.1mol/L所以 OH=(0.11.75105)1/2=1.32103H+=1014/1.32103=7.551012，pH=
17、11,0.1mol/L NaHCO3溶液的pH值，由于弱酸强碱盐水解呈碱性，25时，碳酸的一级电离平衡常数为K1=4.45107,KW=1.01014；碳酸氢钠的水解方程式为：H2O+HCO3=H2CO3+OH碳酸氢钠的水解常数表达式为：Kh=H2CO3OH/（HCO3H2O）H2O 1；OH=KW/H+代入上式得：Kh=HCO3KW/H+CO32即Kh=KW/（H+HCO3/H2CO3）式中分母就是碳酸一级电离平衡常数表达式即K1，Kh=KW/K1=1.01014/4.45107=2.2108因为 H2CO3=OH，HCO3=0.1OH0.1；Kh=H2CO3OH/（HCO3H2O）=2.2
18、108OH=(2.2108HCO3)1/2=(2.21080.1)1/2=4.69105H+=2.11010，pH=9.6答：它们的pH值分别为13、11、9.6。,例2.2 某电厂原水检验结果如下：Ca2+=46mg/L、Mg2+=8.5mg/L、Na+=46mg/L、HCO3=128.1mg/L、SO42=72mg/L、CI=49.7mg/L.试计算下列各项：(1)审核阴、阳离子含量是否相等？(2)总硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度和负硬度各是多少？(3)水中可能存在的化合物有哪些？解：（1）各阳离子物质的量：n(1/2Ca2+)=46mg/L20g/mol=2.3mmol/L n(1/2M
19、g2+)=8.5/12mg/L=0.7mmol/L n(Na+)=46mg/L/23=2mmol/L 阳=2.3+0.7+2=5.0mmol/L n(HCO3)=128.1/61mg/L=2.1mmol/L n(1/2SO42)=72mg48/L=1.5mmol/L n(CI 阳=2.1+1.5+1.4=5.0mmol/L,总硬度YD总=Ca2+Mg2+=2.3+0.7=3mmol/L 碳酸盐硬度YDT=2.1mmol/L 非碳酸盐硬度YDT=JD总YDFT=HCO3=(32.1)mmol/L=0.9mmol/L 负硬度为0，是非碱性水。水中可能的化合物有CaHCO3=2.1mol/L,乘余的
20、钙离子与SO42结合形成CaSO4其含量为2.32.1=0.2(mol/L)乘余的SO42与镁离子结合形成MgSO4其含量为：(1/2Mg2+)=0.7(mol/L)乘余的SO42与钠离子结合形成Na2SO4其含量等于(Na+)=1.60.20.7=0.6(mol/L)乘余的Na+与氯离子结合形成NaCI其含量等于20.6=1.4(mol/L),5.氯化物与溶解固形物的关系,天然水和锅炉用水中的氯化物一般较稳定，因此在一定的水质条件下，水中的溶解固形物含量与CI的含量的比值接近常数（k），且CI的测定较方便，所以 汽包炉现场水质监测中通常采用测定CI的含量的方法来间接控制溶解固形物.即：k=溶
21、解固形物/CI 式中的溶解固形物与氯离子的比值k简称为固氯比。如果定期测定固氯比，那么知道了k，只要测定CI的含量即可求出溶解固形物的含量，这样就可指导锅炉排污。注意：只有在水质相对较稳定的条件下，即k近似为常数时才可以应用上述方法。直流炉不存在排污问题。,天然水的分类方法很多，按总硬度（1/2 Ca2+1/2Mg2+）的大小，可分为极软水（硬度在1.0mmol/L以下）、软水（硬度在1.03.0mmol/L）、中等硬度水（硬度在3.06.0mmol/L）、硬水（硬度在6.09.0mmol/L）、极硬水（硬度在9.0mmol/L以上）。按含盐量的高低，可分为低含盐量水（含盐量在200mg/L以
22、下）、中等含盐量水（含盐量在200mg/L500mg/L）、较高含盐量水（含盐量在500mg/L1000mg/L）、高含盐量水（含盐量在1000mg/L以上）。按硬度和碱度的关系，可分为碱性水（碱度大于硬度）和非碱性水（碱度小于硬度）两类。非碱性水又可分为钙硬水（1/2 Ca2+碱度）和镁硬水（1/2Ca2+碱度。,6.天然水的分类,水中的阴阳离子间的组合关系可以帮助我们了解水质的的特点，以便选择合适的水处理方法。水中阴、阳离子是独立存在的，但往往假定它们组合成一些化合物，称为假想化合物。阳离子组合的先后顺序为：Mn2+、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Na+、K+；阴离子组
23、合的先后顺序为：PO43、HCO3、CO32、O H、F、SO42、NO3、CI。假设天然水中阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+；阴离子有HCO3、SO42、CI。对于碱性水来说可组成与表2.4.2的假想化合物。表中单元格的宽度表示浓度的大小。,7.天然水中假想化合物的组成,碱度HCO3大于硬度的碱性水,碱度HCO3小于1/2Ca2+硬度的非碱性水,碱度HCO3大于1/2Ca2+硬度的非碱性水,图2.5.2 汽包锅炉中的水汽系统,图2.5.3 直流锅炉中的水汽系统,1.蒸汽（1）为了防止蒸汽通流部分，特别是汽轮机内积盐，必须对锅炉蒸汽汽质进行监督。饱和蒸汽和过热蒸汽应同时监督的原因是：便
24、于检查蒸汽汽质劣化的原因。例如，饱和蒸汽汽质较好，而过热蒸汽汽质不良，表明蒸汽在减温器内被污染。可以判断饱和蒸汽中的盐类在过热器内的沉积量。（2）由于钠盐和硅酸往往是蒸汽携带的主要杂质，所以对钠和硅含量的监测是监督蒸汽品质的主要指标。（3）电导率的测定，操作简便、灵敏度高，因此高压以上的锅炉为了及时掌握蒸汽中的含盐量，常将蒸汽经冷凝后通过氢离子交换柱，连续测定其电导率的大小，从而反映出蒸汽含盐量的状况。采用氢离子交换后的电导率而不采用总电导率，是为了避免蒸汽中氨的干扰（对凝结水电导率测定也是如此）。2给水为了防止锅炉及给水系统的腐蚀、结垢，并且在锅炉正常排污的情况下，能保证锅水水质量合格，必须
25、对给水水质进行监督。标准中各项指标的监测意义如下：,水、汽质量标准的控制指标说明,（1）硬度。为防止锅炉及给水系统的结垢，避免锅水中产生过多的水渣，须严格控制给水硬度。（2）油。由于给水中若含有油质，将有可能造成炉管内和过热器内生成导热系数极少的附着物，危及锅炉安全运行；同时油质还易使锅水形成泡沫，劣化蒸汽品质，因此，须对给水中油质进行监督（3）溶解氧。为了防止系统发生氧腐蚀，监督除氧器的除氧效果而进行监测。（4）联氨。给水中加联氨时，应监督给水中的过剩的联氨，以确保除去残余的溶解氧，并消除因给水泵不严密等异常情况时偶然漏入的氧量。（5）pH值。为了防止给水系统腐蚀，给水pH值应控制在规定范围
26、内。若给水pH值在9.2以上，虽对防止钢材的腐蚀有利，但因为提高给水pH值通常是用加氨的方法，所以有时给水pH值过高意味着水汽系统中氨含量较高，有可能会引起铜部件的氨蚀。所以给水最佳pH值应以保证热力系统铁、铜腐蚀产物最少为原则。（6）铁和铜。为了防止炉中产生铁垢和铜垢，必严格监督给水中的铁和铜含量。另外，给水中铁和铜含量，还可作为评价热力系统金属腐蚀情况的依据之一。（7）钠、硅、电导率。为了在锅炉排污率不超过规定值的情况下，保证锅水中的钠、硅、电导率不超过允许值，应监督和控制给水中的钠、硅、电导率。,3.凝结水 凝结水质量标准中各项指标的监测意义如下：（1）硬度。由于凝汽器泄漏时会造成凝结水
27、中硬度含量升高，并导致给水硬度不合格，所以应对凝结水硬度进行监督。（2）溶解氧。在凝汽器和凝结水泵不严密处漏入空气，是凝结水增高的原因。凝结水含量较大时，易引起凝结水系统腐蚀，还会使随凝结水进入给水的腐蚀产物增多，影响给水水质，所以应监督凝结水中的溶解氧。（3）电导率。为了能及时发现凝汽器的泄漏，测定凝结水的电导率是最方便的方法。通常当发现电导率比正常测定测大得多时，就表明凝汽器发生了泄漏。（4）含钠量。由于钠度计比电导率仪更为灵敏，因此监凝结水含钠量可迅速及时地发现凝汽器微小的泄漏。当电厂用海水或苦咸水作冷却水或冷却水含盐量较高时，此法尤为适用。4.锅水 为了防止锅内结垢、腐蚀，保证蒸汽品质
28、良好，必须对锅水水质进行监督。锅水质量标准中各项指标监测意义如下：（1）pH值。锅水的pH值应不低于9.0，主要原因是：pH值低时，水对锅炉钢材的腐蚀性增强；,锅水中磷酸根和钙离子的反应只有在pH值足够高的条件下，才能生成容易排除的水渣，从而较好地达到防垢的目的。为了抑制锅水中硅酸盐的水解，减少硅酸在蒸汽中的溶解携带量。但是，锅水中的pH值也不能太高，以免锅水中游离氢氧化钠引起碱性腐蚀。（2）总含盐量、二氧化硅、电导率。限制锅水中这些指标的含量，是为了保证蒸汽汽质合格。锅水中这些指标的最大允许含量不仅与锅炉汽水品质的参数、汽包内部装置的结构有关，而且还与运行工况有关。标准中对于出口压力小于5.9MPa的汽包锅炉未作统一的规定，必要时应通过锅炉热化学试验来确定。另外，测定锅水含硅量，还可测算锅炉的排污率，并了解锅水中含硅量对蒸汽含硅量的影响。（3）磷酸根。锅炉水中应维持有一定量的磷酸根，以防止受热而结生钙垢。磷酸根太少不利防垢，而过多则会产生易溶盐“隐藏”现象，故应将磷酸根控制在合适的范围内。（4）氯离子。锅水的氯离子超标时，可能会破坏水冷壁管的保护膜并引起腐蚀（在炉管热负荷高的情况下，更易发生这种现象）。此外，如锅水CI含量较高，会使蒸汽携带CI进入汽轮机内，有可能引起汽轮机内高级合金钢的应力腐蚀损坏。,
