循环水的冷却与稳定处理.ppt

第十八章 循环水的冷却与稳定处理,第一节 概述,水做为冷却介质的优点：使用方便，价格低，而且热容量大，沸点高，化学稳定性好。 在工业总用水量中冷却水占一半以上，将冷却水循环使用可以提高水资源利用效率。 一个年产30万吨的合成氨厂，每小时冷却水量达23500吨，每天耗水56400吨，如以每人每年用水30吨汁，则可供18800人用一年。,冷却水的循环要解决的问题 水的降温冷却 一般采用空气作介质，大面积的冷却池可考虑辐射散热 水质稳定 水的澄清,第二节 循环冷却水的冷却处理,一、湿空气的性质 1. 湿空气的压强p: 一般为当地的大气压,2. 湿度 (1)绝对湿度：1m3湿空气含水蒸气的质量G气， =水蒸气本身的密度r气 (2)相对湿度：空气的绝对湿度和同温度下饱和空气的绝对湿度之比。,(3)含湿量x:湿空气中每1kg干空气所含有的水蒸气质量,3. 湿空气的密度r: 1m3湿空气所含干空气的质量和水蒸气质量之和。,4. 湿空气的比热容c湿: 总质量为1kg的湿空气，温度升高1 C所需的热量。,c干: 干空气的比热容，1.0 kJ/(kg C) c气: 水蒸气的比热容，1.84kJ/(kg C) C湿 = 1.0 + x1.84 1.05 kJ/(kg C),5.湿空气的焓i湿：1kg干空气连同它所含的x kg水蒸气高出0C的干空气和0C的水所含有的热量。,6. 焓湿图,7. 湿球温度,二、水的冷却机理,接触传热：热废水通过接触面向空气传递热量。,H：接触传热量，kJ/h； ：传热系数 i, : 接触面处的水温和气温，C； F：接触面积；,蒸发散热：水分子蒸发带走汽化潜热，从而使水温降低。,Hb:蒸发散热量，kJ/h； ：面积传质系数，kg/(m2 h kPa) ptn: 空气温度=水温时的饱和蒸气压，kPa p: 空气温度为时的蒸气压，kPa; Q1: 蒸发水量，kg/h; S: 水气接触面积，m2,三、水的冷却构筑物分类,冷却湖：利用天然湖泊或水池中水体表面自然蒸发而降低水温。 喷水冷却池：在人工水池上安装成组的喷头，通过喷水蒸发而降低水温。 冷却塔：塔体内安装淋水装置，热废水在与空气流接触过程中降低水温。,淋水装置：扩大水气接触面积，主要有点滴式、薄膜式、点滴薄膜式 配水系统：将热废水均匀分布在整个淋水装置横断面上，有管式、槽式、池式三种类型。,通风系统：包括风源和配风装置 风源：自然风力、通风机 配风装置：百叶窗板、进风口、风筒、导流伞 集水池：位于塔体正下方，起收集、储存、调节作用 收水器：防止非蒸发的水沫流失或防止大气污染,第三节、循环冷却水出现的问题 与水质稳定性的鉴别,一、循环冷却水出现的问题 出现问题：污垢和腐蚀 产生原因： 水质污染 脱CO2作用： 浓缩作用：循环水冷却过程中因蒸发、分吹、渗漏、排污等造成水量损失，使系统中的溶解盐浓缩： 盐析出、腐蚀,水温变化： 水温升高：Ca/Mg盐类、CO2溶解度降低，使水失去稳定性而结垢。 水温降低：水中CO2量超过平衡需要量，溶解金属表面上的CaCO3层，使金属与溶解氧作用而被腐蚀。 电化学腐蚀：由于溶解氧的存在以及金属表面的不均匀性和冷却水的导电性，在碳钢表面形成微电池，造成腐蚀和结垢。 微生物腐蚀：,二、水质稳定性的鉴别： 饱和指数IL: IL = pH0 pHs pH0: 循环水的实际pH值 pHs: 水中溶解的CaCO3达到饱和值时的pH值,IL = 0: 水质稳定,IL 0: CaCO3过饱和，易析出水垢,IL 0: CaCO3未饱和，CO2过量，易腐蚀,实用上，IL 在0.3范围内可认为是稳定的。如果循环水中加入阻垢剂(e.g. 聚磷酸盐），IL可允许到0.5 2.5 。,稳定指数IR： IR = 2pHs pH IR 7.5 8.0: 出现腐蚀，值越大腐蚀月严重 采用聚磷酸盐处理时： IR 4: 形成水垢 IR = 4.5 5：水质基本稳定,第四节、循环冷却水的稳定处理,一、水垢的控制,控制冷却水结垢的途径： (1)降低水中结垢离子的浓度使其保持在允许的范围内； (2)稳定水中结垢离子的平衡关系； (3)破坏结垢离子的结晶长大。,1从冷却水中除去成垢离子,对含Ca2+、Mg2+离子较多的补充水。可用离子交换法或石灰软化法预处理。投加石灰的软化反应如下：,2加酸或通CO2，降低pH，稳定重碳酸盐,对一些水量较大，而水质要求并不十分严格的循环水系统，一般采用加酸法处理。通常加H2SO4加酸后，pH值降低，反应向左进行。使碳酸盐转化成溶解度较大的硫酸盐： 也可向水中通入CO2或净化后的烟道气，稳定重碳酸盐。该法适用于生产过程中有多余的干净CO2气体或有含CO2的废水可以直接利用的情况。,3投加阻垢剂,结垢是水中微溶盐结晶沉淀的结果。在盐类过饱和溶液中，首先产生晶核，再形成少量微晶粒，然后这些微晶粒相互碰撞，并按一种特有的次序排列起来，使小晶粒不断长大，形成大晶体。 如果投加某些药剂，破坏或控制结晶的某一进程，水垢就难以形成。具有阻垢性能的药剂包括螯合剂、抑制剂和分散剂。螯合剂与阳离子形成螯合物或络合物，将金属离子封闭起来，阻止其与阴离子反应生成水垢。EDTA是性能良好的螯合剂，几乎能与所有的金属离子螯合。抑制剂能扩大物质结晶的介稳定区，在相当大的过饱和程度上将结垢物质稳定在水中不析出。,二、腐蚀的控制,控制腐蚀的基本方法： (1)通过电镀或浸涂的方法在金属表面形成防腐层使金属和循环水隔绝； (2)使用电极电位比铁低的镁、锌等牺牲阳极与需要保护碳钢设备连接，使碳钢设备成为阴极而受到保护。或者将需要保护的碳钢设备接到直流电源的负极上，并在正极上再接一个辅助阳极，设备在外加电流作用下转成阴极而受到保护； (3)向循环水中投加无机或有机缓蚀剂、使金属表面形成一层均匀致密、不易剥落的保护膜，这是目前国内外普遍采用的处理方法。,缓蚀膜类型及特点,1防止冷却水系统渗入营养物和悬浮物 营养物进入系统主要通过补充水、大气和设备泄漏三条 途径。磷系和胺系药剂的分解也提供部分营养物。对原水进行混凝沉淀和过滤预处理可去除大部分悬浮物和微生物。藻类生长需要日光照射进行光合作用，如能遮断阳光，就可防止藻类繁殖。 2投加杀生剂 在循环冷却水系统中投加杀生剂是目前抑制微生物的通行方法。杀生剂以各种方式杀伤微生物、如重金属可穿透细胞壁进入细胞质中，破坏维持生命的蛋白质基团。,三、 防微生物滋生,非氧化性杀生剂,（1)氯代酚类：氯代酚吸附在细胞壁上，并渗透到细胞质 中，与细胞质作用形成胶体溶液，并使蛋白质沉淀，从 而杀死微生物。氯代酚毒性大，对人的眼、鼻等粘膜和 皮肤有刺激，对鱼类和动物也具