循环冷却水水质pH与碱度关系的试验研究_王锋涛

TestandresearchontherelationshipbetweenthepHandthealkalinityWangFengtao1，WangYuxiu2（1．HenanElectricPowerResearchInstitute，Zhengzhou450052，China；2.ZhengzhouEastNewDevelopedAreaHeatingPowerCo.，Ltd.，Zhengzhou451464，China）循环冷却水水质pH与碱度关系的试验研究王锋涛1，王玉秀2（1.河南电力试验研究院，河南郑州450052；2.郑东新区热电有限公司，河南郑州451464）［摘要］在不结垢的循环水体系中，通过对不同循环水补充水质的动态模拟实验，找出pH与碱度的关系，进而实现循环水在线连续监控的目的。［关键词］不结垢；循环水体系；pH；碱度［中图分类号］O657.32；X832［文献标识码］B［文章编号］1005-829X（2010）11-0075-02Abstract：Inthenon-scalingcirculatingcoolingwatersystem，therelationshipbetweenpHandalkalinityhasbeenfoundbythedynamicandsimulatedexperimentation.Then，thepurposeofcontinuousinspectingandcontrollingofcirculatingwaterhasbeenrealized.Keywords：non-scaling；circulatingcoolingwatersystem；pH；alkalinity为了保证循环冷却水系统安全稳定地运行，防止结垢问题发生，通常要靠监测控制循环水水质中的一些参数来完成，碱度是其中一项非常重要的指标。但碱度需要采用传统的手工分析，不能及时反映循环水的情况，也不能实现循环水的在线连续监控。为此，笔者在循环水系统不结垢的前提下，研究了pH与碱度的关系，以达到连续监测循环水运行状况的目的。1研究理论依据循环冷却水首先通过凝汽器进行换热，而后在冷却塔通过水膜（水滴）与空气的逆向流动实现再冷却。在其运行过程中，循环水会由于蒸发而产生损失，进而导致循环水不断浓缩。为了保证循环水浓缩倍率稳定在一定的范围，要不断向循环水系统内补充生水。补充水进入循环冷却水系统后，通过冷却、蒸发、浓缩，水中游离的和半结合的CO2逸入大气而散失，从而使冷却水中下列平衡向右移动，导致循环水产生结垢倾向：CO2（aq）葑CO2（atm）2HCO3葑CO32-+H2O+CO2（aq）Ca2++CO32-葑CaCO3邬随着循环冷却水的浓缩，冷却水的碱度会升高。当补充水被浓缩K倍时，循环冷却水的总碱度则相应增加为补充水总碱度的K倍，从而使冷却水的结垢倾向不断增大。补充水进入循环冷却水系统后，水中游离的酸性气体CO2在曝气过程中逸入大气而散失，故水中的pH逐渐上升，直到冷却水中CO2和大气中的CO2达到平衡为止。CO32-发生的一二级水解反应，会产生OH-，导致pH升高，方程式如下：CO32-+H2O葑HCO3-+OH-HCO3-葑CO2（aq）+OH-对于上式分别有：K1＝［HCO3－］·［OH－］［CO32－］（1）K2＝［CO2（aq）］·［OH－］［HCO3－］（2）由式（1）、式（2）变换得：lg［CO32－］＝2pH＋（pK1＋pK2＋lg［CO2（aq）］-28）（3）对此系统而言，循环水在冷水塔与空气进行了充分的接触，大气中的CO2基本稳定，水中溶解的CO2也应基本稳定，故lg［CO2（aq）］也是常数。而pK1、pK2也是常数，由式（3）可知：pH是循环冷却水中CO32-含量的单调函数，两值之间存在一对应关系。总碱度测量了水中碱性物质的含量，对于循环冷却水系统应为2CO32-、HCO3-、OH-之和。循环水中第30卷第11期2010年11月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol.30No.11Nov.，201075——工业水处理2010－11，30（11）总碱度是补充水碱度的K倍，浓缩倍率K升高时，总碱度升高，CO32-含量、pH都会升高。水源不同，浓缩倍率升高时，pH和总碱度的变化也不同。浓缩倍率达到结垢的临界点，此时测得的碱度称为极限碱度，测得的pH为临界pH。2不同补充水质的pH与碱度的关系随着循环水的浓缩，各种盐类含量都将随之增大，碱度也会增大，pH增高。但由于循环水系统本身是个大的缓冲体系，因此，碱度的变化与pH并不是简单的线性关系。根据不同的水质情况，将水质分为以下几类，见表1。通过循环水动态模拟实验方法，分别对不同水质进行了pH与碱度关系的试验研究。（1