第14章 水的冷却与水质稳定

1、14.1.1 湿空气的热力学参数1.湿空气的压力 P=Pg+Pq P=RT10-3 Pg=gRg10-3 Pq= gRqT10-3 Pg、Pq干空气和水蒸汽在其本身分压下的密度，Kg/m3。 Rg干空气的气体常数，Rg=287.145J/（KgK ）。 Rq水蒸气的气体常数，Rq=461.53J/KgK 2 饱和水蒸气分压力 当空气在一定温度下，吸湿能力达到最大时，空气中的水蒸气处于饱和状态。水蒸气的分压称为饱和水蒸汽压（Pq ）。湿空气的饱和水蒸气分压只与温度有关，与大气压力无关。0Pqtf=H H H= H H=H + H tf= tfH H H=H - H H=01422 接触传热量和蒸

2、发传热量dF)xx(dQdF)PP(dQdF)t (dHxuqqpuf。： 。：xp系数以含湿量为基准为传质系数以分压差为基准的传质含湿量差分压差x)：-(x ：PPqqP0.622PP622.0Pgg2121XXXXX水面饱和气层含湿量进塔水温11 tX水面饱和气层含湿量出塔水温22tXX1进塔空气含湿量X2出塔空气含湿量在冷却塔中，淋水填料邻接触表面积F的总传热量H为 dF)xx(dF)t (dHdHdH)(dF)xx(dF)PqPq(dQdHx0fx0p0u0：水的汽化热的空气含湿量。温度为湿量。相对应的饱和空气的含与水温含湿量的平均值。温度差的平均值。塔内水面温度与空气xtx)xx()

3、t (F)xx(F)t (dF)xx(dF)t (dHHfmfmx0mfF0 x0F0fH0dV)xx(dV)t (dHdHdHV)xx(V)PqPq(V)t (HVF,VF,VFF)xx(VF)PqPq(VFF)PqPq(QV)t (VFF)t (Hxv0mfvmxvmxvumfvppvxxvvmxpmpyfmf令 理论公式计算法目前国内外常用的有两种：1.三变量分析法（t,Pq） 热水有接触散热传给空气的热量dHa将使空气干球温度升高。 空气通过dz段所增加的含湿量等于该段内水的蒸发量dQu,会引起空气中水蒸气分压Pq的增大。 dz段中，水放出了热量必然引起水温t的下降。水蒸气分压空气干球

4、温度水温Pq t)t (dVd ：接触传热)PqPq(bdVdPq 蒸发量)PqPq(B)t (AdVdt 平衡水气热量 2两变量分析法（t,i） Merkel焓差方程为基础，麦克尔于1925年引用“焓”的概念。建立了麦克尔焓差方程： 从而只需分析水温t与i，i代替，P 1431 麦克尔焓差方程 表示了热量交换和质量交换之间的速度关系。dv) ii (dHxv刘易斯关系式 )C.Kg/(KJ(05. 1C0shvxvxxCi C 0sb湿空气的焓空气水面饱和层）x,（tf)h/kJ(dv)ii (dv)xC)(xtC(dv)xx()t(dv)xx(dV)t(dHdHdHxtCixv0sh0fs

5、hxv0fxvvxvxv0fv0fsh1、2、。之差，为冷却之推动力差与塔内该点空气焓所对应的饱和焓为水平温度iitiif推动下散发的热量。积淋水填料在单位焓差反映了单位时间单位容xvzz排 出 空 气 G进 水 Q2， 2， X2,21，1，X1,1txx+dx -dtQz-dQut-dt出 水 Q-Qu进 入 空 气 GdzQz 空气所到的热量：uwzwuzwzw3tdQCdtQC )dtt)(dQQ(CtQCdH ：dz水散失的热量对dtdQCuw略去GditdQC1dtQCGdidtQC)GditdQC1 (GdidtQCtdQCGditdQCdtQCGdi:dHdHGdidHuwzw

6、zwuwzwuwuwzwskk K为考虑蒸发水量传热的流量系数。kdtQCGdiGditdQC-1k zwuw设20)-0.56(t-586t-1k ：22经验公式muzwumuzwsuzwumssuzwsuzwsusuuwzwuwQtC1QQtC1HQtC1kQHHHHHQtC1kdH)k1 (QtCdH)k1 (dHdHdH1tdQCdtQCtdQC1kk夏季：积分得：值，得将代入此即为逆流式冷却塔热力学计算基本方程。散热性能以及气、水流量有关，称为冷却塔的特性数。 1212ttwxvttwv0 xvwxvwxvkiidtkCQViidtkCQdv)ii (kdtCQdvkQdtCdv)i

7、i (,dHdH：引入麦克尔焓差方程得、，NQtxv构造几何尺寸水填料的特性与淋的冷却能力反映了冷却塔本身具有特性数、。，iidtkCN12ttw无关而与冷却的构造和形式数有关与外部气象条件空气参为冷却数 1432 对热力学基本方程的讨论 xv：单位容积淋水填料在单位焓差的推动力的作用下，所能散发的热量。量之差热量与其外界空气含热指水面饱和空气层的含 i：i。，V，ii冷却塔淋水填料体积）冷却推动力（VitQkCitkCQVmwxvmwxv1433 逆流塔焓差法热力学基本方程图（it图）解1、t0.1P大气压水面饱和焓曲线A空 气 操 作 线空 气 饱 和 焓 曲 线t ( )t1t2i1i2

8、i2i1i ( k J / k g )B1B1B A 2空气操作线 起点：在t坐标上找到当地湿球温度值，作垂线交饱和焓曲线于B点，B点的纵坐标为i1，即为进入塔中空气的焓值。)1C(tgkCdtdiGQk1dtCdikQdtCGdiwwwwktCiiCkttii)tt (kQC)ii (Gw12w21121w13焓差的物理意义：。 ii为冷却塔的推动力。V，ii及冷却塔体积越小所需填料体积冷却数越小越大焓曲线斜率是先小后大由于饱和值即缩小左移若空气操作线起点，）（t，A1C 532 一般不应小于冷却困难将使焓差缩小所以空气操作线左移t。，愈大，冷却愈易。愈大，气水比ii1434先根据it图作出

9、。idtkCN 12ttw的求解冷却数0123456789101i1-i111t()t1t2i-ii1-i2用simpson积分法时的饱和空气焓。为水温的平均值，为式中，：时，可简化计算如下当2ttiiii)ii1ii1ii1(k6CN15)i1i4i2i2i4i1(w3dtCiidtkCN21m21m21mm12twtn1n2n210wttw121435 冷却塔的性能：1、(1)(2)：Nxv求定及特性数xv)hm/kg(qAg ：hkg/m。qhkg/m，ggtqAg) 、 tq、g、(f2nmxv22p1nm1xv国内外多采用单位为淋水密度的单位为空气流量密度特性数N 试验常数汽水流量比

10、淋水填料的高度式中时当AZ，Aqg ，m ， Z：AqgAZN ：1nmqAZgqzqAgNqZF/QF/VQVNmm1nmnmxvxvxv2淋水填料性能：1）热水特性数： A，m或A,m,n等参数由模型塔或生产性塔试验求得。2）阻力特性：3）淋水填料模型塔与工业塔的热力学性能比较。4)当出塔时空气的含湿量恰好达到饱和（=1.0），此时空气的流量为理论空气需氧量。 nm1AVgP0 .185.0NN模型塔工业塔的选择气水比1436 冷却数（N）与特性数（N）的统一。)(fN)(fNNNND工作点1437 横流式冷却塔基本公式的推导：1矩形横流塔基本公式的推导：yzx2，2，X2,2t1,Qwa

11、tert1,Q-Qu1，1，X1,1Gairy+dyx+dx ，y x+dx，x x+dyx,yo单位时间水所散发的热量 单位时间空气所吸收的热量：由于i在x方向有变化，i在y方向有变化：dxdyytCkqzdHwsdxdyxizgdHkdxdyyxzgdHdxdyyxtCkqzdHik2ws右端表示冷却塔的冷却能力，左边为冷却任务时对冷却塔的要求。经过变换后积分得：由得：对与微元dxdy) ii (dxdyyxtgdxdyyxtCkqdHdHdHzdxdy) ii (dHzdxdydv) ii (dHxv22wksxvxv y0 x0y0 x0 xv2y0 x0y0 x0 xvw2dxdyq

12、dxdyxytii1dxdyqkdxdyCxytii1-横流塔热力计算基本式2求解：dxdyqkdxdyCyxtii1H0L0 xvw2H0L0 4i2iiiiiiiiii),(fxiiixiHqkitCNLitCdxdyCxytii1-HLqkdxdyqkm211121112111mxvmwH0L0mww2H0L0 xvxv 14.4.1 循环冷却水水质特点和处理要求循环冷却水水质特点和处理要求 14411 敞开式循环水冷却水具有的特点 1循环冷却水的浓缩作用 2冷却水中CO2的散失和O2的增加 3. 循环冷却水的水质污染 4水温变化 项目要求条件允许值浊度（度）1.年污垢热阻9.510-5

13、m2h0C/kJ2.有油类粘性污染物时,年污垢热阻1.410-4m2h0C/kJ3.腐蚀率0.125mm/a201.年污垢热阻1.410-4m2h0C/kJ2. 腐蚀率0.2mm/a501.年污垢热阻1.410-4m2h0C/kJ2. 腐蚀率0.2mm/a100电导率（us/cm）采用缓蚀剂处理3000总碱度（mmol/L）采用缓蚀剂处理7PH值6.59.014412循环循环冷却水的处理要求：1敞开式循环冷却系统对水的浊度，电导度，总碱度，PH值等均有要求，详见表敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标2腐蚀率：. 概念(2).点蚀参数：点蚀时，腐蚀可用点蚀参数反应。点蚀系数越大，对金属危害越大。(4).缓蚀率：3污垢热阻：热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。FtPP76. 8C：0L失重法测量方法100CCC0L0) 11(K1K1K1K1K1Rt000t0tt 4循环冷却水结垢控制指标 不稳定的水：1.结垢性水 2腐蚀性水循环水结垢控制指标循环水结垢控制指标 影响因素：盐分浓缩：CaCO3,CaSO4,MgSO4结垢。 悬浮固体及有机物浓度。 热交换器提高了水温的影响。 水处理药剂。结垢控制参数控制指标CaCO3pHspH0pHs+（