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1、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,2,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,3,1.1 冰的结构示意图,4,2. 水的物理性质,水的蒸气压(100时为101.325kPa) 温
2、度升高水的蒸气压升高。PV=nRT 水的密度(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,5,3. 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： 3
3、74.15 ，22.1MPa,6,4. 超临界水的性质,水的超临界状态: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,7,2.2 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：
4、 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。,8,2.3 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
5、、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。,9,2.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
6、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: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.,10,浊度的单位,FTU单位表示的浊度所用仪
7、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。,11,3） 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/
8、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）， 1mg/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
9、+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,12,4）碱度和酸度 碱度表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
10、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。,13,1. 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
11、），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。,14,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
12、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=3.8mmol/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。,15,2. 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
13、种碱度离子的三个反应是： OH+H+=H2O CO32+H+= HCO3 HCO3+ 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。,16,3. 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
14、.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+CO2 CO32+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。,17,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
15、,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/L OH= JD酚JD甲=(11.83.50)17mg/mmoL=141mg/L CO32=2JD甲=23.530mg/mmoL =210 mg/L HCO3+ OHCO32+ H2O 所以炉水中的碱度主要是CO32 、OH。,18,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HC
16、O3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,19,例2.4.3 分别计算0.1mol/L NaOH、0.1mol/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=13 0.1mol/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+ + OH K=OHNH4+/ NH3H2O= 1.75105 因平衡时 OH= NH4+， NH3H2O=0.1- OH0.1m
