水概述 碱度.ppt
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1、锅炉用水概述锅炉用水概述2013.1.12第一节 概述 一、水、天然水及其杂质一、水、天然水及其杂质 (一)水:水在自然界以气、液、固等三种状态存在。(一)水:水在自然界以气、液、固等三种状态存在。水的密度在水的密度在3.983.98时最大,为时最大,为1101103 3kg/mkg/m3 3,温度高于,温度高于3.983.98时,水的密度随温度升高而减小时,水的密度随温度升高而减小 ,在,在0 03.983.98时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。水在水在0 0时,密度为时,密度为0.99987100.99987103 3
2、kg/m kg/m3 3,冰在,冰在0 0时,时,密度为密度为0.9167100.9167103 3 kg/m kg/m3 3 。水分子的三个原子形成。水分子的三个原子形成104.5104.5度角度角 。n n水三相点水三相点OO是水的固、液、汽三相平衡共存时的温度是水的固、液、汽三相平衡共存时的温度(图图l1l1,其值为,其值为27327316K(16K(约约0 00101)。它是在一个密封的装。它是在一个密封的装有高纯度水有高纯度水(水的同位素成分相当于海水水的同位素成分相当于海水)的玻璃容器的玻璃容器 水三相点瓶内复现的。水三相点瓶是各级计量检定机构检水三相点瓶内复现的。水三相点瓶是各级
3、计量检定机构检定基、标准铂电阻温度计、标准水银温度计零位的固定点定基、标准铂电阻温度计、标准水银温度计零位的固定点装置。因此,水三相点的正确复现、准确测量是装置。因此,水三相点的正确复现、准确测量是19901990年年国际温标国际温标(ITsITs一一90)90)实施的关键。实施的关键。n n水的临界点水的临界点A A:当流体的压力和温度达到一定的高度(临:当流体的压力和温度达到一定的高度(临界点)时,流体会处于一种介乎于液态和气态的中间态,界点)时,流体会处于一种介乎于液态和气态的中间态,称为临界态称为临界态 。水的临界点。水的临界点A A:压力:压力:2.23102.23107 7PaPa
4、,温度,温度为为374374n n热力学温度又称开尔文温度,或称绝对温度,符号为热力学温度又称开尔文温度,或称绝对温度,符号为k k。绝对零度时的温度定义为绝对零度时的温度定义为0k0k。冰水混合物的温度为摄氏。冰水混合物的温度为摄氏0 0度,定义为度,定义为273.15k273.15k。绝对零度(大约。绝对零度(大约-273.15-273.15)是科)是科学家们推导出来的;它代表著在此温度之下,物质分子不学家们推导出来的;它代表著在此温度之下,物质分子不再具有任何能量来进行热运动,也就是一切的分子都会停再具有任何能量来进行热运动,也就是一切的分子都会停止活动。止活动。n n地球上水的体积大约
5、有地球上水的体积大约有 1.36101.36109 9 立方公里立方公里.当中当中 海洋海洋占了的占了的1.32101.32109 9立方公里立方公里(占占97.2%)97.2%)。冰川和冰盖占冰川和冰盖占了了2.5 102.5 107 7立方公里立方公里(占占1.8%)1.8%)。地下水占了地下水占了1.3 101.3 107 7立方公里立方公里(占占0.9%)0.9%)。湖泊,内陆海,和河里的淡水占了湖泊,内陆海,和河里的淡水占了2.5102.5105 5 立方公里立方公里(占占0.02%)0.02%)。大气中的水蒸气在任何大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了已知的时候都占了1.3101.
6、3104 4立方公里立方公里(或或0.001%)0.001%)。n n我国水资源总量为我国水资源总量为2812428124亿立方千米,亿立方千米,居世界第五位,居世界第五位,但人均水资源量但人均只有但人均水资源量但人均只有27102710立方千米,约为世界人立方千米,约为世界人均水资源量的四分之一,列世界第均水资源量的四分之一,列世界第8888位,被联合国农业组位,被联合国农业组织列为世界织列为世界1313个缺水国家之一。个缺水国家之一。n n(二)天然水及其杂质(二)天然水及其杂质n n一般将天然水体分为海洋水体和陆地水体,其中一般将天然水体分为海洋水体和陆地水体,其中陆地水体又可分为地表水
7、体和地下水体。陆地水体又可分为地表水体和地下水体。n n天然水中的杂质,按其颗粒的大小可分为三类,天然水中的杂质,按其颗粒的大小可分为三类,即悬浮物质、胶体物质和溶解物质。即悬浮物质、胶体物质和溶解物质。n n1 1悬浮物质悬浮物质 是指直径为是指直径为110110-4-4mmmm以上的颗以上的颗粒。按其微粒大小和相对密度的不同,可分为漂粒。按其微粒大小和相对密度的不同,可分为漂浮的、悬浮的和可沉降的。悬浮物在水中很不稳浮的、悬浮的和可沉降的。悬浮物在水中很不稳定,分布也很不均匀,是一种比较容易除去的物定,分布也很不均匀,是一种比较容易除去的物质。主要危害:沉积于水处理系统中影响水处理质。主要
8、危害:沉积于水处理系统中影响水处理系统的正常运行;沉积于锅炉中影响锅炉传热和系统的正常运行;沉积于锅炉中影响锅炉传热和水循环,严重的造成炉管的堵塞。常采用沉淀、水循环,严重的造成炉管的堵塞。常采用沉淀、过滤处理。过滤处理。n n2 2胶体胶体 胶体微粒是许多分子和离子的集合体,直径约胶体微粒是许多分子和离子的集合体,直径约在在1010-6-61010-4-4mmmm之间,主要是铁、铝、硅的化合物、动之间,主要是铁、铝、硅的化合物、动植物有机体的分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。植物有机体的分解产物、蛋白质、脂肪、腐殖质等。n n由于胶体物质的微粒小,重量轻,单位体积所具有的表面由于胶体物质的微
9、粒小,重量轻,单位体积所具有的表面积很大,故其表面具有较大的吸附能力,常常吸附着大量积很大,故其表面具有较大的吸附能力,常常吸附着大量的离子而带电。同类胶体因带有同性的电荷而相互排斥,的离子而带电。同类胶体因带有同性的电荷而相互排斥,在水中不能相互粘合而处于稳定状态。所以,胶体颗粒不在水中不能相互粘合而处于稳定状态。所以,胶体颗粒不能通过自行沉降而去除,一般是在水中加入药剂破坏其稳能通过自行沉降而去除,一般是在水中加入药剂破坏其稳定,使胶体颗粒增大而沉降予以去除。主要危害:吸附到定,使胶体颗粒增大而沉降予以去除。主要危害:吸附到水处理系统中影响水处理系统的正常运行;进入热力系统水处理系统中影响
10、水处理系统的正常运行;进入热力系统后在受热面上结成水垢;会使锅水起泡,形成汽水共腾现后在受热面上结成水垢;会使锅水起泡,形成汽水共腾现象。水处理中常采用吸附、混凝处理。象。水处理中常采用吸附、混凝处理。n n3 3溶解物质溶解物质 溶解物质是指直径小于溶解物质是指直径小于1010-6-6mmmm的颗粒,的颗粒,一般以离子、分子或气体状态存在于水中,成为均匀的分一般以离子、分子或气体状态存在于水中,成为均匀的分散体系,也称为溶液。散体系,也称为溶液。n n主要危害:进入热力系统中会造成系统结垢。这主要危害:进入热力系统中会造成系统结垢。这类物质不能用混凝、沉降、过滤的方法除去,必类物质不能用混凝
11、、沉降、过滤的方法除去,必须用蒸馏、膜分离或离子交换等方法才能除去须用蒸馏、膜分离或离子交换等方法才能除去 。n n天然水体中的天然水体中的 ClCl-、SOSO4 42-2-、HCOHCO3-3-、COCO3 32-2-、NaNa+、K K+、CaCa2+2+、MgMg2+2+等八种离子,几乎占水等八种离子,几乎占水中溶解固形物总量的中溶解固形物总量的95%95%以上。以上。n n天然水按含盐量可分为:天然水按含盐量可分为:n按硬度来分(1/2Me2+)n长江水、太湖流域水:硬度在1.03.0mmol/Ln n在工业锅炉水处理中,钙离子、镁离子、铁离子、在工业锅炉水处理中,钙离子、镁离子、铁
12、离子、溶解氧等是主要处理与控制的对象;溶解氧等是主要处理与控制的对象;n按硬度与碱度的相互关系分类:n水中离子的假想结合水质图n原则:n(1)阳离子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的次序排列;n(2)阴离子按HCO3-、SO42-、Cl-次序排列;n(3)各离子所占空格的大小,按其一价摩尔浓度决定。n分类:n碱性水:JD(碱度)YD(硬度)CaCa2+2+MgMg2+2+NaNa+、K K+HCOHCO3 3-SOSO4 42-2-ClCl-CaCa2+2+MgMg2+2+NaNa+、K K+HCOHCO3 3-SOSO4 42-2-ClCl-CaCa2+2+MgMg2+2+NaNa+、K
13、K+HCOHCO3 3-SOSO4 42-2-ClCl-非碱性水(负硬水)JDYD 钙硬水:镁硬水:CaCa2+2+MgMg2+2+NaNa+、K K+HCOHCO3 3-SOSO4 42-2-ClCl-n n碳酸氢根和碳酸根(碳酸氢根和碳酸根(HCOHCO3-3-、COCO3 32-2-):):HCOHCO3-3-是淡水的主要成分,它主要来源于碳酸盐矿物的溶解,其是淡水的主要成分,它主要来源于碳酸盐矿物的溶解,其在水中的含量也与水中二氧化碳的含量有关。在水中的含量也与水中二氧化碳的含量有关。n n水中水中HCOHCO3-3-、COCO3 32-2-与与COCO2 2 共同组成了一个碳酸化合物
14、的共同组成了一个碳酸化合物的平衡体系。水中平衡体系。水中HCOHCO3-3-的含量与氢离子浓度的含量与氢离子浓度 HH+成反比。成反比。计算表明,当水的计算表明,当水的pH4.0pH4.0时,时,HCOHCO3-3-的含量已很少了,的含量已很少了,即在酸性条件下不存在即在酸性条件下不存在HCOHCO3-3-。在一般的地表水中,。在一般的地表水中,HCOHCO3-3-的含量一般在(的含量一般在(5050400400)mg/Lmg/L之间,在少数水之间,在少数水中达到中达到800mg/L800mg/L。n n水中水中COCO3 32-2-含量也与含量也与 HH+成反比,计算表明,当水的成反比,计算
15、表明,当水的pH8.3pH SO SO4 42-2-ClCl-。n n氯离子几乎存在于所有的天然水中,但其含量相氯离子几乎存在于所有的天然水中,但其含量相差很大,在某些地表水中只有几个毫克每升,在差很大,在某些地表水中只有几个毫克每升,在海水中却高达几十克每升。由于氯化物的溶解度海水中却高达几十克每升。由于氯化物的溶解度大,又不参与水中任何氧化还原反应,也不与其大,又不参与水中任何氧化还原反应,也不与其他阳离子生成络合物,不被矿物表面大量吸附,他阳离子生成络合物,不被矿物表面大量吸附,所以所以ClCl-在水中的化学行为最为简单。在水中的化学行为最为简单。n n天然水中溶解的气体都以分子状态存在
16、的,常见的溶解气天然水中溶解的气体都以分子状态存在的,常见的溶解气体有氧(体有氧(OO2 2),二氧化碳(),二氧化碳(COCO2 2)和氮()和氮(N N2 2),有时还),有时还有硫化氢(有硫化氢(H H2 2S S),二氧化硫(),二氧化硫(SOSO2 2)和氨()和氨(NHNH3 3)等。)等。n n气体在水中的溶解情况服从亨利定律的规定。气体在水中的溶解情况服从亨利定律的规定。n n亨利定律亨利定律HenryHenryslawslaw,物理化学的基本定律之一,是英,物理化学的基本定律之一,是英国的国的W.W.亨利在亨利在18031803年研究气体在液体中的溶解度规律时发年研究气体在液
17、体中的溶解度规律时发现的,可表述为:现的,可表述为:“在一定温度下,某种气体在溶液中的在一定温度下,某种气体在溶液中的浓度与液面上该气体的平衡压力成正比。浓度与液面上该气体的平衡压力成正比。”这一定律对于这一定律对于稀溶液中挥发性溶质也同样有用。稀溶液中挥发性溶质也同样有用。n n气体气体B B在溶剂在溶剂A A中溶液的组成无论是由中溶液的组成无论是由B B的摩尔分数的摩尔分数xBxB,质量摩尔浓度质量摩尔浓度bBbB,浓度,浓度cBcB等表示时,均与气体溶质等表示时,均与气体溶质B B的压的压力近似成正比。用公式表示时亨利定律可以有多种形式。力近似成正比。用公式表示时亨利定律可以有多种形式。
18、如:如:PB=PB=Kx,BxBKx,BxB PB=PB=Kb,BbBKb,BbB PB=PB=Kc,BcBKc,BcB n n按亨利定律,气体在水溶液中的溶解度按亨利定律,气体在水溶液中的溶解度 ,与水溶液,与水溶液相接触的该种气体的分压相接触的该种气体的分压 成正比,这一关系可表示成正比,这一关系可表示为:为:n n式中:式中:K K为某种气体的亨利常数(为某种气体的亨利常数(mol/mol/L.MPaL.MPa);为为同一种气体的分压(同一种气体的分压(MPaMPa)。)。n n亨利常数亨利常数k k,其值与温度、压力以及溶质和溶剂的本性有,其值与温度、压力以及溶质和溶剂的本性有关。温度
19、不同,亨利系数不同,温度升高,挥发性溶质的关。温度不同,亨利系数不同,温度升高,挥发性溶质的挥发能力增强,亨利系数增大。换而言之,同样分压下温挥发能力增强,亨利系数增大。换而言之,同样分压下温度升高,气体的溶解度减小。度升高,气体的溶解度减小。n n天然水体中天然水体中OO2 2 的主要来源是大气中氧的溶解的主要来源是大气中氧的溶解,一般情况一般情况下,地下水中的氧含量总是比地表水低,地表水中氧的含下,地下水中的氧含量总是比地表水低,地表水中氧的含量一般在量一般在0 014mg/L14mg/L之间。之间。n n 2525时某些气体的亨利定律常数时某些气体的亨利定律常数n n几种常见气体在不同温
20、度下的溶解度几种常见气体在不同温度下的溶解度(mg/L)(mg/L)n n二、天然水的特性二、天然水的特性二、天然水的特性二、天然水的特性n n(一)江河水(一)江河水n n江河水是水圈中最为活跃的部分,其在时间和空间上都有江河水是水圈中最为活跃的部分,其在时间和空间上都有很大差异,使得其化学组分具有多样性和易变性,如一条很大差异,使得其化学组分具有多样性和易变性,如一条河流的化学组分在冬季和夏季可能有很大变化,在上游和河流的化学组分在冬季和夏季可能有很大变化,在上游和下游也有很大差异。下游也有很大差异。n n(二)湖泊水、水库水(二)湖泊水、水库水n n由于湖泊的进水与出水交替缓慢,所以即使
21、处于同一气候由于湖泊的进水与出水交替缓慢,所以即使处于同一气候带的湖水和河水,湖水中离子总量从数十毫克每升到上万带的湖水和河水,湖水中离子总量从数十毫克每升到上万毫克每升。毫克每升。n n湖水按其离子总量分为淡水湖、咸水湖和盐湖。淡水湖的湖水按其离子总量分为淡水湖、咸水湖和盐湖。淡水湖的离子总量为小于离子总量为小于l000mg/Ll000mg/L,咸水湖的离子总量为,咸水湖的离子总量为1000mg/L1000mg/L25000mg/L25000mg/L,盐水湖的离子总量为大于,盐水湖的离子总量为大于25000mg/L25000mg/L。n n水库水系相对比较独立,主要为雨、雪汇聚而成,含盐量水
22、库水系相对比较独立,主要为雨、雪汇聚而成,含盐量以及硬度都比较低。以及硬度都比较低。n n(三)地下水(三)地下水n n埋藏在地表以下的所有天然水都称为地下水埋藏在地表以下的所有天然水都称为地下水 。地下水与。地下水与地表水相比,悬浮物含量很少,清澈透明,除含有主要离地表水相比,悬浮物含量很少,清澈透明,除含有主要离子子HCHCOO3-3-、SOSO4 42-2-、ClCl-、NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+以外,还含以外,还含有较多的有较多的FeFe2+2+、MnMn2+2+、NONO3-3-、NONO2-2-、H H+、AsAs3+3+等。等。n n (四)再生水(四)再生水
23、n n再生水是指对污水处理厂出水、工业排水、生活污水等非再生水是指对污水处理厂出水、工业排水、生活污水等非传统水源进行回收,经适当处理后达到一定水质标准,并传统水源进行回收,经适当处理后达到一定水质标准,并在一定范围内重复利用的水资源。再生水经过处理后达到在一定范围内重复利用的水资源。再生水经过处理后达到锅炉用水标准后可用于锅炉原水。锅炉用水标准后可用于锅炉原水。n n三、锅炉用水汽及其名称三、锅炉用水汽及其名称三、锅炉用水汽及其名称三、锅炉用水汽及其名称n n锅炉是一种产生蒸汽和热水的换热设备。符合锅炉给水要锅炉是一种产生蒸汽和热水的换热设备。符合锅炉给水要求的水质应能保证锅炉安全、经济、可
24、靠、稳定运行以及求的水质应能保证锅炉安全、经济、可靠、稳定运行以及产出合格蒸汽或热水。水质不良会导致锅炉结垢、损坏。产出合格蒸汽或热水。水质不良会导致锅炉结垢、损坏。现代锅炉的运行经验表明,很多问题直接与水、汽系统内现代锅炉的运行经验表明,很多问题直接与水、汽系统内的沉积物和腐蚀有关。的沉积物和腐蚀有关。n n(一)原水(一)原水n n原水也称生水,是指未经任何净化处理的天然水或城市自原水也称生水,是指未经任何净化处理的天然水或城市自来水。原水是锅炉补给水的主要水源。来水。原水是锅炉补给水的主要水源。n n(二)锅炉补给水(二)锅炉补给水n n原水经过处理后,用来补充锅炉排污和汽水损耗的水。根
25、原水经过处理后,用来补充锅炉排污和汽水损耗的水。根据处理工艺的不同,锅炉补给水可分为澄清水、软化水和据处理工艺的不同,锅炉补给水可分为澄清水、软化水和除盐水等。除盐水等。n n(1 1)澄清水:澄清水:去除了原水中悬浮杂质的水。去除了原水中悬浮杂质的水。n n(2 2)软化水:软化水:去除了原水中钙镁离子的水。去除了原水中钙镁离子的水。n n(3 3)除盐水:除盐水:去除了原水中盐类离子的水。去除了原水中盐类离子的水。n n(三)凝结水(三)凝结水 n n主要指火电厂锅炉产生的蒸汽在汽轮机做完功的乏汽进入主要指火电厂锅炉产生的蒸汽在汽轮机做完功的乏汽进入凝汽器之后,经冷却水冷凝成的水,或生产过
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