Расчёт и корректировка исходного состава воды

Введение

 

В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя и рабочего тела, чему способствует широкое распространение воды в природе и ее особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул. Полярность молекул воды, характеризуемая дипольным моментом, определяет большую энергию взаимного притяжения молекул воды (ориентационное взаимодействие) при температуре 10…30 С и соответственно большую теплоту фазового перехода при парообразовании, высокую теплоемкость и теплопроводность. Значение диэлектрической постоянной воды, также зависящей от дипольного момента, определяет своеобразие свойств воды как растворителя.

При нагреве воды на поверхностях нагрева образуются твердые отложения накипеобразующих солей. При испарении воды в пар переходят коррозионно-активные газы, которые способствуют разрушению поверхности охлаждения и генерируют новые вещества, образующие отложения из продуктов коррозии.

Надежность работы энергетического оборудования на станции непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов. Правильно рассчитанный, смонтированный и эксплуатируемый комплекс водоподготовки, дополненный химической программой коррекции котловой воды, является необходимым условием долговечной и экономичной работы любого котлоагрегата.

В условиях эксплуатации энергетического оборудования на ТЭС или АЭС при организации водного режима необходимо создавать условия, при которых обеспечиваются минимальные значения скорости коррозии и снижение накипных отложений. Отложения могут образовываться из примесей, поступающих в воду теплоэнергетических установок от внешних и от внутренних источников.

Исходные данные

 

Исходной водой является вода Бассейны Ингула со следующим химическим составом:

-биогенные компоненты:

=1,66 мг/л;;

NO2+=0,030 мг/л;

NO3+=0,11 мг/л;

Fe=0,11 мг/л;

P=0,060мг/л;

Si=5,9 мг/л;

-окисляемость:

БО=28,4 мгО2/л;

ПО=7,8мгО2/л;

-главные ионы:

HCO3-=294,7 мг/л;

SO42-=67,8 мг/л;

Cl-=55,7 мг/л;

Ca2+=92,3 мг/л;

Mg2+=15,9 мг/л;

Na++K+=38,5мг/л;

-Жо=5,9 мг-экв/л;

Блоки: 210МВт 6шт.

 

Таблица 1

			Общая концентрация						Электро провод ность, χ=Сλf мкСм/см
Молекуля рная масса "М"	Эквива лентная масса "Э"	Обозначения	Исх. концентрация		Скорректированная концентрация
			[H] мг/кг	[C]мг-экв/кг	[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг	[N] моль/кг	%
40,08	20,04	Ca2+	51,8	2,585	51,8	2,585	0,0013	0,005	110,67
24,03	12,01	Mg2+	10,8	0,899	10,8	0,899	0,0004	0,001	40,8
23	23	Na+	6,4	0,278	11,884	0,517	0,0005	0,001	23,84
1	1	H+
		Сумма Kt		3,762		4,001
17	17	OH-
61	61	HCO3-	199,7	3,274	199,7	3,274	0,0033	0,020	134,18
60	30	CO32-
96	48	SO42-	17,3	0,360	17,3	0,360	0,0002	0,002	20,75
35,46	35,46	Cl-	13,0	0,367	13,0	0,367	0,0004	0,001	25,78
		Сумма An		4,001		4,001
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы							Значения
NH4-,мг/л	0,60	мольл							0,006
NO2-, мг/л	0,02	f’							0,921
NO3-, мг/л	0,11	f“							0,720
Fe, мг/л	0,10	CО2ф,моль/л							0,00002
P, мг/л	0,04	СО2р,моль/л							0,00016
Si, мг/л	0,00	рНф							8,59
БО, мгО2/л	10,7	рНр							7,75
ПО, мгО2/л	4,00	Ис							0,84
Жо, мг-экв/л	3,7	Жо-расчетное значение, мг-экв/л							3,48
СС,мг/л		СС, расчетное значение мг/л							304,48
		Электропроводность,Сf,мкСмсм							356,02

 

Расчёт и корректировка исходного состава воды

 

Для начала найдём эквивалентные массы ионов:

 

Э = М/Z,

 

где М- молярная масса иона;

Z- заряд иона.

Э(Са2+) = 40,08/2 = 20,04 г-экв;

Эквиваленты остальных ионов считаются аналогично.

Расчет начинаем с анионного состава воды:

 

[С] = [Н]/Э,

 

где [Н]- концентрация иона, выраженная в мг/л,

Э- эквивалент иона.

С(HCO3-) =3,274мг-экв/кг;

С(SO42-) = 0,360мг-экв/кг;

C(Cl-) = 0,367 мг-экв/кг.

Σ An = 4,001мг-экв/кг.

Рассчитаем катионный состав воды:

С(Са2+) = 2,585мг-экв/кг;

С(Mg2+) = 0,899мг-экв/кг;

С(Na+) = 0,278мг-экв/кг;

Σ Kt = 3,762мг-экв/кг.

Правильность определения концентраций катионов и анионов, т.е. солей, образованных эквивалентным количеством ионов, проверяют на основании закона электронейтральности по уравнению:

 

Σ Kt=ΣAn.

 

При несоблюдении этого условия, следует скорректировать состав воды. Это достигается путём добавления натрия Na+.

Т.о. закон электронейтральности соблюдается.

Пересчитаем значения концентраций примесей в другие виды концентраций: [N]= [Н]/(М.1000), моль/л;

Пересчёт остальных концентраций осуществляется аналогично.

[С]= [Н]/104,%

Ионная сила раствора равна полусумме произведений молярных концентраций на квадраты их зарядов.

 

μ = 0,5

 

Коэффициент активности – функция ионной силы раствора:

 

lg f' = -0.5Zi2 ,

f = 10 ,

 

Концентрация в природных водах недиссоциированных молекул Н2СО3 составляет обычно лишь доли процента от общего количества свободной углекислоты, под которым понимают сумму Н2СО3+ СО2.

Равновесное значение суммы Н2СО3+ СО2, моль/кг

 

Н2СО3+ СО2 = ,

 

и рН – равновесное

 

 

Таблица 2

Молекуляр-	Эквивалент-	Обозначения	Концентрации после коагуляции				Электропровод-
ная масса "М"	ная масса "Э"		[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг	[N] моль/кг	%	ность, мкСм/см
40.08	20.04	Ca2+	51.800	2.585	0.0013	0.005	109.97
24.03	12.01	Mg2+	10.800	0.899	0.0004	0.001	40.54
23	23	Na+	11.884	0.517	0.0005	0.001	
1	1	H+
		Сумма Kt		4.001
17	17	OH-
61	61	HCO3-	169.200	2.774	0.003	0.017	113.50
60	30	CO32-
96	48	SO42-	41.300	0.860	0.000	0.000	49.23
35.46	35.46	Cl-	13.000	0.367	0.000	0.001	25.74
		Сумма An		4.001
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы					Значения
NH4+, мг/л	0.300	мольл					0.006
NO2-, мг/л	0.011	f'					0.920
NO3-, мг/л	0.055	f''					0.715
Fe, мг/л	0.030	СО2 моль/л					0.0005
P, мг/л	0.022	pH					7.153
Si, мг/л	0.000	Жо - расчетное значение, мг-экв/л					3.484
БО, мгО2/л	5.350	CC, расчетное значение мг/л					297.984
ПО, мгО2/л	2.000	Электропроводность, СfмкСмсм					362.783
Dk,мг-экв/л	0.500

 

Вывод: Величина pH имеет оптимальное значение, т.к. входит в интервал 5,5-7,5. Бикарбонатная щелочность увеличилась на дозу коагулянта, а содержание сульфатов увеличилось.