循環冷卻水處理概況

一、冷卻係統的類型

1、直流係統

早期工廠的冷卻水係統采取直流係統。

冷卻水從(cong) 水源流經熱交換器後又回流到水源處。

優(you) 點是

快速有效：水源處的水溫較低；

靈活性：可在小的傳(chuan) 熱麵條件下冷卻。表現為(wei) 腐蝕、汙垢和微生物繁殖，但相對較小；

係統內(nei) 由水引起的問題主要取決(jue) 於(yu) 原水的性質。由於(yu) 水在係統內(nei) 沒有濃縮，一般不會(hui) 發生明顯的物理和化學變化，

冷卻水係統內(nei) 水的流量和溫度的變化、加上水的性質各不相同（河水、湖水常含有大量懸浮物和沉積物，且隨季節變化；水中常含鐵和結垢的鹽類），使得係統的管理工作更加複雜。

圖3-1 直流冷卻水係統          圖3-2 封閉式循環冷卻水係統

2、密閉式循環冷卻水係統

1)     定義(yi)

水密閉循環，並交替冷卻和加熱，而不與(yu) 空氣接觸。

在密閉係統中，冷卻水攜帶的熱量通常通過水-水換熱器傳(chuan) 給敞開式循環水係統中的循環水，熱量再從(cong) 水中散發到大氣中去。

2)     組成

*密閉的循環水係統；用於(yu) 對水冷卻或去除水中的熱量的冷卻器或熱交換器。

3)     密閉係統在工業(ye) 上的應用

（1）冷卻氣體(ti) 管路的氣體(ti) 來冷卻燃汽輪機或變壓器冷卻用的油冷卻器；

（2）柴油發動機和氣體(ti) 發動機；

（3）製冷機；

（4）以控製可靠的工藝過程的溫度為(wei) 目的：

原子反應堆的輔助冷卻器；煉鐵高爐的爐體(ti) 、風口等的冷卻等。

4)     密閉係統的優(you) 點

（1）水溫易控製；

（2）水質問題的控製簡單化：補充水量少；

（3）補充水僅(jin) 用於(yu) 補償(chang) 水泵填料的泄露水量或因檢修而排放的水量；

（4）水的蒸發很少；

（5）結垢程度較輕：一般用軟化水或去離子水。

（6）腐蝕問題不嚴(yan) 重：氧不是處於(yu) 飽和狀態。

3、敞開式循環冷卻水係統

1)     定義(yi)

冷卻水通過熱交換器後，水溫提高成為(wei) 熱水，熱水經冷卻塔曝氣與(yu) 空氣接觸，由於(yu) 水的蒸發散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻後的水再循環利用。又稱為(wei) 冷卻塔係統。

圖3-3敞開式循環冷卻水係統

1-補充水（M）；2-冷卻塔；3-冷水池；4-循環水泵；

5-滲漏水（F）；6-冷卻水；7-冷卻用換熱器；8-熱水（R）；

9-排汙水（B）；10-蒸發損失（E）；11-風吹損失（D）；12-空氣

2)     水冷卻原理

通過水與(yu) 空氣接觸，由以下三個(ge) 過程共同作用的結果。

（1）水的蒸發散熱

a. 水在冷卻設備中形成大小水滴或極薄水膜，擴大其與(yu) 空氣的接觸麵積和延長接觸時間，加強水的蒸發，使水汽從(cong) 水中帶走汽化所需的熱量，從(cong) 而使水冷卻。

b. 為(wei) 了加快蒸發散熱：

一方麵應增加熱水與(yu) 濕空氣之間的接觸麵積，以提供水分字逸出的機會(hui) ；另一方麵提高水氣界麵上的空氣流動速度，以保持蒸發的推動力不變。

（2）水的接觸傳(chuan) 熱

借傳(chuan) 導和對流傳(chuan) 熱，稱為(wei) 接觸傳(chuan) 熱。

水麵與(yu) 較低溫度的空氣接觸，由於(yu) 溫差使熱水中的熱量傳(chuan) 到空氣中去，水溫得到降低。溫差愈大，傳(chuan) 熱效果愈好。

（3）水的輻射傳(chuan) 熱

不需要傳(chuan) 熱介質的作用，而是由一種電磁波的形式來傳(chuan) 播熱能的現象。

輻射傳(chuan) 熱隻是在大麵積的冷卻池內(nei) 才起作用。在其它類型的冷卻設備中，輻射傳(chuan) 熱可以忽略不計。

3)     冷卻設備的種類與(yu) 結構

在循環冷卻水係統中，用來降低水溫的構築物或設備成為(wei) 冷卻構築物或冷卻設備。按其熱水與(yu) 空氣接觸方式的不同，可分為(wei) ：

（1）水麵冷卻構築物

工業(ye) 上*種循環冷卻方法，又稱涼水池。

過程：需要冷卻的水流入池內(nei) ，通過自然蒸發、輻射和對流傳(chuan) 熱逐漸將水冷卻到適當再用的溫度。

靠蒸發散熱約占總散熱量的55%，因而比冷卻塔要小些（蒸發散熱占80%）。

冷卻過程緩慢，效率低，溫差小。且需要很大的貯水池。

（2）噴水池

池內(nei) 裝有水管、噴嘴或電動噴水組件，由噴嘴把水噴到大氣中，從(cong) 而增加了蒸發量，即使在較小的水池也能加速冷卻。

設在建築場地開闊處的水池的冷卻效果要好些。

水的消耗大，約為(wei) 循環水量的1.0-5.0%。

易帶入周圍的雜質。

（3）冷卻塔

是一個(ge) 塔型建築，水氣熱交換在塔內(nei) 進行，可以人工控製空氣流量來加強空氣與(yu) 水的對流作用來提高冷卻效果。

占地麵積小、冷卻效果好。

包括自然通風式和機械通風式。

冷卻塔包括通風筒、配水係統、淋水裝置、通風設備、收水器、集水池等部分。

圖3-4自然通風冷卻塔                                  圖3-5 機械通風冷卻塔

1-配水係統；2-填料；3-百葉窗；                   1-配水係統；2-填料；3-百葉窗；

4-集水池；5-空氣分配區；6-風筒；                 4-集水池；5-空氣分配區；6-風機；

7-熱空氣和水蒸汽；8-冷水                         7-風筒；8-熱空氣和水蒸汽；9-冷水

圖3-6 玻璃鋼冷卻塔

1-玻璃鋼塔體(ti) ；2-淋水裝置；3-填料；

4-空氣；5-接水盤；6-冷卻水；7-熱水；

8-排風扇；9-熱空氣和水蒸汽

4)     冷卻塔效率的衡量指標

（1）冷卻幅高（也稱濕球溫差）

冷卻水溫和空氣濕球溫度的差值 T₂-τ。τ代表該地熱水冷卻所能達到的極限值。

T₂-τ越小，效能越高。

（2）冷卻幅寬

冷卻塔的回水和出水溫度的差值，T₁-T₂。

（3）淋水密度

指冷卻塔單位麵積上的熱水噴灑負荷，m³/(m²h)。淋水密度與(yu) 冷卻幅寬、水的比熱的乘積稱為(wei) 冷卻構築物單位麵積的熱負荷，W/(m²(kcal/(m²h))。

5)     敞開式冷卻水的水工況

冷卻過程中的三種損失:    M = E + D + B

M、E、D、B分別代表補充水量、蒸發損失、風吹損失、排汙量（包括泄漏損失）。

由              Q = R ( t_w2 - t_w1 ) x = E ( I - t_m ) R

式中：X-- 冷卻塔中水溫降低1℃時因蒸發而散失的熱量與(yu) 總散失熱量的比值；

I -- 為(wei) 循環水平均溫度下蒸汽的熱焓值（25℃時飽和蒸汽為(wei) 608 kcal/kg）；

t_m -- 為(wei) 進出口的平均水溫。

則有：E=x△t/(i-t_m)=0.17x△t

式中： X在夏季為(wei) 1.0，冬季0.5，春秋0.75。

（1）蒸發損失E           E = a(R-B), a = e (t₂-t₁)

（2）風吹損失D           D =(0.2%-0.5%) R

（3）排汙損失B          B+W=E/(K-1)

（4）滲漏損失F         不可忽略的因素。

（5）離子濃度的改變

D(Vc)=Mc_Mdt – Bcdt

C =MC_M/B + (c₀ – MC_M/B)EXP[-B(t-t₀)/V]

圖3-7降低濃縮倍數時     圖3-8 提高濃縮倍數時

水中離子濃度變化曲線    水中離子濃度變化曲線

（6）濃縮倍數

指循環水中某物質的濃度和補充水中某物質的濃度之比。一般還可以以某種有代表性的可溶性離子或物質。

K = S_循 / S_補

M = E K / (K-1)

（7）循環水中鹽類的濃縮

補充水在係統中的停留時間為(wei) ：T=V/M

由於(yu) M比V要小得多，足以使補充水中任何量的化學組分顯示潛在的結垢和腐蝕傾(qing) 向。

V容積的水循環一次所需的時間為(wei) ：a=V/R

則補充水在係統中逗留時間內(nei) 循環的次數為(wei) ：N=T/a=(V/M)/(V/R)=R/M