第一讲 电厂化学基础知识

电厂化学第一讲白健美一、电厂用水概述1.1水的性质1.2水中的杂质1.3水质指标1.4水质指标间的相互关系及计算1.5水在火力发电厂的重要作用1.6火力发电锅炉的水汽质量标准及说明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……）H104.50HHHHHHH1.1水的性质1.水的组成及结构2.水的物理性质水的蒸气压(100℃时为101.325kPa)温度升高水的蒸气压升高。PV=nRT水的密度(4℃1.0×103kg/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72.8×10-3N/m2)温度升高水的表面张力减小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：374.15℃，22.1MPa性质温度临界温度水的密度水蒸汽的密度300℃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水的状态普通水临界水超临界水过热蒸汽温度/℃25℃374.15℃450℃450℃压力/MPa0.122.12713.6介电常数815.41.81.0氧溶解度/(mg·L－1)8完全互溶完全互溶完全互溶密度/(mg·m－3)0.998－0.1284.19×10－3粘度/cp0.890－0.02982.65×10－5有效扩散系数(cm2·s－1)7.74×10－6－7.67×10－41.79×10－31.2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1nm~100nm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。有机物：腐殖质火电厂中生产用水的分类原水：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。1.3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、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。例如：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。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.浊度的单位1.FTU单位表示的浊度所用仪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。2.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。3.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。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（1/2Ca2++1/2Mg2+）硬度的单位：通常以碳酸钙或氧化钙或德国度表示。①量浓度，mol/L.②德国度，（oG）。1oG=10mg/LCaO，③ppm（mg/L），1mmol/L=50ppmCa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+24.3/12.15）mmol/L=5.0mmol/L•YD=5.0mmol/L×2.8oG/mmol/L=14oG•YD=5.0mmol/L×50ppm/mmol/L=250ppm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。碱度和酸度有机物COD：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。BOD:在指定的条件下，水中的有机物进行生物氧化时所消耗溶解氧的量，即为生化需氧量，单位用mg/LO2表示。TOC:水样中的有机物在900℃高温和催化剂的条件下气化、燃烧，这时水样中的有机碳和无机碳全部氧化成CO2，然后利用红红外线气体分析仪分别测定总的CO2量和无机碳产生的CO2量，两者只差即为总有机碳。有机物碱度与硬度①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），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）。②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。③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。