1、第三章 冷却水处理第一节 冷却水系统概况第二节 腐蚀及其控制第三节 沉积物及其控制第四节 微生物及其控制第五节 预处理第六节 正常运行第七节 现场监测第一节 冷却水系统概况 1. 冷却系统的类型 直流系统、循环系统(密闭式循环系统、敞开式循环系统) 2. 水冷却原理 3. 冷却设备的种类与结构 4. 敞开式冷却水的水工况 5. 空调系统 直 流 系 统早期工厂的冷却水系统采取直流系统。冷却水从水源流经热交换器后又回流到水源处。优点 快速有效：水源处的水温较低； 灵活性：可在最小的传热面条件下冷却。表现为腐蚀、污垢和微生物繁殖-但相对较小；系统内由水引起的问题主要取决于原水的性质。 -由于水在系
2、统内没有浓缩，一般不会发生明显的物理和化学变化， 河水、湖水常含有大量悬浮物和沉积物，且随季节变化； 井水中常含铁和结垢的盐类。冷却水系统内水的流量和温度的变化、加上水的性质各不相同，使得系统的管理工作更加复杂。 直流系统的问题密 闭 系 统定义：水密闭循环，并交替冷却和加热，而不与空气接触。在密闭系统中，冷却水携带的热量通常通过水-水换热器传给敞开式循环水系统中的循环水，热量再从水中散发到大气中去。组成：完全密闭的循环水系统；用于对水冷却或去除水中的热量的冷却器或热交换器。密闭系统在工业上的应用a. 冷却气体管路的气体来冷却燃汽轮机或变压器冷却用的油冷却器；b. 柴油发动机和气体发动机；c.
3、 制冷机；d. 以控制可靠的工艺过程的温度为目的：原子反应堆的辅助冷却器；炼铁高炉的炉体、风口等的冷却等。密闭系统的优点水温易控制；水质问题的控制简单化：补充水量少； 补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排放的水量； 水的蒸发很少；结垢程度较轻：一般用软化水或去离子水。腐蚀问题不严重：氧不是处于饱和状态。敞开式蒸发系统冷却水通过热交换器后，水温提高成为热水，热水经冷却塔曝气与空气接触，由于水的蒸发散热和接触散热使水温降低，冷却后的水再循环利用。又称为冷却塔系统。敞开式循环冷却水系统示意图2. 水冷却原理 通过水与空气接触，由以下三个过程共同作用的结果。（1）水的蒸发散热传质过程（2）水
4、的接触传热- 传热过程（3）水的辐射传热很少（1）水的蒸发散热a. 水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜，扩大其与空气的接触面积和延长接触时间，加强水的蒸发，使水汽从水中带走汽化所需的热量，从而使水冷却。b. 为了加快蒸发散热：一方面应增加热水与湿空气之间的接触面积，以提供水分字逸出的机会；另一方面提高水气界面上的空气流动速度，以保持蒸发的推动力不变。（2）水的接触传热借传导和对流传热，称为接触传热。水面与较低温度的空气接触，由于温差使热水中的热量传到空气中去，水温得到降低。温差愈大，传热效果愈好。（3）水的辐射传热不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。辐射传热只是在大
5、面积的冷却池内才起作用。在其它类型的冷却设备中，辐射传热可以忽略不计。3. 冷却设备的种类与结构在循环冷却水系统中，用来降低水温的构筑物或设备成为冷却构筑物或冷却设备。按其热水与空气接触方式的不同，可分为：（1）水面冷却构筑物（2）喷水池（3）冷却塔（1）水面冷却构筑物工业上第一种循环冷却方法，又称凉水池。过程：需要冷却的水流入池内，通过自然蒸发、辐射和对流传热逐渐将水冷却到适当再用的温度。靠蒸发散热约占总散热量的55%，因而比冷却塔要小些（蒸发散热占80%）。冷却过程缓慢，效率低，温差小。且需要很大的贮水池。（2）喷水池池内装有水管、喷嘴或电动喷水组件，由喷嘴把水喷到大气中，从而增加了蒸发量
6、，即使在较小的水池也能加速冷却。设在建筑场地开阔处的水池的冷却效果要好些。水的消耗大，约为循环水量的1.0-5.0%。易带入周围的杂质。（3）冷却塔是一个塔型建筑，水气热交换在塔内进行，可以人工控制空气流量来加强空气与水的对流作用来提高冷却效果。占地面积小、冷却效果好。包括自然通风式和机械通风式。冷却塔包括通风筒、配水系统、淋水装置、通风设备、收水器、集水池等部分。冷却塔效率的衡量指标a. 冷却幅高（也称湿球温差）冷却幅高（也称湿球温差）冷却水温和空气湿球温度的差值T2-。代表该地热水冷却所能达到的极限值。T2-越小，效能越高。b. 冷却幅宽冷却幅宽冷却塔的回水和出水温度的差值，t1-t2。c
7、. 淋水密度淋水密度指冷却塔单位面积上的热水喷洒负荷，m3/(m2h)淋水密度与冷却幅宽、水的比热的乘积称为冷却构筑物单位面积的热负荷，W/(m2(kcal/(m2h)。自然通风冷却塔 4. 敞开式冷却水的水工况敞开式冷却水系统的水量平衡图水量损失1.蒸发损失E E = a ( R B ), a = e (t2 - t1) a 为蒸发损失率，%； e 为损失系数，与季节有关， 夏季为(25-30)0.15-0.16； 冬季(-15-10) 0.06-0.08； 春秋(0-10) 0.10-0.12。2. 风吹损失D： D = ( 0.2% - 0.5%) R3. 排污损失B： B + D =
8、E / ( K 1 )4. 渗漏损失F： 一般忽略,但实际工程中应注意其变化。蒸发损失EQ = R (t1-t2) 4.184x = E R( i tm4.184 ) 式中X：冷却塔水温降低1时因蒸发散失的热量与总散失热量的比值；i 为循环水平均温度下蒸汽的热焓值（ 25时饱和蒸汽为6084.184kJ/kg)；tm 为进出口的平均水温, 即(t1+t2)/2, 通常以25计算。4.184为水的比热容，J/(g） 则有: E = x t / ( i tm ) = 0.17 x t X在夏季为1.0，冬季0.5，春秋0.75。水量平衡冷却过程中的三种损失: M = E + D + B + FM:
9、补充水量E: 蒸发损失D: 风吹损失B : 排污量F: 泄漏损失浓缩倍数浓缩倍数是指循环水中某种物质的浓度与补充水中该物质浓度的比值。K=S循/S补选取的原则：该物质不受加热、沉淀等干扰，即在循环浓缩过程中无沉积、无挥发、无外加。选取的顺序：钾离子、氯离子、SiO2、TDS、电导率、钙离子。排污水量的理论计算系统最大浓缩倍数的计算离子浓度的改变D(Vc)=McMdt BcdtC=McM/B + (c0 McM/B) EXP-B(t-t0)/V循环水中盐类的浓缩补充水在系统中的停留时间为：t = V / M由于M比V要小得多，足以使补充水中任何量的化学组分显示潜在的结垢和腐蚀倾向。V容积的水循环
10、一次所需的时间为：T = V / R系统容积V和循环水量R的关系：V 1/3 R则补充水在系统中逗留时间内循环的次数为： n = t / T = (V/M) / (V/R) = R / M药剂的停留时间5. 空调系统空气调节是对空气进行处理以调节空气的温度、湿度、洁净度，并根据空调部位的需要，将调节后的空气分配到这些地方。温度和湿度是相关联的。将空气通过加热或冷冻盘管，或是用一定温度的水喷淋（可除尘埃及嗅味）空气来调节。其它的空气净化系统还有：机械分离、黏附粗滤、过滤或静电吸附等。采用哪一种将取决于空气污染的类型。空调系统的组成有冷冻机、热消耗系统及配冷系统。通常采用吸收循环制冷或压缩循环制冷
11、。吸收制冷是以低压蒸汽或是高温热水作为能源，水为冷冻剂，溴化锂为吸收剂。压缩制冷则利用氟里昂冷冻剂及机械动力，以电动机或透平驱动压缩机作为推动力。当冷冻剂由于蒸发（低温、低压下）吸收热量时就产生冷冻或冷却作用；冷冻剂冷凝时，可将热量传给任何可利用的介质，一般是传给水或空气。冷冻能力及水消耗空调系统的冷冻能力是以冷冻量的吨数来衡量。每小时能带走12000英热单位的制冷能力称为1吨冷冻量。对氟里昂系统的热消耗，每小时每吨冷冻量大约需要蒸发1.5加仑水，每吨冷冻量约需要循环水量为3加仑/分钟；对于吸收制冷系统，由于加入了额外蒸汽的热量，每小时每吨冷冻量大约需要蒸发3加仑水。每吨冷冻量大约需要循环水量4-4.5加仑/分钟。空气的分配有许多方法可将冷空气分配到整个建筑物内。空气可以穿过由于冷冻剂的直接膨胀而被冷却的盘管，然后通过管道系统循环。也可由集中的冷冻设备将冷冻水通过一个密闭系统送到遥控的带有风扇装置的盘管内，用风扇将空气吹过盘管，而使空气冷却。在冬季密闭水系统还可用于采暖。净气器起控制温度、湿度及净化空气的作用，净气器主要是由淋水器及加热或冷却用盘管所组成。在冬季空气需要增湿，所以水分蒸发使其浓缩倍数增加。在夏季去湿操作净气器能除去空气中的灰尘、烟雾、嗅味及微生物、可作为细菌食物的物质由于单位循环水量所通过的空气量远大于冷却塔中单位循环水量所通过的空气量，因此聚积粘泥的可能性增大。
