第三讲循环冷却水系统及其水处理概况 3

1、1 1课程教学内容课程教学内容（1）循环冷却水系统的种类、组成、操作（2）常见的冷却塔2 2课程重点、难点课程重点、难点重点内容：循环冷却水系统的组成和操作难点内容：冷却塔的冷却机理3 3课程教学要求课程教学要求（1）掌握直流式、敞开式、密闭式冷却水系统的特点（2）了解常见的冷却塔 用水溶液来移走热量的系统。用水溶液来移走热量的系统。水溶液是很理想的热载体；水溶液是很理想的热载体； 水是普遍存在水是普遍存在的，江、河、湖、海等地表水或是地下水，甚至的，江、河、湖、海等地表水或是地下水，甚至是废水处理后的回用水，都可以用作冷却水。是废水处理后的回用水，都可以用作冷却水。 水有比较大的热容量水有比

2、较大的热容量；在室温时，；在室温时，lm3的水，温度升高的水，温度升高1，可，可以吸收纳以吸收纳2.42109J的热量。的热量。 水有很大相变热水有很大相变热；当水溶液作冷却介质使用时，部分能量较大；当水溶液作冷却介质使用时，部分能量较大的表层水分子有可能克服分子间的引力和氢键，从而气化到空气的表层水分子有可能克服分子间的引力和氢键，从而气化到空气中，完成相变过程。每蒸发中，完成相变过程。每蒸发lkg水、带走约水、带走约2.43106J的热量。的热量。3.13.1冷却水系统冷却水系统冷却水系统通常有两种：冷却水系统通常有两种：(一一)直流冷却水系统直流冷却水系统 冷却水仅仅通过换热设备冷却水仅

3、仅通过换热设备次，用过后水就被排放掉，如图次，用过后水就被排放掉，如图3-1所示。因此，所示。因此，它的用水量很大，而排出水的温升却很小，水中它的用水量很大，而排出水的温升却很小，水中各种矿物质和离子含量基本上保持不变各种矿物质和离子含量基本上保持不变。这种冷却水系统。这种冷却水系统不需要不需要其他冷却水构筑物，因此投资少、操作简便其他冷却水构筑物，因此投资少、操作简便，但是冷却水的操作但是冷却水的操作费用大费用大，而且，而且不符合当前节约使用水资源的要求不符合当前节约使用水资源的要求。这种系统。这种系统(除除了用海水的直流冷却水系统外了用海水的直流冷却水系统外)在国外已被淘汰，在国内一些中、

4、在国外已被淘汰，在国内一些中、小型老厂仍在采用。随着国小型老厂仍在采用。随着国内各项节水政策的制定，这些工内各项节水政策的制定，这些工厂也都在采取措施，将其列入技厂也都在采取措施，将其列入技术改造的范围。术改造的范围。3.2 冷却塔冷却塔 用于水冷却的塔式构筑物用于水冷却的塔式构筑物简称冷却塔。简称冷却塔。 冷却塔内部装冷却塔内部装有溅水装置或填料有溅水装置或填料，由一排排，由一排排板条交错排列板条交错排列而成。而成。水顺着板条逐排淋降，溅成水滴。也可采用水顺着板条逐排淋降，溅成水滴。也可采用膜式填料膜式填料，使水在填料，使水在填料表面上以薄膜形式与空气接触。表面上以薄膜形式与空气接触。填料必

5、须受湿良好填料必须受湿良好，否则形成水流否则形成水流而不是而不是水滴或水膜水滴或水膜。 在冷却塔中，在冷却塔中，热水热水由塔由塔顶向下顶向下喷淋成水滴或水膜状，喷淋成水滴或水膜状，空气由下空气由下而上或水平而上或水平方向与水滴或水膜进行热交换，使水温降低。方向与水滴或水膜进行热交换，使水温降低。冷却塔的分类冷却塔的分类: 按照塔的构造，有按照塔的构造，有框架式和玻璃钢整体成型式框架式和玻璃钢整体成型式； 按照塔内空气流动的动力，有按照塔内空气流动的动力，有自然通风和机械通风自然通风和机械通风之分；之分； 机械通风又分机械通风又分抽风和鼓风式抽风和鼓风式两种；两种； 按照空气与水在塔内相对流动状

6、态，有按照空气与水在塔内相对流动状态，有逆流式和横流式逆流式和横流式；（二（二)循环冷却水系统循环冷却水系统循环冷却水系统又分循环冷却水系统又分封闭式和敞开式封闭式和敞开式两种：两种：1封闭式循环冷却水系统封闭式循环冷却水系统 又称为又称为密闭式密闭式循环冷却水系统。在这个过程中，冷却水温度循环冷却水系统。在这个过程中，冷却水温度升高而成为热水，在另一台升高而成为热水，在另一台换热设备换热设备中用其他中用其他冷却冷却介质来进行介质来进行冷却冷却热水热水，经冷却后循环使用。如图，经冷却后循环使用。如图3-2所示。所示。特点特点: 冷却水不暴露于空气中，冷却水不暴露于空气中，水的损耗很少水的损耗很

7、少，如果选用密封，如果选用密封性能很好的水泵，可以做到基本上不消耗水，性能很好的水泵，可以做到基本上不消耗水，水中各种杂水中各种杂质的浓度变化很少质的浓度变化很少。 由于密闭冷却水系统一般用量比较少，由于密闭冷却水系统一般用量比较少，可以使用纯水可以使用纯水，但不要使用软化水但不要使用软化水因为软化水对金属的腐蚀性很强。因为软化水对金属的腐蚀性很强。 一个密闭循环冷却水系统由一个密闭循环冷却水系统由两部分组成两部分组成：一个是冷却水一个是冷却水的循环部分，另一个是对冷却水进行冷却的装置部分的循环部分，另一个是对冷却水进行冷却的装置部分。 一般用于发电机、内燃机、或有特殊要求的单台换热设一般用于

8、发电机、内燃机、或有特殊要求的单台换热设备。备。 2敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统 在敞开式循环冷却水系统中，在敞开式循环冷却水系统中，冷却水用过后也不是立即冷却水用过后也不是立即排放掉，而是收回循环再用排放掉，而是收回循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来水的再冷却是通过冷却塔来进行的进行的，因此，因此冷却水冷却水在循环过程中在循环过程中要与空气接触要与空气接触，部分部分水水在通过冷却塔时在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉还会不断被蒸发损失掉，因而，因而水中各种矿水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维持各种矿物质。为了维持各种矿物质和离子含量稳定

9、在某一个定值上，必须对系统补充一定量和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称作的冷却水，通常称作补充水补充水；并排出一定量的浓缩水，通；并排出一定量的浓缩水，通称称排污水排污水。如图。如图3-3所示所示： 图图3-3 敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统1-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-渗漏水渗漏水(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-排污水排污水(B)；10-蒸发损失蒸发损失(E)； 11-风吹损失风吹损失(D)； 12-空气空气系统的基本组成系统的基本组成:

10、包括补充水的预处理、循环水的输送包括补充水的预处理、循环水的输送泵、与工艺介质的热交换、循环水的冷却、药剂的投加、泵、与工艺介质的热交换、循环水的冷却、药剂的投加、冷却水的旁滤、排污水的处理、控制检测网络和管道等冷却水的旁滤、排污水的处理、控制检测网络和管道等设备，构筑物，装置及仪表等组成。设备，构筑物，装置及仪表等组成。 与直流冷却水系统相比，与直流冷却水系统相比，可节约大量冷却水可节约大量冷却水，允许，允许的浓缩程度越高，节约的水量越大，且的浓缩程度越高，节约的水量越大，且排污水也相应减排污水也相应减少少。所以这是目前。所以这是目前应用最广应用最广、类型最多的一种冷却系统。、类型最多的一种

11、冷却系统。下面主要介绍这种系统的操作、存在的问题、及解决办下面主要介绍这种系统的操作、存在的问题、及解决办法。法。1、开放式自然通风冷却塔、开放式自然通风冷却塔 在在较高较高的塔型构筑物的顶部，水经过淋水装置喷淋而下，的塔型构筑物的顶部，水经过淋水装置喷淋而下，与从百叶窗中进来的空气与从百叶窗中进来的空气垂直交叉垂直交叉相遇，完成热交换过程。冷相遇，完成热交换过程。冷却效果取决于环境风力和气温。却效果取决于环境风力和气温。只能适用于冷却水量不大，传只能适用于冷却水量不大，传热要求很低，水温变化不高的系统热要求很低，水温变化不高的系统。(见教材见教材P7图图1-4 a，b)2、风筒式冷却塔、风筒

12、式冷却塔 有很大很高的风筒，因而对空气有很强的抽吸能力。低温有很大很高的风筒，因而对空气有很强的抽吸能力。低温状态的空气在风筒的下部进人冷却塔，在填料内与热水进行有状态的空气在风筒的下部进人冷却塔，在填料内与热水进行有效的热交换。这种构造常效的热交换。这种构造常常用于冷却水流量很大的系统常用于冷却水流量很大的系统，虽然，虽然工程基建投资大，但日常维护简易，能耗较小工程基建投资大，但日常维护简易，能耗较小，像发电厂的冷，像发电厂的冷却水一般使用风筒式冷却塔。却水一般使用风筒式冷却塔。(图图1-4 c，d)3、鼓风式冷却塔、鼓风式冷却塔 是由安装在冷却塔是由安装在冷却塔底部底部的的鼓风机鼓风机将低

13、温状态的空气压入塔中，将低温状态的空气压入塔中，与热水逆流通过填料层进行传热和传质。与热水逆流通过填料层进行传热和传质。优点优点是是风机的位置较低，风机的位置较低，维护方便维护方便；风机的工作不受湿热空气的影响，温度低，；风机的工作不受湿热空气的影响，温度低，使用寿命使用寿命长长，尤其当水质较差或有腐蚀时，可避免风机的腐蚀。，尤其当水质较差或有腐蚀时，可避免风机的腐蚀。缺点缺点是是在在相同冷却效果时，要有更高的塔身高度相同冷却效果时，要有更高的塔身高度；塔内空气处于；塔内空气处于正压正压状态，状态，不利于蒸发不利于蒸发，当风机的吸入口受湿热空气回流影响时，冷却效果，当风机的吸入口受湿热空气回流

14、影响时，冷却效果明显降低。明显降低。(图图1-4 e)4、抽风式冷却塔、抽风式冷却塔 是机械通风冷却塔中是机械通风冷却塔中应用最普遍的应用最普遍的。风机安装在塔顶，根据水。风机安装在塔顶，根据水与空气流动方向，可分为逆流式、横流式和并流式与空气流动方向，可分为逆流式、横流式和并流式3种。从热交换种。从热交换效率来看，逆流式最优越。根据冷幅在效率来看，逆流式最优越。根据冷幅在425范围内变化，可以范围内变化，可以制造成低温、中温、高温不同型号的冷却塔。制造成低温、中温、高温不同型号的冷却塔。 单台冷却塔处理冷却水的能力小至单台冷却塔处理冷却水的能力小至35m3h. (图图1-4 f，g)优点优点

15、: 1）抽风时，塔内空气成）抽风时，塔内空气成负压负压，十分有利于水的蒸发散热；，十分有利于水的蒸发散热； 2）塔内装填着一定高度的、亲水性能很好的波纹或网格形状的）塔内装填着一定高度的、亲水性能很好的波纹或网格形状的淋水装置填料，使从上而下的热水以细小水珠或极薄的水膜与空气淋水装置填料，使从上而下的热水以细小水珠或极薄的水膜与空气有最大的接触面积和最理想的接触时间，以达到好的传热效果；有最大的接触面积和最理想的接触时间，以达到好的传热效果； 3）允许有较大水温差，淋水密度远大于自然通风的冷却塔，因）允许有较大水温差，淋水密度远大于自然通风的冷却塔，因此占地面积小，工程造价低，可用于对冷却后的

16、水温有确定要求的此占地面积小，工程造价低，可用于对冷却后的水温有确定要求的生产工艺，甚至在气温较高、湿度较大的地区也能很好地使用。生产工艺，甚至在气温较高、湿度较大的地区也能很好地使用。缺点缺点: 1 ）风机消耗较大的电能；塑料制品有一定的老化期需要定期进）风机消耗较大的电能；塑料制品有一定的老化期需要定期进行维护检修行维护检修 2 ）塔身较低时，由于风机进口的风速较大，排出塔顶的湿热空）塔身较低时，由于风机进口的风速较大，排出塔顶的湿热空气容易造成部分回流，影响冷却的效果，如果能形成理想的塔群分气容易造成部分回流，影响冷却的效果，如果能形成理想的塔群分布，可克服这一缺点。布，可克服这一缺点。

17、5、框架式冷却塔、框架式冷却塔 是机械通风冷却塔的一种使用形式。冷却塔呈矩形结构，是机械通风冷却塔的一种使用形式。冷却塔呈矩形结构，框架由钢筋混凝土浇注，设计和施工时往往与水池连接成框架由钢筋混凝土浇注，设计和施工时往往与水池连接成一体，设计的冷却水温差可达一体，设计的冷却水温差可达10以上，单框冷却水的处以上，单框冷却水的处理量为理量为 5002000m3/h，多柜组合施工可节省投资。框架式，多柜组合施工可节省投资。框架式冷却塔冷却塔适宜于冷却水量较大的使用场合适宜于冷却水量较大的使用场合，对北方寒冷地区，对北方寒冷地区有较长的使用寿命；可逐个检修和更换填料而不影响生产有较长的使用寿命；可逐

18、个检修和更换填料而不影响生产的正常运行，但造价高，遇到有腐蚀性的气体或介质进入的正常运行，但造价高，遇到有腐蚀性的气体或介质进入水体时，要在混凝土表面进行涂层防护处理。水体时，要在混凝土表面进行涂层防护处理。6、玻璃钢冷却塔、玻璃钢冷却塔 壳体由玻璃钢制作的机械通风冷却塔壳体由玻璃钢制作的机械通风冷却塔称玻璃钢冷却塔。称玻璃钢冷却塔。目前已经有系列化产品，由于这类产品规格齐全，场地安目前已经有系列化产品，由于这类产品规格齐全，场地安置适应性强，排列灵活，既可以整体运输安装，又可以在置适应性强，排列灵活，既可以整体运输安装，又可以在现场拼装，价格相对比较便宜，很适合化工、制冷、轻工、现场拼装，价

19、格相对比较便宜，很适合化工、制冷、轻工、制药等行业选用。玻璃钢冷却塔适宜组合使用，单框的处制药等行业选用。玻璃钢冷却塔适宜组合使用，单框的处理水量约理水量约150600m3/h，可以组合，可以组合212台，组合后因通风条台，组合后因通风条件改变，处理水量应重新计算。件改变，处理水量应重新计算。广州菱科冷却塔广州菱科冷却塔结构河北枣强钢筋混凝土框架逆流式河北枣强方形横流河北枣强方形横流结构枣强圆形逆流枣强圆形逆流结构3.3冷却机理冷却机理1、湿空气的性质、湿空气的性质 湿空气中水蒸汽的分压一般小于该温度下的饱和蒸汽压，相湿空气中水蒸汽的分压一般小于该温度下的饱和蒸汽压，相对湿度小于对湿度小于10

20、0%。2、干球温度、干球温度 普通温度计测得，真实温度。普通温度计测得，真实温度。3、湿球温度、湿球温度 普通温度计水银球上包一层湿纱布，叫湿球温度计。普通温度计水银球上包一层湿纱布，叫湿球温度计。当湿空气传递到纱布表面的热量等于纱布中水分蒸发所需的热量，当湿空气传递到纱布表面的热量等于纱布中水分蒸发所需的热量，此温度为湿球温度。此温度为湿球温度。4、冷却机理、冷却机理 在冷却塔内，热水下淋过程与周围空气存在温度差和湿度差，在冷却塔内，热水下淋过程与周围空气存在温度差和湿度差，发生发生两种传热作用两种传热作用，一是蒸发传热，二是接触传热一是蒸发传热，二是接触传热，使水温降低。，使水温降低。蒸发

21、传热蒸发传热 是冷却水在冷却塔中由于气化而从液相带到空气是冷却水在冷却塔中由于气化而从液相带到空气中的中的量。进人冷却塔的空气相对湿度一般总小于量。进人冷却塔的空气相对湿度一般总小于l00，而在填料处水膜表面的空气、水蒸气已达饱和状态，水蒸气而在填料处水膜表面的空气、水蒸气已达饱和状态，水蒸气就不断扩散到空气中去。就不断扩散到空气中去。只要水表面的饱和蒸汽压比空气中只要水表面的饱和蒸汽压比空气中的水蒸气分压大，水表面的蒸发就必然会存在。的水蒸气分压大，水表面的蒸发就必然会存在。 蒸发传热的过程使一部分冷却水从液相转移到空气中，蒸发传热的过程使一部分冷却水从液相转移到空气中，所以是水的所以是水的

22、传质过程传质过程。由于水有很高的汽化潜热，每蒸发。由于水有很高的汽化潜热，每蒸发lkg水、要带走约水、要带走约2.43106J的热量，占冷却塔中传热量的的热量，占冷却塔中传热量的7580。蒸发传热传递的热量。蒸发传热传递的热量q q汽汽= E 为该温度下的汽化热为该温度下的汽化热 E(kg)蒸发水量蒸发水量接触传热接触传热 是当空气的湿球温度低于水温时，热量从水传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，这部分热量的传递向空气，使空气温度提高而水温降低，这部分热量的传递通过温度显示出来，称为通过温度显示出来，称为，约占冷却塔中传热量的，约占冷却塔中传热量的202

23、5%。 在热量传递的过程中，传导和对流都在起作用，以在热量传递的过程中，传导和对流都在起作用，以传导传导为主为主，冷却水与空气之间直接接触传递的热量，冷却水与空气之间直接接触传递的热量q q传传 = k传传At k传传 由流体的流动状态和物料特性所决定，由流体的流动状态和物料特性所决定， A 为气液两相真实的传热面积（为气液两相真实的传热面积（m2），）， t 为两相的温度差（为两相的温度差（）实际计算时实际计算时k和和A都很难确定，都很难确定，只能相对说，在冬季气温低，只能相对说，在冬季气温低，接触传热的作用占的比例增大；在夏季气温高，接触传热接触传热的作用占的比例增大；在夏季气温高，接触传

24、热作用占的比例减小。作用占的比例减小。3.4敞开式循环冷却水系统操作敞开式循环冷却水系统操作 冷却水在完成换热任务后变成热水，此冷却水在完成换热任务后变成热水，此循环水量为循环水量为R的热水被的热水被送往冷却塔顶部，由布水管道喷淋到塔内填料上。空气则由塔底送往冷却塔顶部，由布水管道喷淋到塔内填料上。空气则由塔底百页窗空隙中进入塔内，并被塔顶风扇抽吸上升，与落下的水滴百页窗空隙中进入塔内，并被塔顶风扇抽吸上升，与落下的水滴和填料上的水膜相遇进行热交换，水滴和水膜则在下降过程中逐和填料上的水膜相遇进行热交换，水滴和水膜则在下降过程中逐渐变冷，当到达冷却水池时，水温正好下降到符合冷却水的要求。渐变冷

25、，当到达冷却水池时，水温正好下降到符合冷却水的要求。空气在塔内上升过程中则逐渐变热，最后由塔顶逸出，同时带走空气在塔内上升过程中则逐渐变热，最后由塔顶逸出，同时带走水蒸气。这部分水的损失称水蒸气。这部分水的损失称蒸发损失蒸发损失E。热水由塔顶向下喷溅时，。热水由塔顶向下喷溅时，由于外界风吹和风扇抽吸的影响，循环水会有一定的飞溅损失和由于外界风吹和风扇抽吸的影响，循环水会有一定的飞溅损失和随空气带出的雾沫夹带损失。这些损失掉的水，统称为随空气带出的雾沫夹带损失。这些损失掉的水，统称为风吹损失风吹损失D。为了维持循环水中一定的离子浓度，必须不断向系统中加入。为了维持循环水中一定的离子浓度，必须不断

26、向系统中加入补充水量补充水量M和向系统外面排出一定的污水。这部分水量称为和向系统外面排出一定的污水。这部分水量称为排污排污损失损失B。操作图见。操作图见3-3所示。所示。 图图3-3 敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统1-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-渗漏水渗漏水(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-排污水排污水(B)；10-蒸发损失蒸发损失(E)； 11-风吹损失风吹损失(D)； 12-空气空气实际操作中，这些参数都需讨论确定。实际操作中，这些参数都需讨论确定。(一一)浓缩倍数浓缩倍

27、数 在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发系统中的水会愈来愈在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发系统中的水会愈来愈少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓，为使水中含盐少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓，为使水中含盐量维持在一定的浓度，必须补入新鲜水，排出浓缩水。通常在操量维持在一定的浓度，必须补入新鲜水，排出浓缩水。通常在操作时，作时，用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度。设以。设以K表示浓缩倍数，表示浓缩倍数，则则K的含义就是的含义就是指循环水中某物质的浓度与补充水中某物质的浓指循环水中某物质的浓度与补充水中某物质的浓度之比度之比。即。即 K=CR/CM式中式中

28、 CR循环水中某物质的浓度；循环水中某物质的浓度；CM补充水中某物质的浓度。补充水中某物质的浓度。 用来计算浓缩倍数的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而用来计算浓缩倍数的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而增加外，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰。增加外，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰。通常选用的物质有通常选用的物质有Cl-、SiO2、K+等物质或总溶解固体。等物质或总溶解固体。 (如一个地方地表水的含盐量很低，运行浓缩五倍以后还比另一个如一个地方地表水的含盐量很低，运行浓缩五倍以后还比另一个地方的补充水的含盐量低。地方的补充水的含盐量低。) (二二)补充水

29、量补充水量M(m3/h) 水在循环过程中，除因蒸发损失和维持一定的浓缩倍数而排掉水在循环过程中，除因蒸发损失和维持一定的浓缩倍数而排掉一定的污水外，还由于空气流由塔顶溢出时，带走部分水滴，以一定的污水外，还由于空气流由塔顶溢出时，带走部分水滴，以及管道渗漏而失去部分水，因此及管道渗漏而失去部分水，因此补充水是下列各项损失之和补充水是下列各项损失之和。1、蒸发损失、蒸发损失E(m3/h) 冷却塔中，循环冷却水因蒸发而损失的水量冷却塔中，循环冷却水因蒸发而损失的水量E与气候和冷却幅与气候和冷却幅度有关度有关，通，通常以蒸失损失率常以蒸失损失率a来表示来表示。进入冷却塔的水量愈大，。进入冷却塔的水量

30、愈大，E也就愈多，以式表示如下：也就愈多，以式表示如下：式中式中 a蒸发损失率，蒸发损失率，%；R系统中循环水量，系统中循环水量，m3/h； B系统中排污水量，系统中排污水量，m3/h； t1，t2循环冷却水进、出冷却塔的温度，循环冷却水进、出冷却塔的温度， ； e损失系数，与季节有关，夏季损失系数，与季节有关，夏季(2530 )时为时为0.150.16；冬季冬季(-1510) 时为时为0.060.08；春秋季；春秋季(010 )时为时为0.100.12。2、风吹损失、风吹损失(包括飞溅和雾沫夹带包括飞溅和雾沫夹带)D(m3/h) 除除与与当地的当地的风速有关风速有关外，外，还与冷却塔还与冷却

31、塔的型式和结构的型式和结构有关有关。一。一般自然通风冷却塔比机械通风冷却塔的风吹损失要大些。若塔中般自然通风冷却塔比机械通风冷却塔的风吹损失要大些。若塔中装有良好的收水器，其风吹损失比不装收水器的要小些。风吹损装有良好的收水器，其风吹损失比不装收水器的要小些。风吹损失通失通常以占循环水量常以占循环水量R的百分率来估计的百分率来估计，D（0.2%0.5%）R3、排污水损失、排污水损失B(m3/h) 由需要控制的浓缩倍数和冷却塔的蒸发量来确定，其计算下由需要控制的浓缩倍数和冷却塔的蒸发量来确定，其计算下面再讨论。面再讨论。4、渗漏损失、渗漏损失F(m3/h) 良好的循环冷却水系统，管道连接处，泵的

32、进、出口和水池良好的循环冷却水系统，管道连接处，泵的进、出口和水池等地方都不应该有渗漏。但因管理不善，安装不好，则渗漏就不等地方都不应该有渗漏。但因管理不善，安装不好，则渗漏就不可避免。因此在考虑补充水量时、应视系统具体情况而定。可避免。因此在考虑补充水量时、应视系统具体情况而定。 故故补充水量补充水量 M=E+D+B+F(三三)排污水量排污水量B(m3/h) B的确定与冷却塔的蒸发损失量和浓缩倍数的确定与冷却塔的蒸发损失量和浓缩倍数K有关。可以通有关。可以通过下列物料衡算的办法，找出过下列物料衡算的办法，找出B和和E与与K的关系式。的关系式。 设设循环系统中，除了有补充水加入和排污、蒸发、风

33、吹、渗循环系统中，除了有补充水加入和排污、蒸发、风吹、渗漏等损失外，再没有其他的水流或溶质加入或排出系统，那么漏等损失外，再没有其他的水流或溶质加入或排出系统，那么整个系统在循环浓缩过程中，就可以对循环水中某些整个系统在循环浓缩过程中，就可以对循环水中某些不受加热、不受加热、沉淀等干扰的溶质沉淀等干扰的溶质(如如Cl-、K+、Na+等等)作物料衡算作物料衡算，得到下面的，得到下面的式子：式子： 蒸发时，溶质不会随水蒸气逸出，所以实际蒸发时，溶质不会随水蒸气逸出，所以实际cE等于零，故上等于零，故上式可写成式可写成 McM=(B+D+F)cR 因为因为 K=cR/cM 所以所以 M/(B+D+F

34、)=K 或或 (B+D+E+F)/(B+D+F)=K 则则 B=E-(K-1)D-(K-1)F/(K-1) 当系统中管道联接紧密，不发生渗漏时，则当系统中管道联接紧密，不发生渗漏时，则F=0；当冷却塔；当冷却塔收水器效果较好时，风吹损失收水器效果较好时，风吹损失D很小，如略去不计，则上式很小，如略去不计，则上式可简可简化为：化为：B=E/(K-1) 因此循环冷却水系统运行时，因此循环冷却水系统运行时，只要知道了系统中循环水量及只要知道了系统中循环水量及和浓缩倍数和浓缩倍数K，就可以估算出蒸发量，就可以估算出蒸发量E、排污水量、排污水量B以及补充水量以及补充水量M等操作参数。等操作参数。控制好这

35、些参数，循环冷却水系统的运行也就能控制好这些参数，循环冷却水系统的运行也就能正常进行。由上述一些关系还可以看出，在一定的系统中，只要正常进行。由上述一些关系还可以看出，在一定的系统中，只要改变补充水量或排污水量，就可以改变循环水系统的浓缩倍数。改变补充水量或排污水量，就可以改变循环水系统的浓缩倍数。(四四)操作运行时系统中离子浓度的变化操作运行时系统中离子浓度的变化 循环水系统在操作运行时，不断加入补充水和徘出浓缩水，循环水系统在操作运行时，不断加入补充水和徘出浓缩水，因此循环水中的离子浓度随着运行时间的推移会发生变化。其因此循环水中的离子浓度随着运行时间的推移会发生变化。其变化的规律将根据补

36、充水量和排污水量的大小而异，但最终会变化的规律将根据补充水量和排污水量的大小而异，但最终会趋于一个定值趋于一个定值。现在讨论改变运行条件时，系统中一些离子浓。现在讨论改变运行条件时，系统中一些离子浓度的变化规律。度的变化规律。 设设补充水补充水中某离子的浓度为中某离子的浓度为cM，而，而循环水中循环水中某离子浓度某离子浓度c只只是随着补充水量和排污水量的变化而变化，那么对系统中某离是随着补充水量和排污水量的变化而变化，那么对系统中某离子浓度的瞬时变化可作如下的分析：子浓度的瞬时变化可作如下的分析： 某离子的瞬时变化量某离子的瞬时变化量d(Vc) 式中式中 v系统中水的总容量，系统中水的总容量，

37、m3； c系统中某离子的瞬间浓度，系统中某离子的瞬间浓度，g/m3。某离子随补充的加入而引起的某离子随补充的加入而引起的瞬时增加量瞬时增加量=McMdt cM补充水中某离子的浓度，补充水中某离子的浓度，g/m3；某离子随排污水的排出而引起的某离子随排污水的排出而引起的瞬时减少量瞬时减少量=Bcdt c排污水中某离子的瞬时浓度，排污水中某离子的瞬时浓度，g/m3；根据物料衡算，系统中某离子瞬间变化量应该等于进入该系统根据物料衡算，系统中某离子瞬间变化量应该等于进入该系统的瞬时量和排除系统的瞬时量的差值。即的瞬时量和排除系统的瞬时量的差值。即设系统在设系统在t0时，某离子的浓度为时，某离子的浓度为

38、c0，经时间，经时间t后，某离子浓度变后，某离子浓度变为为c。对上式积分。对上式积分经整理后可得下式经整理后可得下式此式描述了循环水系统运行条件发生变化时，冷却水中某离子浓此式描述了循环水系统运行条件发生变化时，冷却水中某离子浓度变化的规律。见下图：度变化的规律。见下图：图图3-4 降低浓缩倍数时降低浓缩倍数时水中某离子浓度变化曲线水中某离子浓度变化曲线图图3-5 提高浓缩倍数时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两个图中的两个图中的McM/B不相等。不相等。从图从图34和图和图35得知，不论系统中某离子的初始浓度是得知，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，

39、其多少，随着运行时间的推移，其最终的浓度总是浓缩倍最终的浓度总是浓缩倍数和补充水中离子浓度的乘积数和补充水中离子浓度的乘积，由此，由此证明了控制好补水证明了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值量和排污水量能使系统中某些离子浓度稳定在一个定值上。上。3.5敞开式循环冷却水系统产生的问题敞开式循环冷却水系统产生的问题 冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高温度升高，水水流速流速度的度的变化变化，水的，水的蒸发蒸发，各种无机离子和有机物质的，各种无机离子和有机物质的浓浓缩缩，冷却塔和冷水池在室外受到，冷却塔和冷水池在室外受到阳光

40、照射阳光照射、风吹雨淋风吹雨淋、灰尘灰尘杂物的进入杂物的进入，以及设备结构和材料等，以及设备结构和材料等多种因素多种因素的综合作用，的综合作用，会产生比直流系统更为严重的会产生比直流系统更为严重的沉积物的附着、设备腐蚀和菌沉积物的附着、设备腐蚀和菌藻微生物的大量滋生藻微生物的大量滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产，甚至造成问题，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产，甚至造成经济损失，因此不能掉以轻心，在推广使用敞开式循环冷却经济损失，因此不能掉以轻心，在推广使用敞开式循环冷却水系统时，必须要选择一种经济实用的循环冷

41、却水处理方案，水系统时，必须要选择一种经济实用的循环冷却水处理方案，使上述问题得到解决或改善。使上述问题得到解决或改善。腐蚀严重的镀锌管腐蚀严重的镀锌管结垢严重的镀锌管结垢严重的镀锌管被堵塞的铜管被堵塞的铜管1、水垢附着、水垢附着 一般天然水中都溶解有一般天然水中都溶解有重碳酸盐重碳酸盐，这种盐，这种盐是冷却水发生水垢是冷却水发生水垢附着的主要成分附着的主要成分。 在直流冷却水系统中，重碳酸盐的浓度较低。在循环冷却水在直流冷却水系统中，重碳酸盐的浓度较低。在循环冷却水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到过饱和过饱和状态时，

42、状态时，或或者在经过换热器传热表面使者在经过换热器传热表面使水温升高水温升高时，会时，会发生下列反应：发生下列反应： 冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离CO2要逸要逸出，这就促使上述反应向右方进行。出，这就促使上述反应向右方进行。CaCO3沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，它的导热性能很差。不同的水垢，其导热系数不同，但它的导热性能很差。不同的水垢，其导热系数不同，但一般不超过一般不超过1.16w(mK)，而钢材的导热系数为，而钢材的导热系数为45w(mK)，可见水垢形成，必然会影响换热

43、器的传热效率。，可见水垢形成，必然会影响换热器的传热效率。 水垢附着的水垢附着的危害，轻者是降低换热器的传热效率，影响危害，轻者是降低换热器的传热效率，影响产量，严重时，则管道被堵产量，严重时，则管道被堵。2、设备腐蚀、设备腐蚀 循环冷却水系统中，大量的设备是金属制造的换热器。对于碳循环冷却水系统中，大量的设备是金属制造的换热器。对于碳钢制成的换热器用循环冷却水，会发生腐蚀穿孔，其腐蚀的原因钢制成的换热器用循环冷却水，会发生腐蚀穿孔，其腐蚀的原因是多种因素造成的。是多种因素造成的。1）冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀）冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀 敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分地接触，

44、因此水中敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分地接触，因此水中溶解的溶解的O2可达饱和状态。当碳钢与溶有可达饱和状态。当碳钢与溶有O2的冷却水接触时，由于的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表面会形成许多金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生下列的氧化反应腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生下列的氧化反应和还原反应：和还原反应： 在阳极区在阳极区 在阴极区在阴极区 在水中在水中 这些反应促使微电池中的这些反应促使微电池中的阳极区的金属不断溶解而被腐蚀阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。2）有害离子引起的腐蚀）

45、有害离子引起的腐蚀 循环冷却水在浓缩过程中，除重碳碳盐浓度随浓缩倍数增长而循环冷却水在浓缩过程中，除重碳碳盐浓度随浓缩倍数增长而增加外，其他的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当增加外，其他的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当Cl-和和SO42-离子浓度增高时，会加速碳钢的腐蚀。离子浓度增高时，会加速碳钢的腐蚀。 Cl-和和SO42-会使金属会使金属上保护膜的保护性能降低上保护膜的保护性能降低，尤其是的氯离子半径小，穿透性强，尤其是的氯离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，所以

46、使腐蚀加速，所以氯离子是引起点蚀的原因之一氯离子是引起点蚀的原因之一。 对于不锈钢制造的换热器，对于不锈钢制造的换热器， Cl-是引起应力腐蚀的主要原因是引起应力腐蚀的主要原因，因此冷却水中因此冷却水中Cl-的含量过高，常使设备上应力集中的部分，如换的含量过高，常使设备上应力集中的部分，如换热器花板上胀管的边缘迅速受到腐蚀破坏。循环冷却水系统中如热器花板上胀管的边缘迅速受到腐蚀破坏。循环冷却水系统中如有不锈钢制的换热器时，一般要求有不锈钢制的换热器时，一般要求Cl-的含量不超过的含量不超过300mg/L。 3）微生物引起的腐蚀）微生物引起的腐蚀 微生物的滋生也会使金属发生腐蚀。这是由于微生物的

47、滋生也会使金属发生腐蚀。这是由于微生物排微生物排出的粘液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表出的粘液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外，在，促使金属腐蚀。此外，在金属表面金属表面和沉积物之间缺乏氧和沉积物之间缺乏氧，因此一些厌氧菌，因此一些厌氧菌(主要是硫酸盐还原主要是硫酸盐还原菌菌)得以繁殖，当温度为得以繁殖，当温度为2530时，繁殖更快。它分解水中时，繁殖更快。它分解水中的硫酸盐，产生的硫酸盐，产生H2S，引起碳钢腐蚀，其反应如下：，引起碳钢腐蚀，其反应如下： 铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，它能使铁细菌是钢铁锈

48、瘤产生的主要原因，它能使Fe2+氧化为氧化为Fe3+，释放的能量供细菌生存，释放的能量供细菌生存 上述各种因素对碳钢引起的腐蚀上述各种因素对碳钢引起的腐蚀常使换热器管壁被常使换热器管壁被腐蚀穿孔，形成渗漏，或工艺介质泄漏入冷却水中，损腐蚀穿孔，形成渗漏，或工艺介质泄漏入冷却水中，损失物料，污染水体；或冷却水渗入工艺介质中，使产品失物料，污染水体；或冷却水渗入工艺介质中，使产品质量受到影响质量受到影响。当被腐蚀穿孔的管子数目不多时，可采。当被腐蚀穿孔的管子数目不多时，可采取临时堵管的办法，使换热器在减少传热面的情况下继取临时堵管的办法，使换热器在减少传热面的情况下继续使用。当穿孔的管子过多时，换

49、热器传热面减少得太续使用。当穿孔的管子过多时，换热器传热面减少得太多，失去冷却作用，此时只有停产更换。因此，腐蚀与多，失去冷却作用，此时只有停产更换。因此，腐蚀与水垢附着一样，危害工厂安全生产，造成经济损失。水垢附着一样，危害工厂安全生产，造成经济损失。3、微生物的滋生和粘泥、微生物的滋生和粘泥 冷却水中的微生物一般冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类是指细菌和藻类。在新鲜水中，。在新鲜水中，一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中，由于养分的浓一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁

50、殖的条件。的条件。大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，能使水中飘大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成黏湖糊的沉浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成黏湖糊的沉积物粘附在换热器的传热表面上积物粘附在换热器的传热表面上。这种沉积物有人称它为。这种沉积物有人称它为生生物粘泥物粘泥，也有人把它叫做，也有人把它叫做软垢软垢。 粘泥积附在换热器管壁上，除了会粘泥积附在换热器管壁上，除了会引起腐蚀引起腐蚀外，还会外，还会使使冷却水的流量减少冷却水的流量减少，从而，从而降低换热器的冷却效率降低换热器的冷却效率；严重时严重时，这些生物粘泥这些生物粘泥会将管子堵

51、死会将管子堵死，迫使停产清洗。例如北京某厂，迫使停产清洗。例如北京某厂因换热器中菌藻大量繁殖。半月之内就使热负荷下降到因换热器中菌藻大量繁殖。半月之内就使热负荷下降到50，不得不经常停产冲洗，使产量减少。不得不经常停产冲洗，使产量减少。六、敞开式循环冷却水处理的重要性六、敞开式循环冷却水处理的重要性 冷却水长期循环使用后，必然会带来沉积物附着、金属腐冷却水长期循环使用后，必然会带来沉积物附着、金属腐蚀和微生物滋生这三个问题，而循环冷却水处理就是通过水质蚀和微生物滋生这三个问题，而循环冷却水处理就是通过水质处理的办法解决这些问题，这样做法的好处如下。处理的办法解决这些问题，这样做法的好处如下。(

52、1)稳定生产稳定生产 没有沉积物附着、腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，没有沉积物附着、腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作。除计冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作。除计划中的检修外，意外的停产检修事故就会减少，从而在循环冷划中的检修外，意外的停产检修事故就会减少，从而在循环冷却水方面为工厂的长周期安全生产提供广保证。却水方面为工厂的长周期安全生产提供广保证。(2)节约水资源节约水资源 年产年产30万吨合成氨工厂，如果用直流冷却水万吨合成氨工厂，如果用直流冷却水系统，则每小时耗水量达系统，则每小时耗水量达23500m3；如改为循环冷却水系统，；如改为

53、循环冷却水系统，并以并以1.5倍的浓缩倍数运行，则每小时耗水量降为倍的浓缩倍数运行，则每小时耗水量降为1100m3，如，如果将浓缩倍数提高到果将浓缩倍数提高到3倍，则每小时耗水量只需倍，则每小时耗水量只需550m3。(3)减少环境污染减少环境污染 直流冷却水系统除将废热带到水源中形成热污直流冷却水系统除将废热带到水源中形成热污染外，若也用化学药剂处理以消除结垢、腐蚀，则大量排放的冷却染外，若也用化学药剂处理以消除结垢、腐蚀，则大量排放的冷却水将向环境中带入很多药剂，对水源产生严重的污染。而循环冷却水将向环境中带入很多药剂，对水源产生严重的污染。而循环冷却水系统可以大大减少污水的排放量，因此对少

54、量污水通过精心处理，水系统可以大大减少污水的排放量，因此对少量污水通过精心处理，可达到排放标准，甚至作进一步处理后，可收回作系统的补充水用。可达到排放标准，甚至作进一步处理后，可收回作系统的补充水用。这样形成闭路循环，不向外界排放污水，也就不会存在污染环境、这样形成闭路循环，不向外界排放污水，也就不会存在污染环境、破坏生态平衡的问题了。破坏生态平衡的问题了。(4)节约钢材，提高经济效益节约钢材，提高经济效益 一台换热器往往需要成吨的钢材来一台换热器往往需要成吨的钢材来制作。如果作好厂循环冷却水的水质处理工作，就可减少换热器更制作。如果作好厂循环冷却水的水质处理工作，就可减少换热器更换的台数，效