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1、1 工业上使用循环水的意义1.1 冷却水对水质的要求在许多工业生产中，水是直接或间接使用的重要工业原料之一，其中大量的是用来作为冷却 介质，通常在选用水作为冷却介质时，需注意选用的水要能满足以下几点要求：1) 水温要尽可能低一些 在同样设备条件下，水温愈低，日产量愈高。同时冷却水温度愈低，用水量也相应减少。2) 水质不易结垢 冷却水在使用中，要求在换热设备的传热表面上不易生成水垢，以免影响传热设备的传热效 率。这对工厂安全生产是一个关键。生产实践告诉我们，由于水质不好，易结水垢而影响工 厂生产的例子是屡见不鲜的。3) 水质对金属设备不易产生腐蚀 冷却水在使用中，要求对金属设备最好不产生腐蚀，如
2、果腐蚀不可避免，则要求腐蚀性愈小 愈好，以免传热设备因腐蚀太快而迅速减少有效传热面积或过早报废。4) 水质不易滋生菌藻 冷却水在使用过程中，要求菌藻获等微生物在水中不易滋生繁殖，这样可避免或减少因茵藻 繁殖而形成大量的粘泥污垢。过多的粘泥污垢会导致管道堵塞和腐蚀。1.2 循环冷却水运行时存在的问题对循环冷却水系统，冷却水在不断循环使用过程中，由于水的温度升高，水流速度的 变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、 风吹雨淋、灰尘杂物的飘落，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生以下三种 危害：1) 严重的水垢附着2) 设备腐蚀3) 菌藻微生物的大量
3、滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等这些危害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 日常运行时，必须要选择一种经济实用的循环水处理方案，务使上述危害减轻，直至使其不 发生。循环水系统由凉水塔水池，风机， 循环水泵，旁滤池，加药系统，给 回水管路组成。送往各用户的冷却 水，经过换热，回到回水总管，通 过上塔管，上到凉水塔顶部，经过 各配水管，由喷头均匀喷洒在填料 层，水自上而下在填料层形成水滴 或水膜，与自下向上抽的冷空气逆 接触进行传质传热，从而降温。降 温后的水汇集到塔池，由数台循环水泵加压经给水网线分别送往全厂各生产装置。 由于系统本身的排污以及蒸发、渗
4、水等其它水量损失，需要补充一部分水，应持续给循环水 池补水。 为降低循环冷却水的浊度，减少系统的补水和排污，使本系统在满足浓缩倍数的条件下，更 加经济运行，需加入旁滤系统。 循环水的冷却是通过水与空气接触，由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的按热器净却塔接压力水二氧锹盘疑生器工业确玮冷那水处住工乞流程图1.3 循环冷却水水质处理的意义 冷却水长期循环使用后，必然会带来结垢、腐蚀和菌藻滋生这三种危害，而循环冷却水的处 理就是通过水质处理的办法使三种危害减轻或消除，这样做有几个好处1) 稳定生产 没有水垢附着，腐蚀穿孔和污泥堵塞等危害，系统中的换热器可以始终在良好的环境中工作 除计划中
5、的检修外，意外的停产检修事故就会减少，从而在循环冷却水入面为工厂长周期安 全生产提供了保证。2) 节约水资源 循环冷却水系统可以调整浓缩倍数来调整每小时耗水量。但要提高浓缩倍数，必须做好水质 处理工作。3) 节约设备加工制造的费用，提高经济效益 换热器是昂贵的生产设备，如果对循环冷却水未作处理或处理得不好，会使换热设备损坏严 重。如果做好了水质处理工作，就可以减少换热设备的维修和更换，减少成本。2 工业循环水的一般流程结果。（1）、蒸发散热 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，使部分水蒸发，水汽从水中带走汽化所需的热量，从而使水冷却。（2）、接触散热
6、水与空气对流接触时，如果空气的温度低于水的温度，则水中的热量会直接 传给空气，使空气温度升高，水温降低。二者温差越大，传热效果越好。（3）、辐射散热 辐射散热只是在大面积的冷却池内才起作用。 这三种散热过程在水冷却中所起的作用，随空气的物理性质不同而异。2.1 凉水塔冷却塔一般是由风机、塔体、配水装置、填料散热层及收水器等五大部分所组成。风机将塔内的空气从下往上抽，能加快空气流动速度，更快的带走由水传递来的热量和 湿度。塔体由骨架、壳体、上下爬梯、进风窗、收水器、进出水管、集水池等组成。其它组件都是依靠塔体安装。配水装置由配水槽（配水总管）和配 水喷头组成。循环水回水经过配水系统， 可以均匀的
7、进入塔体，得到更好的传质 传热效果。填料层的作用是为气、液两相提供 充分的接触面，并为提高其湍动程度（主 要是气相）创造条件，以利于传质（包括 传热）。一般采用酸性耐温聚氯乙烯塑料 片制成的波纹板堆。收水器的作用是回收上升气流带出 的水，能够减少补水量，保护周围环境。2.2 旁路过滤滤过滤器并不是将循环水旁滤过滤器安装在总循环管路上，将所有的循环水过滤一遍，而是在总循环管路上引出一部分循环水过滤，循环水旁滤过滤器是通过逐步多次的 循环截留，将系统内的杂质过滤，最后通过必要的反冲洗，将杂质过滤排出水体循环系统。通过在循环水系统上安装循环水旁滤过滤器，可以防止系统中末端管路污泥堵塞，并配合加药处理
8、可以更有效地去除水体循环系统内的杂质。 循环水系统运行过程中， 尤 其是冷却水中会存在大量的悬浮物。其中由于空气中灰尘杂物的进入，日常加药处理后 会造成部分水垢、锈垢、微生物粘泥的脱落、分散，造成水质的混浊。由于各种杂质在 水中溶解度很小， 很容易用机械过滤的方式去除， 因此在系统管路上安装循环水旁滤过 滤器可收到良好效果。一、重力式无阀滤池正常运行时，混水从1 配水槽经2进水管，进入过滤系统，经过6滤料层的过滤，7配水 系统 8 集水区，通过 9 连通管，到达滤池上部，从 11 出水管进入循环水池。卜配水帖;A进水1?亠由吸I升管 顶盖.;5-布水口板&滤料圧-7-配水系统用集水区;卜连通渠
9、,1 0沖洗水水1? ;1 2-虹吸辅助管;1 .-抽7 L1?；1 4虹吸卜降1? ;1 -|水JI- 11 6-虹吸很坏斗；1 7-虹吸破坏管;J S-水対堰：1 9反沖洗强度调节器；2D-虹吸辅助管管I【反冲洗时的工作情况：滤池运行中，滤层阻力逐渐增加，虹吸上升管 3 中的水位相应逐 渐升高。当水位达到虹吸辅助管 12 管口时，水自该管中落下，并通过抽气管 13 不断将虹吸 下降管 14 中的空气带走，使虹吸管中形 成真空。当虹吸上升管中的水越过虹吸管 顶端与虹吸下降管中上升的水柱相汇时， 两股水流汇成一股，冲出虹吸下降管管 口，把虹吸管中残存的空气全部带走，形 成连续的虹吸流。这时，水
10、箱中的水自下 而上对滤料进行反冲洗。在冲洗过程中，水箱内水位逐渐下 降。当水位下降到虹吸破坏斗 16 时，虹 吸破坏管 17 把小斗中的水吸完。管口与 大气相通，虹吸破坏，冲洗结束，过滤重 新开始。團重力无阀滤池示蔭團缺点：冲洗时自耗水量较大。优点：运行全部自动进行，操作方便， 工作稳定可靠，结构简单，造价也较低， 较适用于工矿、小型水处理工程以及较大 型循环冷却水系统中作旁滤池用。二、虹吸滤池冒广39 虹吸;虑池的陶造1老虫埔；2- Si水攪；3迸水虹珊背；4一单格i斟也进水怕：壬一逬啦地； 竹一布水管：7滤层；X睨水垂筑：9 巣氷楷；10出水管门一出水井;门一出水堰；13W水管i L斗一真
11、空祭统* M冲洗虹吸晴：16 冲诜排水百；丨？呻徒那匚承捕虹吸滤池是快滤池的一种形式，它的特点是利用虹吸原理进水和排走洗砂水，因此节省 了两个闸门。此外，它利用小阻力配水系统和池子本身的水位来进行反冲洗，不需另设冲洗 水箱或水泵，加之较易利用水力，自动控制池子的运行，所以已较多地得到应用。虹吸滤池是由68个单元滤池组成一个整体。滤池的形状主要是矩形，水量少时也可建 成圆形。滤池的中心部分相当于普通快滤池的管廊，滤池的进水和冲诜水的排除由虹吸管完 成。管廊上部设有真空控制系统 14。经过澄清的水由进水槽1流入滤池上部的配水槽2。经虹吸管3流入单元滤池的进水槽4 再经过进水堰5（调节单元滤池的进水
12、量）和布水管6流入滤池。水经过滤层7和配水系统8 而流入清水槽 9，再经出水管 10 流入出水井 11，通过控制堰流出滤池。滤池在过滤过程中滤层的含污量不断增加，水头损失不断增长，要保持出水堰 12 上的水 位，即维持 一定的滤 速，则滤池 内的水位应 该不断地上 升，才能克 服滤层增长 的 水 头 损 失。当滤池 内水位上升 到预定的高 度时，水头 损失达到了最大允许值， （一般采用1.52.0 米）滤层就需要进行冲洗。虹吸滤池在过滤时，由于滤后水位永远高于滤层，保持正水头过滤，所以不会发生负水 头现象。每个单元滤池内的水位，由于通过滤层的水头损失不同而不同。滤池的配水系统必须采用小阻力配水
13、系统。因此可以利用滤池本身的滤过水的水位（清水 槽内水位）即可冲洗。滤池冲洗时的情况：首先破坏进水虹吸管 3的真空，则配水槽 2的水不再进入滤池，滤 池继续过滤。起初滤池内水位下降较快，但很快就无显著下降，此时就可以开始冲洗。利用 真空系统 14 抽出冲洗虹吸管 15 中的空气，使它形成虹吸，并把滤池内的存水通过冲洗虹吸 管15抽到池中心的下部，再由冲洗排水管16排走。此时滤池内水位降低，当清水槽的水位 与池内水位形成一定的水位差时，冲洗工作就正式开始了。冲洗水进过配水系统8从下往上 对滤料7进行反冲洗。当滤料冲洗干净后，破坏冲洗虹吸管15的真空，冲洗立即停止，然后， 再启动虹吸管3，滤池又可
14、以进行过滤。优点：不需要大型的闸阀及相应的电动或水力等控制设备，可以利用滤池本身的出水量、 水头进行冲洗，不需要设置洗水塔或水泵；可以在一定范围内，根据来水量的变化自动均衡 地调节各单元滤池的滤速，不需要滤速控制装置；滤过水位永远高于滤层，可保持正水头过 滤，不至于发生负水头现象；设备简单，管廊面积小，控制闸阀和管路可集中在滤池中央的 真空罐周围，操作管理方便，易于自动化控制，减少生产管理人员，降低运转费用；在投资 上与同样生产能力的普通快滤池相比能降低造价2030%，且节约金属材料3040%。缺点：与普通快滤池相比，池深较大(56米)；采用小阻力配水系统单元滤池的面积不 宜过大，因冲洗水头受
15、池深的限制，最大在1.3米左右，没有富余的水头调节，有时冲洗效 果不理想。2.3加药机理一、循环水质的控制1、结垢控制冷却水通过换热器传热表面时，会发生如下反应：Ca2+ + 2HC03-CaC03 +C02 十 H2OMg2+ + 2HC03-Mg(OH) 2 +2CO2同时，冷却水通过冷却塔则相当于一个曝气过程，溶解在水中的CO2会逸出，水的pH值会升 高，此时重碳酸盐在碱性条件下会发生如下的反应：Ca (HCO3) 2 + 2OH- CaCO3 +2H2O + CO32-当水中溶有氯化钙时，还会发生如下的置换反应：CaCl2 + CO32- CaCO3 + 2C1-如水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根将与钙离子生成磷酸钙，其反应为：2PO43- +3Ca2+ Ca3(PO4)2 上述一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙 要小得多。碳酸钙等水垢从水中析出的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程，按结晶动力 学观点，认为结晶的过程首先是发生晶核，形成少量的微晶粒，然后这种微小的晶体在溶液 中由于热运动（布朗运动）不断地相互碰撞，和金属器壁也不断地进行碰撞，碰撞的结果就 提供了晶体生长的机会，使小晶体不断变成了大晶体，也就是说要形成碳酸钙层垢，碳酸钙 小晶粒在溶液中必须按一种特有的次序集合或排列才能形成。碳酸钙是盐类，有离子晶格，
