循環(huán)冷卻水PH值-堿度的理論計算和分析匯總

1、循環(huán)冷卻水PH值-堿度的理論計算和分析ThePHvalue-alkalinitytheorycountingandanalysisofcirculatingcoolingwater李賀全華北電力科學(xué)研究院有限責任公司北京100045關(guān)鍵詞:堿度PH值曝氣碳酸鹽平衡Keywords:alkalinityPHvalueaerationcarbonateequilibrium摘要:循環(huán)冷卻水和空氣中的C02在兩者之間存在交換，由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的連續(xù)運行，冷卻水和空氣中的CO2達到平衡,此時的PH值可由公式準確計算出來。PH值的控制范圍同循環(huán)水的濃縮倍率有密切關(guān)系，并對節(jié)水和腐蝕有重要影響。Abst

2、ract:ThereisexchangingofCO2betweenatmosphereandcirculatingcoolingwater.Withthecirculatingcoolingwateroperationcontinuous，theCO2equilibriumcanbeproducedbetweenthem.ThenthePHvaluecanbecountedwithequationbyalkalinityexactly.ThecontrolrangeofPHvalueisrelatedtotheconcentrationcyclesclosely，andalsoplayimp

3、ortantroleththewaterconversationandcorrosion.循環(huán)冷卻水的PH值是循環(huán)冷卻水的一個非常重要的控制指標，它同冷卻水系統(tǒng)換熱面的結(jié)垢和腐蝕密切相關(guān)。在一個具體的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水的PH值?？刂圃谝欢ǖ姆秶畠?nèi)。由于循環(huán)水在運行時，循環(huán)水在水塔噴淋向下，而周圍空氣進入涼水塔后自下向上流動。因此，存在空氣和冷卻水之間的氣體交換。由于存在這種交換作用，循環(huán)水的PH值計算有不同于其它天然水PH值的計算方法。1. 循環(huán)冷卻水運行中的曝氣作用循環(huán)冷卻水運行時，冷卻水在傳熱面受熱升溫。在冷卻水塔和空氣完成熱交換，循環(huán)水降溫冷卻。同時，在循環(huán)水噴淋下降過程中，循環(huán)

4、水同空氣接觸，空氣的溫度升高。受熱后的空氣變稀薄，壓力下降。和水塔外部的空氣形成壓差。由于循環(huán)水的連續(xù)運行，這種壓差得以保持。周圍的空氣就會連續(xù)不斷進入水塔上升，和噴淋向下的循環(huán)水形成對流空氣?？諝夂脱h(huán)水的界面會產(chǎn)生氣體交換。循環(huán)水的PH值同氣體交換時的CO2析出有關(guān)。CO2的析出符合亨利定律,即循環(huán)水的CO2溶解度同空氣中的分壓成正比。而空氣中的CO2分壓較低,該分壓值基本恒定。由于天然氣水體中常含有C02，當被引入循環(huán)水系統(tǒng)后，循環(huán)水和空氣之間的CO2交換表現(xiàn)為CO2從循環(huán)水的析出過程。在循環(huán)水連續(xù)運行的情況下，循環(huán)水和空氣的CO2交換達到平衡。2. 循環(huán)水中PH值計算的理論推導(dǎo)前文所述

5、,循環(huán)水和空氣存在著CO2交換，由于循環(huán)水的連續(xù)運行,C02在空氣和循環(huán)水之間達到平衡。CO2的析出會引起循環(huán)水中碳酸鹽平衡的破壞，當CO2在空氣和循環(huán)水之間平衡后，循環(huán)水中的碳酸鹽達到新的平衡。由于循環(huán)水中的H+和循環(huán)水中的碳酸鹽存在直接反應(yīng)，循環(huán)水的H+濃度也達到新的平衡值。循環(huán)水中的PH值隨之確定。因此，循環(huán)水的PH值可以從上述的各種平衡關(guān)系推導(dǎo)出來。2.1循環(huán)水中同PH值有關(guān)的反應(yīng)循環(huán)水中同PH值由H+來表達。在循環(huán)水中同H+有關(guān)的反應(yīng)有兩種：第一:H+和堿度的反應(yīng)。循環(huán)水中的堿度有0H-、HC03-、CO32-、PO43-、HPO42-、H2PO4-。在上述各項中，由于PO43-、H

6、PO42-、H2PO4-三項在循環(huán)水中含量極小,它們通常由水穩(wěn)劑水解產(chǎn)生。它們對循環(huán)水的PH值和堿度影響可以忽略。因此，H+和循環(huán)水中的堿度直接的反應(yīng)為和OH-、CO32-、HC03-之間的反應(yīng)。第二:H+和循環(huán)水中的碳酸H2CO3和溶解態(tài)二氧化碳C02（水的反應(yīng)。循環(huán)水中的C02有兩種形式,即碳酸H2CO3形式和溶解態(tài)二氧化碳C02（水的形式。C02（水的大氣中的C02交換，它們之前的關(guān)系符合亨利定律。在通常的滴定分析中測得的游離C02是C02（水和H2C03和用H2C03*表示。循環(huán)水中的H+和H2C03有直接反應(yīng)，而C02（水和H2C03又相互轉(zhuǎn)化。綜合上述兩點，在循環(huán)水中同H+有關(guān)的因

7、素有大氣中C02的分壓，循環(huán)水中的OH-、HC03-、CO32-、CO2（水、H2CO3。它們之間相互作用構(gòu)成一復(fù)雜的反應(yīng)體系。2.2循環(huán)水的PH值-堿度計算式推導(dǎo)在整個循環(huán)水的反應(yīng)體系中的各種表達式及平衡常數(shù)計算式如下:H+OH-=H2OH+OH-=Kw（Kw=10-1425°C數(shù)據(jù)以下同CO2（水=CO2（空氣CO2（水=KHPCO2（KH=10-65Mol/LPa、PCO2=32Pa分別為亨利常數(shù)和空氣中的CO2分壓H2CO3*=CO2（水+H2CO3由于H2CO3比CO2（水小得多，在25C時H2CO3=O.997H2CO3*,因此可以認為二者相同，對計算結(jié)果不產(chǎn)生影響。即:

8、H2CO3*=CO2（水H2CO3*=HCO3-+H+*COH-HCOH323+=K1（K1=10-6.3HCO3-=CO3-+H+*HCO-COH33+=K2（K2=10-10.25H2CO3-=CO2（水+H2OCOH（CO322水=«水化根據(jù)二元酸離子分率計算通式可得如下各式:CT=H2C03*+HCO3-+CO32-H2CO3*=aOCTaO=(l+HK1+2HKK21+-1HCO3-=CTala1=(KH1+1+HK2+-1HCO32-=CTa2olla2=(KK2H2l+KH2+1-1當用強酸滴定分析循環(huán)水中的堿度，以CO2為終點時(即全堿度,此堿度為循環(huán)水中OH-、2C

9、O32-、HCO3-之和減去循環(huán)水樣中H+,即有下式成立:P=HCO3-+2CO32-+OH-H+o12聯(lián)立等式o11o12得到下式p=CT(a1+a2+OH-H+o13聯(lián)立o13 可得P=1KHPCO2(a1+2a2+OH-H+o14由o14 和式可得:P=1KHPCO2(a1+2a2+HKW+-H+015在式ol5中只有兩個求和數(shù)，即堿度卩和H+(PH值，此式即為循環(huán)水中PH卩計算公式。該公式說明在循環(huán)水中PH和堿度卩是相對立的，這一點在循環(huán)水處理中非常重要。2.3 計算結(jié)果將常數(shù)項KI、K2、KW、PC02和KH代入公式，可以計算出不同H+、PH對應(yīng)的堿度值，計算結(jié)果如下:PH(25&#

10、176;C77.57.88&38.58.7&89卩(mmol/L0.050.160.33111.6762.73.375.052.4 應(yīng)用該公式的注意事項該公式是利用空氣和循環(huán)水之間CO2交換平衡和循環(huán)水中的碳酸鹽平衡推導(dǎo)出來的.。循環(huán)水在連續(xù)運行時，這兩個平衡都能達到。因此，該公式能應(yīng)用于運行中的循環(huán)水，而其它水系則不適用。在應(yīng)用該公式計算時，還應(yīng)注意各種常數(shù)的選擇。前文表格中的計算結(jié)果采用的是25C的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。這在夏季和春秋季基本適用。在冬季,由于循環(huán)水溫較低,通常為1015C左右。因此，必須采用1015C的熱力學(xué)常數(shù)進行計算。3. PH-堿度計算結(jié)果對循環(huán)水的指導(dǎo)意義通過上述公式得到的計算結(jié)果在循環(huán)水處理工藝中有生要指導(dǎo)意義。計算結(jié)果表明,循環(huán)水的堿度控制在35mmol/L，其PH值就可穩(wěn)定在8.79。這種PH值范圍對于換熱面的防腐是非常有利的。在實際運行的循環(huán)水系統(tǒng)中，循環(huán)水堿度多人經(jīng)驗出發(fā)控制為710mmol/L的情況并不鮮見。這種運行控制根據(jù)本文得到的計算結(jié)果并不合理。這是因為當循環(huán)水的堿度為710mmol/L時，其對應(yīng)飽和Ca2+濃度要低于堿度為35mmol/L對應(yīng)的飽和Ca2+濃度。這就意味著循環(huán)水的堿度為35mmol/L時，極限濃縮倍率較高。這樣循環(huán)水就可以維持較高的濃縮