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    水处理知识

    兴发娱乐首页-阻垢缓蚀剂作用机理

    [ 时间:2017-09-20 点击: ]
    一、【有机膦酸盐阻垢剂的阻垢机理和特点?】
    有机膦酸盐的阻垢机理:CaCO3晶粒吸附有机膦酸盐的分子后,打乱了晶格的排列次序,不易形成CaCO3的大颗粒结晶。由于表面现象的影响,小晶粒的CaCO3溶解度较大,因而起到了阻垢作用。同时,由于CaCO3吸附有机膦酸盐后,CaCO3晶格内部产生较大的内应力而发生畸变,从而产生一些较大的非结晶颗粒,这些非结晶颗粒不易成垢,容易形成水渣而被水冲散或冲走。
    有机磷酸和聚羧酸羧酸的阻垢和分散机理
    (一)有机磷酸的阻垢机理
    目前有两种说法:
    1、      晶格畸变论
    碳酸钙垢是结晶体,它的成长是按照严格顺序,又带正电荷的Ca2+于带负电荷CO32-相互碰撞才能彼此结合,并按照一定的方向成长。在水中加入有机磷酸时,他们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合,抑制了晶格向一定的方向成长,因此使晶格歪曲,长不大,也就是说晶体被有机磷酸表面去活剂的分子所包围而失去活性。这也是产生前述临界值效应的机理。同样这种效应也可以阻止其他晶体的沉淀。
    2、              增加成垢化合物的溶解度
    (二)聚羧酸的阻垢和分散机理
    1、              增容作用(增大碳酸盐的溶解度)
    聚羧酸溶于水后发生电离,生成带负电荷的分子链如:
                     —COOH﹦—COO--+H
      这些带负电荷的分子链可与Ca2形成能溶于水的络合物,使钙离子得以稳定,从而使成垢化合物的溶解度增加,起到阻垢作用。
    2、              晶格畸变作用
    由于聚羧酸的相对分子量相当大,是线性高分子化合物,他除了一端吸附在CaCO3晶粒上以外,其余部分绕道晶粒周围,使其无法增长而变得圆滑。因此晶粒增长受到干扰而歪曲,晶粒边细小,形成的垢层松软极易被水流冲走。
    3、              静电斥力作用
    因为聚羧酸在水中电离成阴离子后有强烈的吸附性,他会吸附到悬浮在水中的一些泥沙、粉尘等杂质的粒子上,使其表面带有相同的负电荷,因而使粒子间相互排斥,呈分散状态悬浮于水中。
    二、【极限碳酸盐硬度】理论
    由于循环水在运行过程中不断的蒸发和浓缩,促进Ca(HCO3)2分解成碳酸钙析出。所以当循环水浓缩到一定程度时,就会发生析出碳酸钙的反应。为了使冷却水系统不结垢,应使循环水中碳酸盐硬度的浓缩现象有所限制。实践证明,对于每种水质都有维持在运行中不结垢的极限碳酸盐硬度HT,如果运行中维持循环水的实际HT低于此极限值,就不会有水垢生成。
       极限碳酸盐硬度值HT很难有理论推导算得,因为影响析出碳酸钙过程的因素很多,(不单纯有碳酸盐并且还有其它溶解盐以及溶解盐含量的多少)而且有些因素的影响程度时无法估算的,如水中有机物就会阻止碳酸钙的析出,但有机物种类不已,因此不同的水质有不同的影响程度。为此,在运行中HT的值可有运行经验或通过调试求得;在设计工作中,最好用模拟试验求取。
       由上述可知,为了阻止水垢的生成,办法之一是控制好循环水中盐类的浓缩倍率,使其碳酸盐硬度低于极限碳酸盐硬度,这就是说,控制好冷却系统的排污率,可能做到不结垢。
       《工业循环冷却水设计规范要求》:     GB50050—95
    项目 单位 要求和使用条件 允许值
    悬浮物含量 Mg/l 根据生产工艺确定 ≤20
    根据换热器确定 ≤10
    PH   根据配方及工矿条件确定 7.0~9.2
    甲基橙碱度 Mg/l 根据配方及工矿条件确定 ≤500
    Ca2+含量   根据配方及工矿条件确定 30~200
    Fe2+含量 Mg/l   <0.5
    CI-含量 Mg/l 碳钢设备 ≤1000
    不锈钢设备 ≤300
    SO42-含量 Mg/l   ≤1500
    《岩土工程勘探规范GB50021-94》的规定执行  
    硅酸含量 Mg/l   ≤175
    (Mg2+)与(SiO2)的乘积 <15000
    游离氯含量 Mg/l 在回水总管处 0.5~1.0
    石油类含量 Mg/l   <5(此值不应超过)
    炼油企业 <10(此值不应超过)
    注:1、甲基橙碱度以CaCO3计;
    2、硅酸以SiO2计;
    3、Mg2+ 以CaCO3计;
     
    三、【极限碳酸盐硬度法判断水质稳定的原理】
    在循环水浓缩过程中,如果发生难溶盐的沉淀,很多离子的浓度将会降低。但所有的氯化物溶解性都很好,因此CI-浓度不会因沉淀而变化。所以循环水中氯离子浓度和补充水中氯离子浓度的比值,可以代表循环水中盐类的浓缩倍率。
    如果循环水的碳酸盐硬度和补充水的碳酸盐硬度的比值和有氯离子算出的浓缩倍率相等,则表示此循环水系统在最近时期未曾析出CaCO3
    如果循环水的碳酸盐硬度和补充水的碳酸盐硬度的比值比由氯离子算出的浓缩倍率小,则表示近期在循环水系统中发生了因重碳酸盐的分解而析出CaCO3的过程。在这种情况下,由碳酸钙沉淀的可能性,沉淀物有可能成为垢,也有可能成泥渣被水冲走。
    CL-/CL--YD /YD <0.2  不结垢或结垢倾向很小(垢为泥垢)
    CL-/CL--YD /YD >0.2    结垢
    CL-/CL--YD /YD ==0     不结垢
    四、【安定性实验】
    (1)试验的目的。安定性实验的原理是通过强化碳酸钙沉淀反应的条件后,试验水中有无过饱和碳酸钙来判断水质的稳定性。
    (2)安定性实验过程。实验过程是将水样通过装有CaCO3粉末的锥形瓶,停留时间2h,在此于碳酸钙充分接触、反应,然后将水样通过装有大理石碎粒的玻璃管过滤,测定玻璃管出水的碱度和PH。由于水样与CaCO3有足够的接触时间,因此可以认为出水水样中的Ca2+、CO32-已经与碳酸钙达到沉淀平衡,出水已经相当稳定了,此时测得的碱度和PH就认为是该水条件下碳酸钙沉淀反应平衡的值。
    (3)结果分析,将实验装置出水的碱度和PH值与原始水样比较,若出水的碱度降低或PH降低,说明在与碳酸钙接触的过程中,水中游HCO3-转化为CO32-生成了碳酸钙沉淀,表示此水在运行中有结垢的倾向。
    此法可用于开放式和循环冷却系统。试验时应将水温调节至相当于凝汽器出口处的冷却水水温。
     
    五、【如何保证循环水的冷却效率】
    为了提高汽轮机的效率,尽可能提高循环冷却水对凝汽器的冷却效率,通常采用以下方法;
    (1)降低冷却水温。为了保证冷却效果,冷却水进入凝汽器前的温度必须低于某一温度的值。该温度的值与环境等因素有关。水温越低,需要的冷却水量越小,就越经济。
    (2)提高冷却水流速。冷却水流量要能够保证冷却水在铜管内的有一定的流速,提高流速可以改善冷却效果,减少沉积物的附着。
    (3)保证循环水在铜管内不结垢。(通过投加阻垢剂或者适当加酸调节水中的碱度来控制)
    六、【如何判断凝汽器铜管内是否有附着物生成】
    凝汽器在运行中是密闭的,无法直接观察铜管内是否已经有附着物。沉积物在形成之初往往没有任何异常,一旦凝汽器的真空度和汽轮机的出力受到影响,换热面的污染已经非常严重了。换热面发生了污染不仅会会影响凝汽器的正常运行,而且以后的停机清洁也非常困难。因此,在运行中应该以预防污染,保持清洁为重点。为了保持铜管内清洁状态,常常需要在运行中判断其是否已有附着物生成或有生成附着物的的倾向,以便及时处理。
    (1)当凝汽器内有附着物时在运行中可能会发现以下几个方面的的异常;
    ①铜管内水流阻力升高,水流量减小。如:冷却系统内有附着物,它的水流阻力必然增大,所以,当单循环泵的压力不变时,冷却水的流量就减少。
    ②温差增大。由于附着物的热传性差,如在冷却系统中有附着物生成,必然使出口冷却水和其蒸汽侧的温差增大,正常情况下,此温差为3~5 ℃(大机组)。如果同管内有附着物生成,可能使温差增加到十几度以上(指的是大机组,小机组更大)。
    ③真空度降低。
    (2)从水质方面判断。铜管内生物粘泥的沉积,往往伴随着藻类的出现。因此,从循环水中是否出现藻类等现象,就可以大致判断有无生物粘泥生成的可能。至于是否结垢,除了用浓度积判断外,还应结合各种结垢物质的饱和度进行综合判断。
    七、【循环水稳定性判断】是否结垢
    在汽轮机运行中,根据运行化验数据判断、分析循环水是否存在结垢倾向,这是化学专业人员的一项经常性的重要工作,倡议下列方法进行。
    1、 碳酸盐硬度比较法
    测定循环水出、入口硬度,进行比较。若循环水入口硬度计作H1,出口硬度计作H2
    H1≤H2  水质稳定,不结垢
    H1>H2  水质不稳定 ,结垢
    2、△A法判断
       以循环水的浓缩倍率与某离子的浓缩倍率之差来判断重碳酸根得分解度,称△A法。
      (1)以循环水中钙离子判断。
                   CLA÷CLB-CaA÷CaB ==△A
                  △A ≤0.2  循环水系统不结垢
                  △A >0.2  循环水系统结垢
       (2)以碱度比较判断。
                  CLA÷CLB-MA÷MB ==△A
                  △A≤0.2  循环水系统不结垢
              △A>0.2  循环水系统结垢
    (3)以硬度比较判断。
              CLA÷CLB-HA÷HB==△A
    式中:   CLA——循环水氯根浓度,mg/l;
             CLB——补水中氯根浓度,mg/l;
      HA、——循环水中硬度,mmol/l;
      HB、——补水中硬度,mmol/l;
    3 、△Ca法
    利用钙离子在循环水中的沉积来判断重碳酸根的分解度,称△Ca法。
            △Ca== K-Can ÷Cam
    式中  Cam——补水中钙离子的浓度mg/l;
          Can——循环水中钙离子的浓度mg/l;
              K ——循环水的浓缩倍率
              △Ca≤0.2  循环水系统不结垢
              △Ca>0.2  循环水系统结垢
     
    八、【循环冷却水药剂投加方法】
    1、自然加药法
    此法是在循环冷却水泵房内靠近循环泵入口集水井处安装一加药箱,先将每天应加入的药剂量配成稀溶液,用管路引入集水井,将加药阀门开至一定开度,靠药箱液位的自然压力将药剂加入到循环水系统内,阀门开度调至24h内但不小于12h内加完。第二天重新配制。其优点是投资小,操作简单,运行费用低。
    2、压力加药法
    此法是在循环水加药间安装加药装置系统,用加药泵将药品加入到循环水泵出口母管内。其优点是加药均匀。
     
     
    附:武汉水电力大学(李培元2000年)
    敞开式循环冷却水系统的特点
    一、          换热器(凝汽器)
    在火力发电厂的循环冷却水中,换热设备就是凝汽器,它的作用是将汽轮机的排气冷却为凝结水,送回热力系统继续循环使用。按蒸汽凝结的方式分为混合式凝汽器和表面时凝汽器;按冷却介质又分为水冷凝汽器和空冷凝汽器。本章介绍用水做介质的管式表面换热器。它由外壳,管板、和水室组成。
    外壳用钢板焊接成圆形、椭圆形或矩形,外壳两端与水室相连,并设有人孔门(或手孔门),水室与气孔间用管板隔开,两端的管板之间布置冷却铜管,铜管胀接在管板孔内,使两端水室相连通。即冷却水由冷却水管内流过,汽轮机排起在冷却水管外侧间隙内穿过,通过管子外表面进行换热。排气被冷凝成凝结水会如热水井,由凝结水泵送入热力系统。一小部分未凝结的蒸汽和空气混合在一起进入专门隔开的空气冷却区,由抽气器抽出。
    凝汽器的传热性能好坏可由凝汽器内的真空和端差来反应。
    1、      凝汽器的真空度
    在单位时间内当汽轮机的排气量与凝结水量相等以及空气的漏入量与抽气量相等时,凝汽器内处于平衡状态,压力保持不变,即在凝汽器内形成一定的真空度。正常条件下,真空度一般为0.005MPa
    2、      凝汽器的热端差
    汽轮机的排气温度tp 与凝汽器冷却水的出口温度t2之差成为端差,用∮表示。它与汽轮机排气温度和冷却水温度之间有下列关系:
                          tp  ==t1+△t+∮          … ……(1)
    式中t1——冷却水的进口温度,℃;
    △  t——冷却水温升,即冷却水的出口温度t2与进口温度t1之差(△t=t1-t2), ℃
    可见,冷却水的温度升高,冷却水量减少,汽轮机排气量增加,冷却水管内结垢,抽气量减少等,都会使排气温度上升,排气压力升高,真空度下降,端差上升,影响机组的热经济性。
    传热端差∮与冷却面积,传热量和传热系数有关,而且在低温范围内,水的焓值达约为水温的4.187倍。因此,由凝汽器的传热方乘可得热负荷Q为:
               Q==qm,Q(iQ-iS)3.6AzK△tp==4.187qm,x△t  ………(2)
    式中:AZ——冷却水管外表面总面积,m2;
          Qm,Q——进入凝汽器的排气量,kg/h;
         iQ、is——排气和凝结水的焓,kj./㎏;
          K——由蒸汽至冷却水的平均总传热系数,W/(m2.℃);
         3.6——单位换算稀疏,1W/(m2.℃)=3.6KJ/(m2.h.. ℃);
         △tp——凝汽器冷却水与排气之间的平均传热温差,℃;
    如果假定排气温度tp沿冷却表面不便,用冷却水的对数平均温差△tIn代替△tp则有下式:
                             △t
              △tp=△tIn=———————             ………(3)
                            △t+∮t
    In——————
          ∮t
    将式(3)代入(2)的端差∮t表示式:
                                   3.6KAZ
                     ∮t==△t/exp(————)-1       …………(4)
                                   4.187qm,Q
    由(4)可得凝汽器冷却水管传热总面积AZ:
                        4.187 qm,Q△t
    AZ==———————————
              3.6K△t/In{(△t+∮t)/∮t
      3、冷却水的温升
      在凝汽器中,蒸汽和冷凝水温度沿冷却表面的分布:
     
                            IQ-iS      
             △t =t2-t1=———————
                           4.187m
    式中m=qm,x/qm,Q———凝气的浓缩倍率,
    它表示冷凝1㎏蒸汽所需冷却水量。m值不仅与冷却水量有关,还与冷却水温和传热系数等因素有关。在湿冷系统中一般m值取40~70,冷却水温一般为3~5℃。采用循环供水系统时,m可达90,而在单流程凝汽器中m可达100~120。在多流程凝汽器中的冷却水温升,中、小机组可取7.5~11℃,而在大机组可取△t=5~6℃,m值的选取要经过技术经济比较后确定。
    在凝汽器中排气压力PN下的饱和温度(排气温度tb)与冷却水出口温度之差称为传热温度差,即为端差以∮t表示:
    即:∮t=tb-t2  冷却水离开凝汽器的温度为t2
    于是,排气温度可用下式表示:
    Tb==t1+△t+∮t,由此可见,要使凝汽器有较高真空度,需要排气温度tb较低。为此除了应要求冷却水进口温度t1较低外,亦应降低△t极端差∮t
    现代大机组的端差一般选择为∮t==3~10℃。
     
     
     
     
     
    
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