循环冷却水pH_碱度的理论计算和分析_李贺全

TheoreticalcalculationandanalysisofthepH-alkalinityofcirculatingcoolingwaterLiHequan，WangYinggao，LiYongli（NorthChinaElectricPowerResearchInstituteCo.，Ltd.，Beijing100045，China）循环冷却水pH-碱度的理论计算和分析李贺全，王应高，李永立（华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045）［摘要］循环冷却水中和空气中的CO2之间存在交换，由于循环冷却水系统的连续运行，冷却水中和空气中的CO2达到平衡，此时的pH可由公式准确计算。pH的控制范围同循环水的浓缩倍率有密切关系，并对节水和腐蚀有重要影响。［关键词］碱度；pH；曝气；碳酸盐平衡［中图分类号］TQ085＋.4［文献标识码］B［文章编号］1005-829X（2008）12-0022-03Abstract：ThereisexchangingofCO2betweencirculatingcoolingwaterandtheatmosphere.Sincethecirculatingcoolingwatersystemrunscontinuously,theCO2equilibriumcanbeproducedbetweenthem.ThenthepHcanbecalculatedexactlywiththeformula.ThecontrolrangeofpHiscloselyrelativetotheconcentrationmultiplyingpower，andalsohasimportanteffectonwatersavingandcorrosion.Keywords：alkalinity；pH；aeration；carbonateequilibriumpH是循环冷却水的一个非常重要的控制指标，它同冷却水系统换热面的结垢和腐蚀密切相关。在循环冷却水系统中，冷却水的pH常控制在一定的范围之内。由于循环水在运行时是从水塔喷淋向下，而周围空气进入凉水塔后却自下向上流动，因此存在空气和冷却水之间的气体交换。由于存在这种交换作用，循环水的pH计算有不同于其他天然水pH的计算方法。1循环冷却水运行中的曝气作用循环冷却水运行时，冷却水在传热面受热升温，在冷却水塔和空气中完成热交换，循环水降温冷却；同时，在循环水喷淋下降过程中，循环水同空气接触，空气的温度升高。受热后的空气变稀薄，压力下降，和水塔外部的空气形成压差。由于循环水的连续运行，这种压差得以保持。周围的空气就会连续不断进入水塔上升，和喷淋向下的循环水形成对流。空气和循环水的界面会产生气体交换。循环水的pH与气体交换时CO2的析出有关。CO2的析出符合亨利定律，即循环水的CO2溶解度同空气中CO2的分压成正比。而空气中CO2的分压较低，该分压值基本恒定。由于天然水体中常含有CO2，当被引入循环水系统后，循环水和空气之间的CO2交换表现为CO2从循环水中析出的过程。在循环水连续运行的情况下，循环水和空气的CO2交换达到平衡。2循环水中pH计算的理论推导由上所述，循环水和空气之间存在着CO2交换，由于循环水的连续运行，CO2在空气和循环水之间达到平衡。CO2的析出会引起循环水中碳酸盐平衡的破坏，当CO2在空气和循环水之间平衡后，循环水中的碳酸盐达到新的平衡。由于循环水中的H+和循环水中的碳酸盐存在直接反应，循环水的H+浓度也达到新的平衡值，循环水中的pH随之确定。因此，循环水的pH可以从上述的各种平衡关系推导出来。2.1循环水中同pH有关的反应循环水中同pH有关的反应由[H+]来表达。在循环水中同H+有关的反应有2种:（1）H+和碱度的反应。循环水中的碱度有[OH-]、[HCO3-]、[CO32-]、[PO43-]、第28卷第12期2008年12月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol．28No．12Dec．，200822[HPO42-]、[H2PO4-]，其中，由于[PO43-]、[HPO42-]、[H2PO4-]3项在循环水中含量极小，它们通常由水稳剂水解产生，所以对循环水的pH和碱度影响可以忽略。因此，H+和循环水中的碱度直接的反应为与OH-、CO32-、HCO3-之间的反应。（2）H+和循环水中的H2CO3和溶解态CO2（水）的反应。循环水中的CO2有H2CO3形式和溶解态CO2（水）的形式。CO2（水）与大气中的CO2存在交换，它们之间的关系符合亨利定律。在通常的滴定分析中测得的游离CO2是CO2（水）和H2CO3二者浓度的和，用[H2CO3*]表示。循环水中的H+和H2CO3有直接反应，而CO2（水）和H2CO3又相互转化。综