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1、第三章第三章 循环冷却水处理循环冷却水处理1May_2011_JDY重点内容重点内容循环水的冷却循环水的冷却 循环水的冷却系统循环水的冷却系统 系统的运行系统的运行循环水的水质稳定技术循环水的水质稳定技术 问题：水垢、设备腐蚀、微生物滋生问题：水垢、设备腐蚀、微生物滋生 相应的水质稳定技术相应的水质稳定技术2May_2011_JDY3.1 循环水的冷却循环水的冷却工业生产过程中往往会产生大量热量，使生产设工业生产过程中往往会产生大量热量，使生产设备或产品的温度升高，从而影响生产的正常进行备或产品的温度升高，从而影响生产的正常进行和产品质量。水是吸收和传递热量的良好介质，和产品质量。水是吸收和传
2、递热量的良好介质，可以用来冷却生产设备和产品。可以用来冷却生产设备和产品。一般过程：冷水流入冷却器将热量带走，水温升一般过程：冷水流入冷却器将热量带走，水温升高；为了重复利用水资源，将其引入冷却塔进行高；为了重复利用水资源，将其引入冷却塔进行冷却，再用水泵送入冷却器循环使用。冷却，再用水泵送入冷却器循环使用。这种降低水温的设备称为冷却构筑物。这种降低水温的设备称为冷却构筑物。3May_2011_JDY两种冷却水系统两种冷却水系统直流冷却水系统直流冷却水系统 冷却水仅通过一次换热就排放。不冷却水仅通过一次换热就排放。不符合节约用水的要求，待改造。符合节约用水的要求，待改造。循环冷却水系统循环冷却
3、水系统 封闭式系统封闭式系统 敞开式系统敞开式系统4May_2011_JDY敞开式和封闭式系统的应用敞开式和封闭式系统的应用一般一般采用敞开式循环水系统作为全厂采用敞开式循环水系统作为全厂的冷却水系统，采用封闭式循环水系的冷却水系统，采用封闭式循环水系统冷却工艺介质统冷却工艺介质，所以封闭式循环冷，所以封闭式循环冷却水系统根据各套装置工艺的不同，却水系统根据各套装置工艺的不同，又被称为温水系统或热水系统。又被称为温水系统或热水系统。封闭循环水系统和敞开循环水系统均封闭循环水系统和敞开循环水系统均通过换热器进行热交换。通过换热器进行热交换。5May_2011_JDY封闭式循环冷却水系统封闭式循环
4、冷却水系统在循环过程中，冷却水不暴露于在循环过程中，冷却水不暴露于空气，损失少，水质变化慢。空气，损失少，水质变化慢。在循环水的再冷却阶段，热水进在循环水的再冷却阶段，热水进入另一个换热器被其他冷却介质入另一个换热器被其他冷却介质冷却。冷却。封闭式系统应用：发电机、内燃封闭式系统应用：发电机、内燃机、单台换热设备。机、单台换热设备。6May_2011_JDY封闭式系统示意图封闭式系统示意图1-冷却水；冷却水；2-冷却水泵；冷却水泵；3-冷却工艺介质的换热器；冷却工艺介质的换热器；4-热水；热水；5-热水泵；热水泵；6-冷却热水的冷却器；冷却热水的冷却器；7-冷水冷水换热部分换热部分再冷却再冷却
5、7May_2011_JDY水冷式散热器水冷式散热器的散热效率极高，等于空气自然冷却换的散热效率极高，等于空气自然冷却换热系数的热系数的150300倍。代替风冷式散热器，可大大提倍。代替风冷式散热器，可大大提高器件的容量。高器件的容量。在在高电压大功率电子器件高电压大功率电子器件中，所有的发热元件，如半中，所有的发热元件，如半导体元件、大功率电阻、电感线圈等均需进行水冷，导体元件、大功率电阻、电感线圈等均需进行水冷，随之而来的问题就是电子器件和冷却液之间的绝缘问随之而来的问题就是电子器件和冷却液之间的绝缘问题。由于普通水的绝缘性较差，水中存在的杂质离子题。由于普通水的绝缘性较差，水中存在的杂质离
6、子会在高电压下导致电腐蚀和漏电现象。会在高电压下导致电腐蚀和漏电现象。比如大功率器件通常采用双面冷却，此时器件的阳极比如大功率器件通常采用双面冷却，此时器件的阳极和阴极各安装在一块没有绝缘部分的水冷散热器上，和阴极各安装在一块没有绝缘部分的水冷散热器上，为简化结构，二者之间的水路经一根水管相串连。此为简化结构，二者之间的水路经一根水管相串连。此时由于时由于器件两端可能跨越几器件两端可能跨越几kV的高电压的高电压，所以该电压，所以该电压将施加在上述水路之上。如果此时水中含有某些可溶将施加在上述水路之上。如果此时水中含有某些可溶解的杂质，该杂质离子的存在会引起水漏电。解的杂质，该杂质离子的存在会引
7、起水漏电。通常大功率变流器所采用的冷却水的电导率大约为通常大功率变流器所采用的冷却水的电导率大约为0.10.5S/cm（对应的电阻率为（对应的电阻率为210Mcm）。）。电力电子设备的散热电力电子设备的散热-封闭式纯水循环封闭式纯水循环8May_2011_JDY大功率电力电子装置纯水冷却系统大功率电力电子装置纯水冷却系统 9May_2011_JDY大功率电力电子装置纯水冷却系统大功率电力电子装置纯水冷却系统其中主循环泵用于循环水增压，使水沿主回路通过被冷其中主循环泵用于循环水增压，使水沿主回路通过被冷却的电子元件将热量带走，进入风冷装置（风冷换热器）却的电子元件将热量带走，进入风冷装置（风冷换
8、热器），与大气换能，使循环水降温后再回到水泵。，与大气换能，使循环水降温后再回到水泵。主回路中主回路中的电动三通球阀用于在控制单元的作用下，自动调整进的电动三通球阀用于在控制单元的作用下，自动调整进入风冷换热器的水的比例，使水温符合要求。入风冷换热器的水的比例，使水温符合要求。为保持水的高纯度，必须不断清除容器及管壁材料溶入为保持水的高纯度，必须不断清除容器及管壁材料溶入水中的离子及空气通过水泵密闭处渗入的氧气。水中的离子及空气通过水泵密闭处渗入的氧气。为此系为此系统中增加了一个辅助的纯化支路，水经过辅助支路时，统中增加了一个辅助的纯化支路，水经过辅助支路时，其中的阴阳离子及氧气均被吸附脱除。
9、其中的阴阳离子及氧气均被吸附脱除。辅助支路的水流辅助支路的水流量大小可以调节，一般只占主回路的十几分之一就够了。量大小可以调节，一般只占主回路的十几分之一就够了。由于辅助支路的脱盐及脱氧连续不断地进行，循环水的由于辅助支路的脱盐及脱氧连续不断地进行，循环水的水质可以始终保持足够的纯度。水质可以始终保持足够的纯度。10May_2011_JDY敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统水的再冷却是通过冷却塔进行；水的再冷却是通过冷却塔进行；循环水在冷却塔与空气接触，不循环水在冷却塔与空气接触，不断产生蒸发损失，水中各种矿物断产生蒸发损失，水中各种矿物质和离子含量不断浓缩，需要补质和离子含量不断浓缩，
10、需要补充水量（补充水），排出一定浓充水量（补充水），排出一定浓缩水（排污水）。缩水（排污水）。11May_2011_JDY1-补充水补充水(M)；2-冷却塔；冷却塔；3-冷水池；冷水池；4-循环水泵；循环水泵；5-渗渗漏水漏水(F)；6-冷却水；冷却水；7-冷却用换热器；冷却用换热器；8-热水热水(R)；9-排排污水污水(B)；10-蒸发损失蒸发损失(E)；11-风吹损失风吹损失(D)；12-空气空气换热部分换热部分再冷却再冷却敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统-示意图示意图12May_2011_JDY发电机组的循环冷却系统发电机组的循环冷却系统13May_2011_JDY凝汽器凝汽器-
11、换热部分换热部分凝汽器凝结从低压缸排出的蒸汽；凝汽器凝汽器凝结从低压缸排出的蒸汽；凝汽器也用于增加除盐水（正常补水）以及抽空也用于增加除盐水（正常补水）以及抽空气等。气等。循环水流经凝汽器管束使凝汽器壳体内汽循环水流经凝汽器管束使凝汽器壳体内汽机排汽凝结，凝结水聚集在热井内并由凝机排汽凝结，凝结水聚集在热井内并由凝结水泵排走，正常水位时其水容积为不少结水泵排走，正常水位时其水容积为不少于于4分钟凝结水泵运行时流量。分钟凝结水泵运行时流量。凝汽器壳体内布置管束，管子为铜合金管凝汽器壳体内布置管束，管子为铜合金管,用循环水冷却。用循环水冷却。14May_2011_JDY敞开式循环冷却水系统敞开式循
12、环冷却水系统-冷却塔冷却塔冷却塔用来冷却从换热器中排出的热水。冷却塔用来冷却从换热器中排出的热水。冷却塔内热水从上向下喷散成水滴或水膜，冷却塔内热水从上向下喷散成水滴或水膜，空气由下而上或水平方向在塔内流动。水与空气由下而上或水平方向在塔内流动。水与空气进行热交换，水温降低。空气进行热交换，水温降低。冷却塔的种类很多，根据空气进入塔内的情冷却塔的种类很多，根据空气进入塔内的情况分况分自然通风自然通风和和机械通风机械通风两大类。两大类。冷却塔内部装有冷却塔内部装有溅水装置溅水装置(填料填料)，由板条交，由板条交错排列而成，或采用膜式填料。错排列而成，或采用膜式填料。15May_2011_JDY冷
13、却塔中的传热原理冷却塔中的传热原理在冷却塔内，热水与空气之间发生两种传热作用：在冷却塔内，热水与空气之间发生两种传热作用：蒸发传热蒸发传热和和接触传热接触传热。蒸发传热蒸发传热是当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大是当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大于空气中水蒸汽分压时，水滴表面的水分子克服于空气中水蒸汽分压时，水滴表面的水分子克服液态水分子之间的吸引力而汽化逸入空气中，并液态水分子之间的吸引力而汽化逸入空气中，并带走带走汽化潜热汽化潜热，使液态水的温度下降。每蒸发，使液态水的温度下降。每蒸发1kg水，要带走约水，要带走约2.43106J的热量。蒸发传热带走的的热量。蒸发传热带走的热量约占冷却塔中传
14、热量的热量约占冷却塔中传热量的75-80。接触传热接触传热是当空气的湿球温度低于水温时，热量是当空气的湿球温度低于水温时，热量从水传向空气，使空气温度提高而水温降低，带从水传向空气，使空气温度提高而水温降低，带走的热量是走的热量是显热显热，约占冷却塔中传热量的，约占冷却塔中传热量的20-25%。16May_2011_JDY风筒式逆流冷却塔的工艺构造风筒式逆流冷却塔的工艺构造配水系统；配水系统；淋水装置；淋水装置；百叶窗；百叶窗；集水池；集水池；空气分配区；空气分配区；风筒风筒17May_2011_JDY抽风式逆流玻璃钢冷却塔结构抽风式逆流玻璃钢冷却塔结构18May_2011_JDY玻璃钢冷却塔
15、的应用玻璃钢冷却塔的应用优点：优点：生产已系列化、规格齐全；生产已系列化、规格齐全；体积小、重量轻；体积小、重量轻；可以拆迁，运输方便；可以拆迁，运输方便；造价相对较低；造价相对较低；广泛应用于中小型化工厂、制药厂、宾馆等。广泛应用于中小型化工厂、制药厂、宾馆等。缺点：缺点：强度低；强度低；使用寿命相对于钢筋混凝土结构的冷凝塔较使用寿命相对于钢筋混凝土结构的冷凝塔较短。短。19May_2011_JDY喷流式冷却塔喷流式冷却塔 热水通过热水通过压力喷嘴压力喷嘴喷喷向塔内，成为散开的喷向塔内，成为散开的喷流体，流体，同时将大量空气同时将大量空气带入塔内带入塔内，热水通过蒸，热水通过蒸发和接触传热将
16、热量传发和接触传热将热量传给空气，冷却后的水落给空气，冷却后的水落人集水池，空气通过收人集水池，空气通过收水器后排出。水器后排出。这种塔不用填料和风这种塔不用填料和风机，因而没有风机噪声。机，因而没有风机噪声。处理水量可从每小时几处理水量可从每小时几吨到几百吨。吨到几百吨。20May_2011_JDY热交换过程的优化热交换过程的优化通过热力学传导理论，热交换过程并通过热力学传导理论，热交换过程并非温差越大越好，也不是流量越多越非温差越大越好，也不是流量越多越好，而是好，而是将循环冷却水出入水口温度将循环冷却水出入水口温度端差控制在端差控制在4.56.5范围内对于热范围内对于热交换系统才是最经济
17、的交换系统才是最经济的。温度差值大，系统热交换效能下降，温度差值大，系统热交换效能下降，交换介质流量过高，运行成本增加。交换介质流量过高，运行成本增加。21May_2011_JDY循环冷却水运行循环冷却水运行循环水在使用过程中，由于降温的需要，循环水在使用过程中，由于降温的需要，少量水少量水在冷却塔中蒸发，而盐分仍留在系统中，产生盐在冷却塔中蒸发，而盐分仍留在系统中，产生盐类浓缩作用类浓缩作用；同时由于热水与空气充分接触，使循环水中同时由于热水与空气充分接触，使循环水中二氧二氧化碳化碳CO2逐出，破坏水中碳酸平衡，引起水质的逐出，破坏水中碳酸平衡，引起水质的不稳定，在系统中产生结垢或腐蚀现象不
18、稳定，在系统中产生结垢或腐蚀现象。因此，。因此，必须对水质进行稳定性处理。必须对水质进行稳定性处理。此外，此外，外界的污染外界的污染(如有机物、微生物、藻类等如有机物、微生物、藻类等)也会影响水质。有时还要也会影响水质。有时还要投加稳定剂和杀菌灭藻投加稳定剂和杀菌灭藻剂剂以便稳定水质。以便稳定水质。22May_2011_JDY浓缩倍数浓缩倍数在敞开式循环冷却水系统中，由于不断蒸在敞开式循环冷却水系统中，由于不断蒸发，水中离子含量愈来愈高。发，水中离子含量愈来愈高。浓缩倍数：循环水中某物质的浓度与补充浓缩倍数：循环水中某物质的浓度与补充水中该物质的浓度之比。水中该物质的浓度之比。通常选用的物质有
19、通常选用的物质有Cl-、SiO2、K+等物质或等物质或总溶解固体总溶解固体。23May_2011_JDY补充水量和排污水量补充水量和排污水量不论系统中某离子的初始浓度是不论系统中某离子的初始浓度是多少，随着运行时间的推移，其多少，随着运行时间的推移，其最终的浓度总是浓缩倍数和补充最终的浓度总是浓缩倍数和补充水中离子浓度的乘积。水中离子浓度的乘积。控制好补水量和排污水量能使系控制好补水量和排污水量能使系统中某些离子浓度稳定在一个定统中某些离子浓度稳定在一个定值上。值上。24May_2011_JDY案例：案例：TRASAR技术在宝钢技术在宝钢1420冷轧循环水处理冷轧循环水处理的应用的应用-高湘给
20、水工程技术及工程实例高湘给水工程技术及工程实例(P397)主要技术参数：主要技术参数：系统供水量系统供水量12500m3/h;系统保有水量系统保有水量7000m3;补充水量补充水量283m3/h;排污水量排污水量157m3/h;温差温差7;浓缩倍数浓缩倍数1.8。特点：用水点多、供水量大、管线长、特点：用水点多、供水量大、管线长、水质稳定性要求高，系统采用较高的水质稳定性要求高，系统采用较高的控制水平。控制水平。25May_2011_JDY人工投加水处理药剂的缺陷人工投加水处理药剂的缺陷影响因素多，如负荷量、排放量、气影响因素多，如负荷量、排放量、气候变化等，因此，体系中药剂浓度不候变化等，因
21、此，体系中药剂浓度不稳定；稳定；不能随时确知药剂浓度的改变，为保不能随时确知药剂浓度的改变，为保证药剂剂量在底线以上，常过量投加证药剂剂量在底线以上，常过量投加药剂；药剂；分析频率高，投入人力较多。分析频率高，投入人力较多。26May_2011_JDY美国美国Nalco的循环水监测控制系统的循环水监测控制系统系统主要构成：系统主要构成：TRASAR技术技术-荧光示踪剂信号连续监测荧光示踪剂信号连续监测（故只能采用（故只能采用Nalco的水处理药剂）；的水处理药剂）；在线在线pH计和电导仪；计和电导仪；微生物监测；微生物监测；TRENDCHECK数据统计软件；数据统计软件；TOWERSCAN运行
22、效果监测。运行效果监测。27May_2011_JDYTRASAR技术技术Nalco公司公司1990年代开发的专利。年代开发的专利。将少量的荧光示踪剂与水处理药剂按比例将少量的荧光示踪剂与水处理药剂按比例混合加入循环水中，荧光剂被特定波长的混合加入循环水中，荧光剂被特定波长的光激励发出荧光，很低浓度下（光激励发出荧光，很低浓度下（0.01 g/L）即可被光电倍增管检测出来。）即可被光电倍增管检测出来。TRASAR可在线监测水处理药剂的浓度，可在线监测水处理药剂的浓度，对信号进行分析处理，以反馈控制加药泵对信号进行分析处理，以反馈控制加药泵的开闭。（水处理剂的损失和浓缩！）的开闭。（水处理剂的损失
23、和浓缩！）特点：系统运行稳定、节省药剂用量、自特点：系统运行稳定、节省药剂用量、自动记录加药剂量以备数据分析。动记录加药剂量以备数据分析。28May_2011_JDYTRASAR 控制技术控制技术-输入信号输入信号-输出信号输出信号29May_2011_JDY通过滤光片选择激励光波长通过滤光片选择激励光波长30May_2011_JDY荧光的激发与发射荧光的激发与发射Excitation Filter-激发单色器，只允激发单色器，只允许很窄范围的光波透过激发样品，使许很窄范围的光波透过激发样品，使样品被激励而发光。发光的样品又作样品被激励而发光。发光的样品又作为光源，照到发射单色器上。为光源，照到发射单色器上。通常，产生的荧光波长要比激发波长通常，产生的荧光波长要比激发波长长长50-150nm。31May_2011_JDYTRENDCHECK数据统计软件数据统计软件对对TRASAR在线、连续的监测信在线、连续的监测信号进行处理，并绘出反映系统加号进行处理，并绘出反映系统加药的药的统计分布图统计分布图，指导日常的运，指导日常的运行管理。行管理。讨论：讨论：TRENDCHECK还可以实还可以实现哪些功能现哪些功能?32May_2011_JDYNALCO的全球服务的全球服务33May_2011_JDY