火力发电厂循环冷却水处理技术 21页

'循环冷却水处理1.加酸处理21.1原理21.2控制参数21.3加酸量计算21.4加酸地点21.5加酸注意事项：32.石灰处理42.1控制原理42.2加药量的控制52.3石灰处理后的水质52.4工艺流程及系统62.5运行控制参数73.加阻垢剂方法73.1阻垢剂种类74.离子交换94.1原理94.2工艺参数95.联合处理105.1加酸与阻垢剂的联合处理105.2石灰软化与阻垢剂的联合处理105.3离子交换与阻垢剂的联合处理10附录：111.极限碳酸盐硬度概念112.循环水浓缩倍率的概念113.循环水浓缩倍率极限值124.循环水系统最小排污率125.CaCO3溶液平衡问题126.CaCO3溶液的稳定度127.CaCO3稳定指数IW（RSI）138.CaCO3饱和指数IB139.CaCO3饱和指数1410.天然水中溶有离子概况表1511.水的技术指标1512.天然水水质类型1613.我国地下水、主要河流的水质特征1614.敞开式循环冷却系统水质的控制标准1715.间冷开式循环冷却水系统水质指标1716.巴基斯坦古杜循环水处理系统1817.哈萨克斯坦阿克纠宾项目循环水资料：20 1.加酸处理1.1原理在循环冷却水中投加浓硫酸，是把补充水中的碳酸硬度转化为非碳酸盐硬度，其反应可以表示为：Ca(HCO3)2+H2SO4=CaSO4+2CO2+2H2O由于硫酸钙的溶解度远远大于碳酸钙，生产的硫酸钙不宜在冷却水中生产水垢析出，故加浓硫酸后可以控制循环冷却水中碳酸钙后的生成，提高浓缩倍率。另外有游离CO2析出，有利于抑制碳酸盐水垢。1.2控制参数加酸处理控制循环水硬度低于极限碳酸盐硬度，因为监督与PH值有一定关系，所以也可监测PH值，一般控制PH值在7.4~7.8之间。当把酸加在补充水中时，水中残留碱度一般控制在0.3~0.7mmol/L之间，避免出现酸性。1.3加酸量计算循环水加酸量可以根据经验公式计算得出：QH2SQ4=49ε(HB,T-1φHB,T")QV,XPBU105说明：QH2SO4：硫酸加药量，kg/h；ε：硫酸的纯度；49:1/2H2SO4摩尔质量；HB,T：补充水中非碳酸盐硬度mmol/L；H’X,T：极限碳酸盐硬度mmol/L；QV,X：循环水量，t/h；PBU：补充水量占循环水量百分比，%；φ：循环水浓缩倍率1.4加酸地点加酸的地点没有严格的限制，从防垢目的出发，将酸加在循环水泵前的补充水水流中是有利的，因为这样可以保留加酸时析出的CO2，使循环水的极限碳酸盐硬度提高，但实际上因为CO2的量不多，所以作用并不显著。从减轻金属腐蚀方面考虑，宜将酸加在送入冷却塔的循环水中。一般加酸系统设有混合槽。 1.5加酸注意事项：如果加酸量过大，可能引起CaSO4、MgSiO3水垢，还可能引起SO42-对混凝土构筑物的侵蚀。（1）CaSO4、MgSiO3水垢硫酸钙的溶度积常数为2.5×10-5，我国天然水系中，属于钙、镁的硫酸盐型水系比较少，而且硅酸盐含量也不高，多数水系中SiO2含量在20mg/L以下，而镁的含量低于钙，虽然地下水中SO42-含量高，但CaSO4的溶解度要比CaCO3大200多倍，所以在浓缩倍率控制在3~5时，一般不会生成CaSO4、MgSiO3水垢。但提高浓缩倍率，也可能使水中的Ca2+和SO42-超过限量，而析出CaSO4、MgSiO3。所以一般推荐[Ca2+]X•[SO42-]X＜5×105~5×106[Mg2+]X•[SO2]X＜15000~35000式中：[Ca2+]X：循环水中Ca2+的浓度，mg/L，[Ca2+]X=φ[Ca2+]B[Mg2+]X：循环水中Ca2+的浓度（以CaCO3计），mg/L，[Mg2+]X=φ[Mg2+]B[SO42-]X：循环水中[SO42-]的浓度，mg/L，[SO42-]X=φ[SO42-]B+φ[SO42-]J[SiO2]X：循环水中SiO2的浓度，mg/L，[SiO2]X=φ[SiO2]B其中[Ca2+]B，[Mg2+]B，[SiO2]B分别表示补充水中Ca2+，Mg2+，SiO2的含量。[SO42-]J为在补充水中加入硫酸而增加的SO42-含量。（2）防止硫酸根对混凝土的侵蚀，下表列出了我国《水利水电工程水质评价标准》。主要是由于硫酸根对水泥中游离石灰的盐化作用：Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O=CaSO4•2H2O+NaOH反应生成的石膏又进一步与水泥中的水化铝酸钙反应生成水化铝酸钙晶体3CaO•Al2O3•6H2O+3(CaSO4•2H2O)+19H2O=3CaO•Al2O3•3CaSO4•31H2O环境水对缓凝土结晶性侵蚀判断标准（SO42-，mg/L）水泥品种腐蚀程度腐蚀性指标（SO42-,mg/L）水泥品种腐蚀程度腐蚀性指标（SO42-,mg/L）普通水泥无侵蚀＜250抗碱酸盐水泥无侵蚀＜3000弱侵蚀250~400弱侵蚀3000~4000中等侵蚀400~500中等侵蚀4000~5000强侵蚀＞500强侵蚀＞5000由于生成的水化铝酸钙晶体是针状晶体，含有大量的结晶水，其体积比原来的大2.5倍，可对水泥产生巨大的内应力引起鼓泡破坏或松脆，故称为“水泥杆菌”。水中高浓度的镁和铵也会对水泥产生侵蚀性破坏，因它可在水泥中形成硅酸镁和氢氧化镁。所以德国VGB中推荐SO42-的指标为：当水中Mg2+（或NH4+）＜100mg/L时，SO42-＜600mg/L；当水中Mg2+（或NH4+）＞100mg/L时，SO42-＜350mg/L。 2.石灰处理2.1控制原理2.1.1碳酸化合物的形态水中的碳酸化合物有四种存在形态：1）溶于水的二氧化碳[CO2(aq)]；2）溶于水的分子态（H2CO3），H2CO3与CO2(aq)都成为游离CO2或游离碳酸；3）碳酸氢根（HCO3-）,称为结合性二氧化碳或半结合性碳酸；4）碳酸根（CO32-），称为结合性二氧化碳或结合性碳酸当水的PH值≤4.3时（甲基橙变色点），水中各种碳酸化合物转化为CO2；当PH值在4.3~8.3（酚酞变色）之间时，以CO2和HCO3-的形态存在，当PH＞8.3时，以HCO3-和CO32-的形式存在。在海水中，图中的曲线向左推移，在海水的PH范围内，最主要的化学成分是HCO3-，在海洋学的PH范围内低端，即PH=7时，80%以上的碳都是HCO3-，其与部分都是CO2。而在最高端时，即PH=8.5时，比80%还多的是HCO3-，其余是CO32-。2.1.2水PH值、碱度、游离CO2换算关系水的PH值与水中的碱度（HCO3）、游离CO2之间的关系PH=6.35+lg[HCO3]-lg[CO*2]在大多数的天然水中，都是碳酸盐型水，而水的PH值都在8.3以下，所以HCO-3的实际浓度就是水的碱度（B），所以也可表示为：PH=6.35+lg[B]-lg[CO*2]2.1.3化学反应式石灰是CaO，在水中反应生成消石灰Ca(OH)2，石灰处理就是向水中投加消石灰Ca(OH)2，去除水中的碳酸盐硬度和相对应的碱度。化学反应式（1）~（4）如下：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O（1）Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O（2） Mg(HCO3)2+Ca(OH)2=CaCO3↓+MgCO3+2H2O（3）MgCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Mg(OH)2↓（4）如果水中油过剩的碱度如NaHCO3或KHCO3，也会与消石灰发生反应，如反应式（5）和（6），但是生成的Na2CO3或K2CO3也是碱性化合物，所以消石灰不能去除水中的过剩碱度。2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Na2CO3+H2O（5）2KHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+K2CO3+H2O（6）水中的MgSO4和MgCl2也可以与石灰发生反应，如（7）和（8），反应结果是非碳酸盐镁硬度被非碳酸盐钙硬度所取代，未能降低水的总硬度。MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2↓（7）MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2↓（8）在石灰处理时，对于水中的过剩碱度，可添加CaCl2进行去除。CaCl2+Ca(OH)2+NaHCO3=CaCO3↓+NaCl+2H2O（9）水中各种化合物与石灰反应的倾向，可以排列成以下的次序：CO2＞Ca(HCO3)2＞Ca(HCO3)2＞NaHCO3＞MgCO3＞MgSO4+MgCl22.2加药量的控制2.2.1去除钙的碳酸盐硬度只要求去除水中钙的碳酸盐硬度时，可按下式估算：[1/2CaO]=[1/2CO2]+[1/2Ca(HCO3)2]2.2.2去除钙和镁的碳酸盐硬度当要求同时去除水中钙和镁的碳酸盐硬度时，可按下式进行估算：[1/2CaO]=[1/2CO2]+[1/2Ca(HCO3)2]+2[1/2Mg(HCO3)2]+[NaHCO3]+α注：[1/2CaO]：石灰投加量，mmol/L；α：石灰过剩量，0.1~0.3mmol/L；如果有过剩的碱度[NaHCO3]，也应该在计算式中加入，因为在发生Mg(OH)2沉淀之前，NaHCO3必先反应。2.2.3添加混凝剂时的加药量估算当水中同时投加了混凝剂时（一般为铁盐，如FeSO4•7H2O，因为投加石灰后的PH较高），应先按照混凝剂与水体的反应产物来重新进行加药量的计算。如投加的混凝剂为FeCl3时，首先发生如下反应：Fe3++HCO3-=Fe(OH)3+3CO2从反应结果可以看出，由于Fe3+的存在，消耗了HCO3-，生成了CO2。计算加药量时应从原水中的[HCO3-]含量应减去这部分，[CO2]应增加这部分，即：[1/2Ca(HCO3)2]=[1/2Ca(HCO3)2]原水—[1/3FeCl3][CO2]=[CO2]原水+2[1/3FeCl3]2.3石灰处理后的水质2.3.1游离CO2因水经石灰处理后的PH值一般在10.1~10.3左右，所以水中游离CO2能全部除去。2.3.2残余硬度 HC=HF+BC+C(H+)HC：经石灰处理后水的残余硬度，mmol/L；HF：原水中非碳酸盐硬度，mmol/L；BC：经石灰处理后的水的残余碱度，mmol/L；C(H+)：混凝剂投加量，mmol/L2.3.3碱度经石灰处理后的残余碱度一般为0.7~1.1mmol/L，其中包括因CaCO3的溶解产生0.6~0.8mmol/L，另外一部分是石灰的过剩量0.1~0.3mmol/L（以[1/2CaO]计）。因为CaCO3的溶解度与原水HF有关，水中钙离子含量越高，出水中CO32-碱度就越少。下表为经验数据，可做为评价处理效果的标准，如果出水碱度大于表示所列出的数值，则说明沉淀反应不完全。出水的钙含量[1/2Ca2+]（mmol/L）＞31~30.5~1残留碱度（mmol/L）0.5~0.60.6~0.70.7~0.75注：如果原水中有过剩碱度，经石灰处理后的水的残留较高，此时不能按此表来判断。2.3.4有机物经石灰（或与混凝处理一起）处理后，水中有机物，可降低20%~40%，主要是通过沉淀物或是絮凝物的吸附和共沉淀作用除去的，所以沉淀物或絮凝物越多，活性越强，对有机物的去除率越高。2.3.5硅有机物石灰处理时生成的Mg(OH)2沉淀物，或石灰与混凝同时处理时生成的絮凝物，都呈絮凝状，具有很强的吸附能力，可使水中的硅化合物明显降低。在正常情况下（如水温40℃），可将硅化合物的含量降低30%~35%，如不采取专门措施，其参与量一般不会小于3~5mg/L（SiO32-）。2.3.6耗氧量如果原水是未被工业排水污染的地面水，则不论原水耗氧量多大，通过石灰混凝处理后的耗氧量（高锰酸盐指数）可降至约2~4mg/LO2。2.3.7不稳定度和悬浮物经处理的水应是CaCO3的饱和溶液，但有时有CaCO3结晶过程没有完成，所以出水是CaCO3的过饱和溶液。这样的水不稳定，当它都经管道、滤池和离子交换设备时，会出现CaCO3的沉淀，称为后期沉淀，出水的稳定性可以通过稳定度BL来进行评价，可参考以下标准。评价不稳定度（mmol/L，H+）悬浮物（mg/L）优≤0.05≤5良≤0.10≤10可≤0.15≤20不合格＞0.15＞20注：稳定度试验中，水样碱度的降低值称为不稳定度。2.4工艺流程及系统高纯度粉状消石灰→石灰筒仓→螺旋输粉机→缓冲斗→精密称重干粉给料机（电子皮带秤）→石灰乳搅拌箱→石灰乳泵→5%石灰乳→澄清池（进滤池前加硫酸）→变空隙滤池→循环水系统→补充水冷却塔水池 投加量通过给水流量进行控制，按照比例调节。另外配有混凝剂配置、投加系统、加酸调节PH系统、加氯系统和自动压缩空气系统循环水排污点通常设置在凝汽器后，冷却塔（或喷水池前），因为这里水温高，可以减少冷却塔的负荷。2.5运行控制参数变空隙滤池进水浊度＜5~20mg//L，出水浊度为0.5~1.0mg//L，FeSO4•7H2O有效计量为0.2~0.3mmol/L；循环水加氯量为2.0mg/L，出水剩余活性率为0.2mg/L；补充水加酸后调节PH值在7.2~8.2之间（原因在于CaCO3处于过饱和状态，在循环水系统中可能析出CaCO3沉淀，为了消除这种不稳定性，可以投加少量的硫酸，调节PH值）。提高水温有利于石灰处理，可以使水中的残留碱度降低，加快沉淀物的形成和分离。3.加阻垢剂方法3.1阻垢剂种类3.1.1聚合磷酸盐主要是三聚磷酸钠（Na5P3O10）和六偏磷酸钠(NaPO3)6。聚合磷酸盐在低剂量（2~4mg/L）情况下式有效的阻垢剂，在较高剂量（15~30mg/L以上）情况下是一种有效的阴极缓蚀剂。在水中，聚合磷酸盐存在水解反应：Na5P3O10+H2O→Na4P2O7+NaH2PO4Na4P2O7+H2O→(Na2HPO4)2Na2HPO4→(Na3PO4)2+H3PO4其水解速率收到很多因素影响，主要有水的PH值、温度、停留时间及微生物在新陈代谢中产生的生物酶，如表所示。影响聚合磷酸盐水解的因素因素对水解速率的影响因素对水解速率的影响水温从0℃~100℃，可加快10~100倍Fe(OH)3，Al(OH)3等可加快1.0~10万倍PH从碱性~酸性可加快1000~10000倍配合阳离子大多数情况下可加快很多倍酶可加快10~100万倍磷酸盐浓度和含盐量分别称比例关系及几倍变化聚合磷酸盐水解后变成了分子量较小的聚合物和一部分正磷酸盐，从而使它的阻垢能力和缓蚀效果降低，而且正磷酸盐又是微生物的营养成分，利于微生物的繁殖。正磷酸盐与水中的Ca2+易产生磷酸钙沉积，从而限制了从而限制了水中Ca2+的含量。从表可知，在PH值一定的条件下，水中总正磷[PO43-]的浓度越高，允许的[Ca2+]浓度越低；而总正磷[PO43-]浓度一定的条件下，PH值越高，允许的[Ca2+]的浓度也越低，即产生Ca3(PO4)2沉积的倾向增大。 不同PH值与总正磷[PO43-]浓度时溶液中允许存在的[Ca2+]浓度理论临界值（mg/L）PH值总正磷[PO43-]（mg/L）7.588.58.8219.287.503.292.073.513.285.172.341.475.010.444.081.871.1210.06.602.571.120.6920.04.261.620.710.44502.250.880.380.24目前火力发电厂的循环冷却水处理中，加药量最大不超过6~10mg/L，循环水的PH值一般不超过9.0。在火力发电厂循环冷却水的稳定处理中，当聚合磷酸盐的加药量为2~5mg/L和控制PH值在7.5~8.5之间时，为防止Ca3(PO4)2沉积，所允许的[Ca2+]浓度在2~20mg/L之间，而一般天然水中的[Ca2+]浓度均比此值高，即使聚合磷酸盐的加药量很低，只要发生水解，产生Ca3(PO4)2沉积的可能性就很大，所以在采用聚合磷酸盐进行稳定处理时，一方面应严格控制加药量和PH值，另一方面应防止聚合硫酸盐的水解，此外，也可以考虑采用防止Ca3(PO4)2沉积的药剂方案，即目前推荐采用的低磷药剂方案。3.1.2有机膦酸盐（含磷有机阻垢剂）含磷有机阻垢剂一般分为两类：有机磷酸脂和有机膦酸盐，在火力发电厂循环冷却水处理中，大都采用有机膦酸盐。如氨基三亚甲基膦酸（Aminotrimethylenephosophonicacid，ATMP），乙二胺四亚甲基膦酸（Ethylenediamintetramethylenephosphonicacid，EDTMP），二乙烯三胺五亚甲基膦酸（DETPMP），2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）。一般加药量为2~4mg/L，其稳定的极限碳酸盐硬度为7~8mmol/L。3.1.3有机低分子聚合物此类聚合物大都以乙烯或苯乙烯为单体经聚合反应而成。常用的为阴离型，常用的有聚丙烯酸（polyacrylicacid，缩写为PAA），聚甲基丙烯酸，水解聚马来酸酐（Hydrolyzedpolymafeicanhydride，缩写为HPMA），马来酸酐-丙烯酸共聚物，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物，丙烯酸与丙烯酸酯共聚物，苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物。这类低分子量聚合物的加药量一般可低至2~5mg/L，所能稳定的极限碳酸盐硬度为6~8mmol/L，与水质和工艺条件有关。 序号阻垢剂种类加药量（mg/L）稳定碳酸盐硬度mmol/L1聚合磷酸盐2~4[Ca]2~20mg/L2有机膦酸盐2~47~83有机低分子聚合物2~56~84多元磷酸1~58左右4.离子交换4.1原理采用弱酸性阳离子树脂，与水中的重碳酸盐硬度发生交换反应，与非碳酸盐硬度或钠的中性盐发生微弱反应。不仅可以除去水中的碳酸盐硬度，也能同时去除水中的碱度，所以比较适合原水碳酸盐硬度和碱度均较大的水。反应中生成的CO2可在冷却塔中自然消失，不必再设除碳器。水中的非碳酸盐硬度和钠的中性盐变成了相应的无机酸，但由于树脂的活性基团是弱酸基，对H+的亲和力比对任何金属离子都大，所以只在运行初期出水呈微酸性，水中的硬度与碱度比值越大，出水维持微酸性的时间就越长。失效后，用硫酸或盐酸再生，可视为塔外再生，虽消耗酸，但不会增加水中酸根的含量。2R-COOH+Ca(HCO3)2→(R-COO-)2Ca+2CO2↑+2H2O2R-COOH+Mg(HCO3)2→(R-COO-)2Mg+2CO2↑+2H2O2R-COOH+(CaSO4,MgSO4,CaCl2,MgCl2)→(R-COO-)2Mg/(R-COO-)2Ca+H2SO4/2HCl2R-COOH+NaCl→(R-COO-)2Na+HCl2R-COOH+Na2SO4→(R-COO-)2Na+H2SO44.2工艺参数（1）出水水质：出水平均剩余碱度，一般控制在0.3~0.5mmol/L（2）运行流速：15~20m/h（3）反洗：反洗流速为15~20m/h，反洗时间15min，一般反洗至出水清澈透明为止（进水悬浮物有关）（4）再生：参考下表再生剂种类再生剂用量再生剂浓度（%）再生液流速（m/h）再生方式H2SO41701.015顺流再生HCl50~701~25顺流再生（5）置换流速4~5m/h，时间4~5min（6）正洗流量2~2.5m3/m3（树脂），正洗流速为15~20m/h，正洗时间为10~20min。（7）工作交换容量设计时采用1500~1800mol/m3（树脂），如果以碱度漏过20%为终点，容量可达2000mol/m3（树脂）以上。4.3离子交换设备（1）设备结构：分为双流式和单流式，双流式更适合循环冷却水。 （2）运行工艺：运行时，由顶部和底部同时进水，由设置在树脂层中间的出水集水装置引出。再生时，由顶部引入再生液，自上而下进行顺流再生。（3）常用树脂型号为D113弱酸性阳树脂。（4）某电厂的运行情况：采用D113弱酸性阳树脂，浓缩倍率达到4.0倍以上。运行流速25~30m/h，进水温度12℃，再生剂浓度1%（H2SO4），再生流速15m/h，再生水平170g/L，顺流再生，失效终点控制出水硬度为≤1.0mmol/L，运行周期为50小时，周期制水量为8600m3，交换容量3100~3200mmol/L（树脂），酸耗为50~55mg/mmol，酸再生铝为98%。出水硬度0.4mmol/L，去除率达84%，碱度为0.8mmol/L，去除率为80%，总固形物为275mg/L，降低34%。5.联合处理5.1加酸与阻垢剂的联合处理加酸法虽然可以提高浓缩倍率，但加酸量大，运行费用高。阻垢剂在低剂量的情况下，只能使6~8mmol/L的碳酸盐硬度处于稳定状态，浓缩倍率低，用水量大。故可将两种工艺联合处理。其处理工艺是，首先对补充水进行加酸处理，是补充水的碳酸盐硬度降低至阻垢剂所能稳定的极限碳酸盐硬度与浓缩倍率的比值，然后再进行阻垢剂稳定处理，硫酸加药量，可根据所中和的碳酸盐硬度和处理水量进行估算，阻垢剂的投加量仍然是2~4mg/L。5.2石灰软化与阻垢剂的联合处理石灰处理同事降低了补充水的硬度和监督，但由于极限碳酸盐硬度低，仍达不到较高的浓缩倍率，如在石灰软化的基础上在投加低剂量的阻垢剂，可是浓缩倍率明显提高，大大节约补充用水。某厂应用此工艺，浓缩倍率提高到5~6倍，排污率将至0.28%。单石灰处理后的PH值一般在10以上，而且还带有很多未为沉降下来的细小CaCO3和Mg(OH)2颗粒，是一种很不稳定的水，需加酸调节PH到7.5~8.3，然后再投加2~4mg/L的阻垢缓蚀剂。5.3离子交换与阻垢剂的联合处理循环冷却水的补充水如全部采用弱酸阳离子交换，虽然可达到很高的浓缩倍率，但投资高和再生用酸量较高而受到一定的限制。单纯采用阻垢剂法，因浓缩倍率较低和补水量大也存在一定的局限性。如将这两种防垢处理联合使用，不仅可以减少设备投资和运行再生用酸量，而且可以达到很高的浓缩率。这种联合处理是让部分（60%~80%）补充水通过弱酸离子交换器，降去水中的碳酸盐硬度，然后与剩余的未经离子交换的补充水混合，依次混合水作为循环冷却水的水源，并同时投加低剂量的阻垢剂。这样可是浓缩倍率达到3.0~4.0以上，冷却系统的排污率小于1%。通过弱酸离子交换器的水量与补充水的水质，要求的浓缩倍率和阻垢剂的阻垢性能有关。 附录：1.极限碳酸盐硬度概念极限碳酸盐硬度：如果将循环水的补充水，在汽工作温度下进行蒸发，再起浓缩的初期水中的碳酸盐硬度随着升高，但达到某一极限值时，不再升高，保持一数值不变。此值为该温度下的极限碳酸盐硬度，在以后的浓缩过程中，有CaCO3沉淀物析出，水中碳酸盐硬度不再随着升高。2.8HX,T"=8+O3-t-405.5-O7-2.8HB,T6-O7+(t-4010)3H’X,T：极限碳酸盐硬度mmol/LO：补充水耗氧量，mg/LO2；HB,T：补充水中非碳酸盐硬度mmol/L；t：循环水的最高温度，当t＜40℃时，按t=40℃计算。注：此计算式适用于补充水的耗氧量小于25mg/LO2和循环水温度为30~65℃的情况下。2.循环水浓缩倍率的概念浓缩倍率：循环水中盐类的浓度与补充水中盐类的浓度之比。常按最不易沉淀的Cl-离子估算浓缩倍率。循环水的浓缩倍率一般控制在3~5。K=Cl-X/Cl-BU注：K：浓缩倍率Cl-X：循环水中Cl-的含量Cl-BU：补充水中Cl-的含量按照物料衡算的原则：PBU•Cl-BU=（PF+PP）•Cl-XK=Cl-X/Cl-BU=PBU/PF+PP=(PF+PP+PZH)/(PF+PP)=PBU/(PF+PP)PBU=补充水流量占循环水流量的百分数PF=风吹和泄漏量占循环水流量的百分数PP=排污量占循环水流量的百分数PZH=蒸发量占循环水流量的百分数Cl-X：循环水中Cl-的含量Cl-BU：补充水中Cl-的含量循环水中盐类的浓度CC=QBU/QSH•CBUQBU：补充水水量，m3/hCBU：补充水含盐量，mg/LQSH：排污、风吹和泄漏的总水量，m3/h 3.循环水浓缩倍率极限值浓缩倍率的极限值K=HT’/HT,BU（1）HT’：极限碳酸盐硬度HT,BU：补充水的碳酸盐硬度4.循环水系统最小排污率算出K后，可按下式求得最小的排污率K=(PZH+PF+PP)/(PF+PP)（2）PP=PZHK-1-PF（3）PF=风吹和泄漏量占循环水流量的百分数PP=排污量占循环水流量的百分数PZH=蒸发量占循环水流量的百分数5.CaCO3溶液平衡问题CaCO3的溶解度很小，而Ca(HCO3)2的溶解度较大。水中钙的碳酸盐是溶解还是析出，与碳酸盐平衡有关。在碳酸化合物的平衡重倾向于生成CO32-，则易于使Ca2+转变成沉淀物CaCO3；反之倾向于生成HCO3-，就易于使CaCO3溶解。如果向水中送入多量的CO2，则HCO3-增多，CO32-减少；反之，如果CO2在水中消失，则HCO3-减少，CO32-增多。2HCO3-=CO2+CO32-‖+Ca2+CaCO3(S)平衡二氧化碳浓度：水中的CO2的浓度足以维持CaCO3呈饱和状态，既不是发生CaCO3溶解，也不会析出CaCO3，此时CO2的浓度。影响因素包括温度、含盐量、碱度和硬度。6.CaCO3溶液的稳定度测定方法：将水样通过粒状大理石滤层过滤，然后比较通过前后水样的碱度（或PH值）。如果通过后的碱度或PH值增大，则表示水中CO2大于平衡值，使大理石的CaCO3组分溶解了；反正，如果碱度减小，则表示水中CO2小于平衡值，有CaCO3析出。△B=B1-B2式中：△B：碱度的增值，即用碱度表示的稳定度B1、B2分别表示反应前后的碱度如果△B为正值，表示此水是CaCO3的不饱和溶液，如为负值，则为过饱和溶液，如为0，则为饱和溶液。 7.CaCO3稳定指数IW（RSI）IW=2pHB-pHY稳定指数是饱和指数的一种修正形式。式中的pHY可以通过下列公式计算pHY：pHY=1.465lgB+7.03其中B为水中的总碱度mmol/L。pHB=f1(t)-f2(Ca2+)-f3(B)+f4(S)f1(t)：温度函数；f2(Ca2+)：钙含量函数；f3(B)：碱度函数；f4(S)：含盐量函数。以上四种函数值可以根据原水水质，查图求得。稳定指数判断标准IW水质性质IW水质性质＞8.7对含CaCO3的材料腐蚀性严重6.4~3.7结CaCO3水垢8.7~6.9对含CaCO3的材料腐蚀性中等＜3.7结CaCO3水垢严重6.9~6.4水质稳定8.CaCO3饱和指数IB饱和指数是根据CaCO3的溶度积和各种碳酸化合物之间的平衡关系推导出来的一种指数的概念，以判断某种水质在运行条件是否有CaCO3水垢析出。判断方法： IB=pHY-pHBIB=0表明水质是稳定的，称稳定型水IB＞0表明CaCO3呈过饱和状态，有CaCO3水垢析出的倾向，称结垢型水IB＜0表明CaCO3呈未饱和状态，有溶解CaCO3固体的倾向，对刚才有腐蚀性，称为腐蚀性水。式中：IB：碳酸钙饱和指数；pHY：实际运行条件下实测PH值；pHB：饱和PH值，即循环水在使用温度条件下被CaCO3饱和时的PH值。一般情况下，IB值在±（0.25~0.3）范围内，可以认为是稳定的。pHB的计算参照稳定指数中的公式进行计算。9.CaCO3饱和指数循环水在用磷系列药剂处理时，因水解作用生成磷酸根，当它与水中Ca2+浓缩到一定浓度时，可能会生成Ca3(PO4)2沉淀。磷酸钙饱和指数IP,B与碳酸钙饱和指数型式上类似。IP,B=pHY-pHP,BIP,B：磷酸钙饱和指数pHY：循环水在使用温度条件下，被Ca3(PO4)2饱和时的PH值，可根据水中Ca2+和PO43-浓度和温度，查图得到。 10.天然水中溶有离子概况表天然水中溶有离子的概况类别阳离子阴离子含量范围名称符号名称符号Ⅰ钙离子Ca2+碳酸氢根HCO3-自几个mg/L至几万mg/L镁离子Mg2+氯离子Cl-钠离子Na+硫酸根SO42-钾离子K+Ⅱ铁离子Fe3+氟离子F-自十分之几mg/L至几个mg/L锰离子Mn2+硝酸根NO3-铵离子NH4+碳酸根CO32-Ⅲ铜离子Cu2+硫氢酸根HS-小于十分之一mg/L锌离子Zn2+硼酸根BO3-镍离子Ni+亚硝酸根NO3-钴离子Co2+溴离子Br-铝离子Al3+碘离子I-磷酸氢根HPO42-磷酸二氢根H2PO4-11.水的技术指标 12.天然水水质类型分类依据水质类型评价标准含盐量低含盐量水200mg/L以下中等含盐量水200~500mg/L较高含盐量水500~1000mg/L高含盐量水1000mg/L硬度极软水硬度＜1.0mmol/L软水硬度=1.0~3.0mmol/L中等硬度水硬度=3.0~6.0mmol/L硬水硬度=6.0~9.0mmol/L极硬水硬度＞9.0mmol/L水处理工艺碱性水[HCO3-]＞[1/2Ca2+]+[1/2Mg2+]非碱性水[1/2Ca2+]+[1/2Mg2+]＞[HCO3-]钙硬水[1/2Ca2+]＞[HCO3-]镁硬水[1/2Ca2+]+[1/2Mg2+]＞[HCO3-]＞[1/2Ca2+]碳酸盐型[HCO3-]＞[1/2SO42-]+[Cl-]非碳酸盐型[HCO3-]＜[1/2SO42-]+[Cl-]13.我国地下水、主要河流的水质特征地下水的含盐量大都在100~5000mg/L，在某些特殊情况下还可能更高些；硬度通常在2~10mmol/L之间，也有高达10~25mmol/L。除了会受到工业污染的浅层地下水外，一般地下水的水质中年稳定的，所以他可以用作工业水的水源。地下水水质（mg/L）地区Ca2+Mg2+Na++K+HCO3-SO42-[Cl-岳阳2.831.365.299.768.952.55天津塘沽8.03.731746448208佳木斯37.212.620.41401540哈尔滨72.812.823.53178.021.3石家庄82.910.816.322037.328宁夏4814378270048839392128我国河流水质（mg/L）地区Ca2+Mg2+Na++K+HCO3-SO42-Cl-含盐量闽江2.00.56.720.24.90.535.5长江28.99.68.6128.913.44.2193.6黄河39.117.946.3152.082.630.0377.9西江18.54.88.191.52.82.9128.6石松花江12.03.86.864.45.91.093.9黑龙江11.62.56.754.96.02.083.7 塔里木河107.6841.510286217.26052143083175114.敞开式循环冷却系统水质的控制标准敞开式循环冷却水系统水质控制标准项目低PH值高PH值PH6.5~8.07.5~8.8悬浮物（mg/L）200~400300~400[CO32-]55[HCO3-]5~150300~400[SiO2]150150~200[Mg2+]•[SiO2]3500060000~75000[Ca2+]•[SO42-]1.5×105~2.5×1062.5×106~8×106[Ca2++SO42-]•[CO32-]——2×106~4×106[Cl-]根据管材决定根据管材决定COD、BOD、NH3根据所采用的杀菌剂种类决定根据所采用的杀菌剂种类决定注：质量单位[]的浓度是mg/L，Ca2+、Mg2+、HCO3-和CO32-以CaCO3计。15.间冷开式循环冷却水系统水质指标间冷开式系统循环冷却水水质指标项目单位要求或使用条件许用值浊度NTU≤20PH值6.8~9.5钙硬度+甲基橙碱度（以碳酸钙计）mg/L碳酸钙稳定指数RSI≥3.3≤1100总铁mg/L＜1.0Cu2+mg/L＜0.1Cl-mg/L不锈钢换热设备，水走壳程，传热面水侧壁温不大于70℃，冷却水出水温度小于45℃≤700SO42-+Cl-mg/L≤2500硅酸（以SiO2计）mg/L≤175Mg2+×SiO2（镁以碳酸钙计）mg/LPH≤8.5≤50000游离氯mg/L循环回水总管处0.2~1.0NH3-Nmg/L≤10石油类mg/L≤5 CODCrmg/L≤100注：钙硬度与甲基橙碱度之和＞1100mg/L或碳酸盐稳定指数RSI＜3.3时，应加酸或进行软化处理。16.巴基斯坦古杜循环水处理系统阻垢剂加药装置：闭式循环水进水流道次氯酸钠加药装置：加至闭式水补水管道和闭式循环水进水流道硫酸加药装置：加至闭式水循环水泵进水流道正常情况下，循环水系统采用直流循环冷却水系统，当水源（运河）检修时，循环水系统采用闭式循环冷却水系统，补给水采用深井水。循环冷却水采用直流冷却时，次氯酸钠加入循环泵房进水前池流道，冲击加药方式，加药浓度为3mg/L，每次15min，每天4次。当循环冷却水采用闭式循环时，次氯酸钠加入循环水补水管。当采用二次循环冷却时，对冷却水加阻垢剂和硫酸处理。补充水水质统计表项目PH电导率μs/cm总碱度总硬度钙硬度镁硬度Cl-SO42-（mmol/L）地下水8.053152.52.61.80.80.450.33运河水8.152571.972.21.110.430.66循环水量为5500m3/h，平均补水量为1200m3/h，直流冷却时，循环水的补水量为225m3/h。冷却塔平均进水温度为45℃，出水平均温度为35℃。序号项目单位直流供水系统循环供水系统最大值平均值最大值平均值1冷却塔蒸发损失m3/h6655902冷却塔风吹损失m3/h46453冷却塔排污损失m3/h287250设计值：设计浓缩倍率K=3；设计排污率PP=250/5500=4.5%设计蒸发率PZH=590/5500=11%HB,T设计风吹损失率PF=45/5500=0.8%设计补水率=(590+45+250)/5500=16.1%极限浓缩倍率K=极限碳酸盐浓度/补充水碳酸盐浓度=(6~8)/2.5=2.4~3.3极限排污率PP=[PZH/(K-1)]-PF=(7.1~4.0)%加药量分析：次氯酸钠加药量：冲击加药方式，每天共1个小时，加药量为3mg/L，每天共计2.655kg。阻垢剂加药量：加药系统采用硫酸和阻垢剂的共同处理的加药方式，阻垢剂的加药量一般为2~4mg/L，所能稳定的极限碳酸盐硬度浓度在6~8mmol/L。补充水量包括冷却塔蒸发损失、风吹损失和排污损失（不考虑泄漏等情况），循环水每小时补水量为885t，故所需要的阻垢剂的加药量为：1.7kg/h。 硫酸加药量：由于阻垢剂的存在，所投加的硫酸量只需将循环水的碳酸盐硬度降低到阻垢剂能够稳定的极限碳酸盐硬度与循环水浓缩倍率的比值即可。设计浓缩倍率K=3，即H’X,T/K=(6~8)/3=2~2.7mmol/L。补充水碳酸盐硬度HB,T=2.5mmol/L，所以需要硫酸进行中和掉0~0.5mmol/L碳酸盐硬度。Ca(HCO3)2+H2SO4=CaSO4+2CO2+2H2O由加酸经验公式计算得（取H’X,T=6mmol/L），加酸量为22.14kg/h。如果在不投加阻垢剂的情况下，循环水中的极限碳酸盐硬度一般在2.9mmol/L，则加酸量为66.39kg/h，约为前者的3倍。QH2SQ4=49ε(HB,T-1φHB,T")QV,XPBU105说明：QH2SQ4：硫酸加药量，kg/h；ε：硫酸的纯度，取ε=0.98；49:1/2H2SO4摩尔质量；HB,T：补充水中碳酸盐硬度mmol/L，取HB,T=2.5mmol/L；H’X,T：极限碳酸盐硬度mmol/L，取H’X,T=6或3mmol/L；QV,X：循环水量，t/h，取QV,X=5500t/h；PBU：补充水量占循环水量百分比，%，取PBU=16.1；φ：循环水浓缩倍率，取φ=3水质分析：地下水总硬度年平均值为2.6mmol/L，在1~3mmol/L，属于软水水体。总含盐量为287mg/L，低含盐量的水体。[HCO3-]＞[1/2SO42-]+[Cl-]，属于碳酸盐型。水体PH平均PH值为8.05，小于8.3，所以总碱度的含量即为[HCO3-]含量。水体[HCO3-]＜[1/2Ca2+]+[1/2Mg2+]，水体属于非碱性水，且[HCO3-]＞[1/2Ca2+]，所以总硬度包括钙的碳酸盐硬度，镁的碳酸盐硬度和镁的非碳酸硬度。1/2Ca2+（1.8mmol/L）1/2Mg2+（0.8mmol/L）Na++K+HCO3-（2.5mmol/L）1/2SO42-Cl-1/2Ca(HCO3)21.8mmol/L1/2Mg(HCO3)20.7mmol/L1/2MgSO40.1mmol/L 17.哈萨克斯坦阿克纠宾项目循环水资料：机力通风冷却塔（中温逆流式钢结构工业型冷却塔）2×1500m3，循环水池容积（L×B×H=14.3×23.6×2.7m=911m3）为全密闭式（防风沙），钢结构，进风口设置百叶窗，补充水水源取自总厂自来水管网的新鲜水，浓缩倍率为5左右，加入稳定剂和杀菌剂。稳定剂加药点为循环水泵进水前池。系统设置2台重力无阀滤池（总处理量160m3/h）进行旁滤，过滤后的水回到循环水池内。根据《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007，间冷开式系统循环冷却水水质指标如表所示。循环水量为2270m3/h，蒸发损失39m3/h，风损3m3/h，排污量7m3/h。新鲜水水质一览表（循环水补充水）项目单位数量项目单位数量Na+mg/L17.25非碳酸盐硬度mg/L0.7Ca2+mg/L20Cl-mg/L14.18Mg2+mg/L7.3SO42-mg/L25.513总硬度mmol/L1.6HCO3-mg/L97.6Fe3+mg/L0.18固形物mg/L180碳酸盐硬度mmol/L0.9PH值mg/L6.5分析项目单位补充水标准值浊度NTU--≤20PH值6.56.8~9.5钙硬度+甲基橙碱度（以碳酸钙计）mg/L50≤1100总铁mg/L0.18＜1.0Cu2+mg/L--＜0.1Cl-mg/L14.18≤700SO42-+Cl-mg/L39.693≤2500硅酸（以SiO2计）mg/L--≤175Mg2+×SiO2（镁以碳酸钙计）mg/L--≤50000游离氯mg/L--0.2~1.0NH3-Nmg/L--≤10石油类mg/L--≤5通过计算：[1/2Ca2+]=1mmol/L，[1/2Mg2+]=0.6mmol/L，碳酸盐硬度=0.9mmol/L，[HCO3-]=0.9mmol/L，[1/2SO42-]=0.5mmol/L；硬度=1.6mmol/L，在1~3mmol/L之间，属于软水；总含盐量=84mg/L，小于200mg/L，属于低含盐量水；[Ca2+]＞[HCO3-]，属于钙硬水；[HCO3-]＞[1/2SO42-]+[Cl-]，属于碳酸盐型。 因为水中只有钙硬，所以如果用石灰进行软化时，只需投加去除钙的碳酸盐硬度的石灰量即可，即：[1/2CO2]+[1/2Ca(HCO3)2]。1/2Ca2+（1mmol/L）1/2Mg2+（0.6mmol/L）Na++K+HCO3-（0.9mmol/L）[1/2SO42-]（0.5mmol/L）Cl-（0.4mmol/L）1/2Ca(HCO3)20.9mmol/L1/2CaSO40.1mmol/L1/2MgSO40.4mmol/L1/2[MgCl2]0.2mmol/L'