循环冷却水处理概况

一、冷却系统的类型

1、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。

优点是

快速有效：水源处的水温较低；

灵活性：可在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。由于水在系统内没有浓缩，一般不会发生明显的物理和化学变化，

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（河水、湖水常含有大量悬浮物和沉积物，且随季节变化；水中常含铁和结垢的盐类），使得系统的管理工作更加复杂。

图3-1 直流冷却水系统          图3-2 封闭式循环冷却水系统

2、密闭式循环冷却水系统

1)     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。

2)     组成

*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。

3)     密闭系统在工业上的应用

（1）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；

（2）柴油发动机和气体发动机；

（3）制冷机；

（4）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。

4)     密闭系统的优点

（1）水温易控制；

（2）水质问题的控制简单化：补充水量少；

（3）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；

（4）水的蒸发很少；

（5）结垢程度较轻：一般用软化水或去离子水。

（6）腐蚀问题不严重：氧不是处于饱和状态。

3、敞开式循环冷却水系统

1)     定义

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。

图3-3敞开式循环冷却水系统

1-补充水（M）；2-冷却塔；3-冷水池；4-循环水泵；

5-渗漏水（F）；6-冷却水；7-冷却用换热器；8-热水（R）；

9-排污水（B）；10-蒸发损失（E）；11-风吹损失（D）；12-空气

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

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

工业上*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，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。

图3-4自然通风冷却塔                                  图3-5 机械通风冷却塔

1-配水系统；2-填料；3-百叶窗；                   1-配水系统；2-填料；3-百叶窗；

4-集水池；5-空气分配区；6-风筒；                 4-集水池；5-空气分配区；6-风机；

7-热空气和水蒸汽；8-冷水                         7-风筒；8-热空气和水蒸汽；9-冷水

图3-6 玻璃钢冷却塔

1-玻璃钢塔体；2-淋水装置；3-填料；

4-空气；5-接水盘；6-冷却水；7-热水；

8-排风扇；9-热空气和水蒸汽

4)     冷却塔效率的衡量指标

（1）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-τ。τ代表该地热水冷却所能达到的极限值。

T₂-τ越小，效能越高。

（2）冷却幅宽

冷却塔的回水和出水温度的差值，T₁-T₂。

（3）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))。

5)     敞开式冷却水的水工况

冷却过程中的三种损失:    M = E + D + B

M、E、D、B分别代表补充水量、蒸发损失、风吹损失、排污量（包括泄漏损失）。

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

式中：X-- 冷却塔中水温降低1℃时因蒸发而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608 kcal/kg）；

t_m -- 为进出口的平均水温。

则有：E=x△t/(i-t_m)=0.17x△t

式中： X在夏季为1.0，冬季0.5，春秋0.75。

（1）蒸发损失E           E = a(R-B), a = e (t₂-t₁)

（2）风吹损失D           D =(0.2%-0.5%) R

（3）排污损失B          B+W=E/(K-1)

（4）渗漏损失F         不可忽略的因素。

（5）离子浓度的改变

D(Vc)=Mc_Mdt – Bcdt

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

图3-7降低浓缩倍数时     图3-8 提高浓缩倍数时

水中离子浓度变化曲线    水中离子浓度变化曲线

（6）浓缩倍数

指循环水中某物质的浓度和补充水中某物质的浓度之比。一般还可以以某种有代表性的可溶性离子或物质。

K = S_循 / S_补

M = E K / (K-1)

（7）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容积的水循环一次所需的时间为：a=V/R

则补充水在系统中逗留时间内循环的次数为：N=T/a=(V/M)/(V/R)=R/M