循環(huán)冷卻水處理-3.1循環(huán)水的冷卻.ppt

May_2011_JDY,1,第三章 循環(huán)冷卻水處理,May_2011_JDY,2,重點內(nèi)容,循環(huán)水的冷卻 循環(huán)水的冷卻系統(tǒng) 系統(tǒng)的運行 循環(huán)水的水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù) 問題：水垢、設(shè)備腐蝕、微生物滋生 相應(yīng)的水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù),May_2011_JDY,3,3.1 循環(huán)水的冷卻,工業(yè)生產(chǎn)過程中往往會產(chǎn)生大量熱量，使生產(chǎn)設(shè)備或產(chǎn)品的溫度升高，從而影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量。水是吸收和傳遞熱量的良好介質(zhì)，可以用來冷卻生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品。 一般過程：冷水流入冷卻器將熱量帶走，水溫升高；為了重復(fù)利用水資源，將其引入冷卻塔進(jìn)行冷卻，再用水泵送入冷卻器循環(huán)使用。 這種降低水溫的設(shè)備稱為冷卻構(gòu)筑物。,May_2011_JDY,4,兩種冷卻水系統(tǒng),直流冷卻水系統(tǒng) 冷卻水僅通過一次換熱就排放。不符合節(jié)約用水的要求，待改造。 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 封閉式系統(tǒng) 敞開式系統(tǒng),May_2011_JDY,5,敞開式和封閉式系統(tǒng)的應(yīng)用,一般采用敞開式循環(huán)水系統(tǒng)作為全廠的冷卻水系統(tǒng)，采用封閉式循環(huán)水系統(tǒng)冷卻工藝介質(zhì)，所以封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)根據(jù)各套裝置工藝的不同，又被稱為溫水系統(tǒng)或熱水系統(tǒng)。 封閉循環(huán)水系統(tǒng)和敞開循環(huán)水系統(tǒng)均通過換熱器進(jìn)行熱交換。,May_2011_JDY,6,封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),在循環(huán)過程中，冷卻水不暴露于空氣，損失少，水質(zhì)變化慢。 在循環(huán)水的再冷卻階段，熱水進(jìn)入另一個換熱器被其他冷卻介質(zhì)冷卻。 封閉式系統(tǒng)應(yīng)用：發(fā)電機、內(nèi)燃機、單臺換熱設(shè)備。,May_2011_JDY,7,封閉式系統(tǒng)示意圖,1-冷卻水；2-冷卻水泵； 3-冷卻工藝介質(zhì)的換熱器； 4-熱水； 5-熱水泵；6-冷卻熱水的冷卻器；7-冷水,May_2011_JDY,8,水冷式散熱器的散熱效率極高，等于空氣自然冷卻換熱系數(shù)的150300倍。代替風(fēng)冷式散熱器，可大大提高器件的容量。 在高電壓大功率電子器件中，所有的發(fā)熱元件，如半導(dǎo)體元件、大功率電阻、電感線圈等均需進(jìn)行水冷，隨之而來的問題就是電子器件和冷卻液之間的絕緣問題。由于普通水的絕緣性較差，水中存在的雜質(zhì)離子會在高電壓下導(dǎo)致電腐蝕和漏電現(xiàn)象。 比如大功率器件通常采用雙面冷卻，此時器件的陽極和陰極各安裝在一塊沒有絕緣部分的水冷散熱器上，為簡化結(jié)構(gòu)，二者之間的水路經(jīng)一根水管相串連。此時由于器件兩端可能跨越幾kV的高電壓，所以該電壓將施加在上述水路之上。如果此時水中含有某些可溶解的雜質(zhì)，該雜質(zhì)離子的存在會引起水漏電。 通常大功率變流器所采用的冷卻水的電導(dǎo)率大約為0.10.5S/cm（對應(yīng)的電阻率為210Mcm）。,電力電子設(shè)備的散熱 - 封閉式純水循環(huán),May_2011_JDY,9,大功率電力電子裝置純水冷卻系統(tǒng),May_2011_JDY,10,大功率電力電子裝置純水冷卻系統(tǒng),其中主循環(huán)泵用于循環(huán)水增壓，使水沿主回路通過被冷卻的電子元件將熱量帶走，進(jìn)入風(fēng)冷裝置（風(fēng)冷換熱器），與大氣換能，使循環(huán)水降溫后再回到水泵。主回路中的電動三通球閥用于在控制單元的作用下，自動調(diào)整進(jìn)入風(fēng)冷換熱器的水的比例，使水溫符合要求。 為保持水的高純度，必須不斷清除容器及管壁材料溶入水中的離子及空氣通過水泵密閉處滲入的氧氣。為此系統(tǒng)中增加了一個輔助的純化支路，水經(jīng)過輔助支路時，其中的陰陽離子及氧氣均被吸附脫除。輔助支路的水流量大小可以調(diào)節(jié)，一般只占主回路的十幾分之一就夠了。由于輔助支路的脫鹽及脫氧連續(xù)不斷地進(jìn)行，循環(huán)水的水質(zhì)可以始終保持足夠的純度。,May_2011_JDY,11,敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),水的再冷卻是通過冷卻塔進(jìn)行； 循環(huán)水在冷卻塔與空氣接觸，不斷產(chǎn)生蒸發(fā)損失，水中各種礦物質(zhì)和離子含量不斷濃縮，需要補充水量（補充水），排出一定濃縮水（排污水）。,May_2011_JDY,12,1-補充水(M)；2-冷卻塔；3-冷水池；4-循環(huán)水泵；5-滲漏水(F)；6-冷卻水；7-冷卻用換熱器；8-熱水(R)；9-排污水(B)；10-蒸發(fā)損失(E)；11-風(fēng)吹損失(D)；12-空氣,敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)-示意圖,May_2011_JDY,13,發(fā)電機組的循環(huán)冷卻系統(tǒng),May_2011_JDY,14,凝汽器- 換熱部分,凝汽器凝結(jié)從低壓缸排出的蒸汽；凝汽器也用于增加除鹽水（正常補水）以及抽空氣等。 循環(huán)水流經(jīng)凝汽器管束使凝汽器殼體內(nèi)汽機排汽凝結(jié)，凝結(jié)水聚集在熱井內(nèi)并由凝結(jié)水泵排走，正常水位時其水容積為不少于4分鐘凝結(jié)水泵運行時流量。 凝汽器殼體內(nèi)布置管束，管子為銅合金管,用循環(huán)水冷卻。,May_2011_JDY,15,敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)-冷卻塔,冷卻塔用來冷卻從換熱器中排出的熱水。 冷卻塔內(nèi)熱水從上向下噴散成水滴或水膜，空氣由下而上或水平方向在塔內(nèi)流動。水與空氣進(jìn)行熱交換，水溫降低。 冷卻塔的種類很多，根據(jù)空氣進(jìn)入塔內(nèi)的情況分自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩大類。 冷卻塔內(nèi)部裝有濺水裝置(填料)，由板條交錯排列而成，或采用膜式填料。,May_2011_JDY,16,冷卻塔中的傳熱原理,在冷卻塔內(nèi)，熱水與空氣之間發(fā)生兩種傳熱作用：蒸發(fā)傳熱和接觸傳熱。 蒸發(fā)傳熱是當(dāng)水在其表面溫度時的飽和蒸汽壓大于空氣中水蒸汽分壓時，水滴表面的水分子克服液態(tài)水分子之間的吸引力而汽化逸入空氣中，并帶走汽化潛熱，使液態(tài)水的溫度下降。每蒸發(fā)1kg水，要帶走約2.43106J的熱量。蒸發(fā)傳熱帶走的熱量約占冷卻塔中傳熱量的75-80。 接觸傳熱是當(dāng)空氣的濕球溫度低于水溫時，熱量從水傳向空氣，使空氣溫度提高而水溫降低，帶走的熱量是顯熱，約占冷卻塔中傳熱量的20-25%。,May_2011_JDY,17,風(fēng)筒式逆流冷卻塔的工藝構(gòu)造,配水系統(tǒng)； 淋水裝置； 百葉窗； 集水池； 空氣分配區(qū)； 風(fēng)筒,May_2011_JDY,18,抽風(fēng)式逆流玻璃鋼冷卻塔結(jié)構(gòu),May_2011_JDY,19,玻璃鋼冷卻塔的應(yīng)用,優(yōu)點： 生產(chǎn)已系列化、規(guī)格齊全； 體積小、重量輕； 可以拆遷，運輸方便； 造價相對較低； 廣泛應(yīng)用于中小型化工廠、制藥廠、賓館等。 缺點： 強度低； 使用壽命相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的冷凝塔較短。,May_2011_JDY,20,噴流式冷卻塔,熱水通過壓力噴嘴噴向塔內(nèi)，成為散開的噴流體，同時將大量空氣帶入塔內(nèi)，熱水通過蒸發(fā)和接觸傳熱將熱量傳給空氣，冷卻后的水落人集水池，空氣通過收水器后排出。 這種塔不用填料和風(fēng)機，因而沒有風(fēng)機噪聲。處理水量可從每小時幾噸到幾百噸。,May_2011_JDY,21,熱交換過程的優(yōu)化,通過熱力學(xué)傳導(dǎo)理論，熱交換過程并非溫差越大越好，也不是流量越多越好，而是將循環(huán)冷卻水出入水口溫度端差控制在4.56.5范圍內(nèi)對于熱交換系統(tǒng)才是最經(jīng)濟(jì)的。 溫度差值大，系統(tǒng)熱交換效能下降，交換介質(zhì)流量過高，運行成本增加。,May_2011_JDY,22,循環(huán)冷卻水運行,循環(huán)水在使用過程中，由于降溫的需要，少量水在冷卻塔中蒸發(fā)，而鹽分仍留在系統(tǒng)中，產(chǎn)生鹽類濃縮作用； 同時由于熱水與空氣充分接觸，使循環(huán)水中二氧化碳CO2逐出，破壞水中碳酸平衡，引起水質(zhì)的不穩(wěn)定，在系統(tǒng)中產(chǎn)生結(jié)垢或腐蝕現(xiàn)象。因此，必須對水質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)定性處理。 此外，外界的污染(如有機物、微生物、藻類等)也會影響水質(zhì)。有時還要投加穩(wěn)定劑和殺菌滅藻劑以便穩(wěn)定水質(zhì)。,May_2011_JDY,23,濃縮倍數(shù),在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于不斷蒸發(fā)，水中離子含量愈來愈高。 濃縮倍數(shù)：循環(huán)水中某物質(zhì)的濃度與補充水中該物質(zhì)的濃度之比。 通常選用的物質(zhì)有Cl-、SiO2、K+等物質(zhì)或總?cè)芙夤腆w。,May_2011_JDY,24,補充水量和排污水量,不論系統(tǒng)中某離子的初始濃度是多少，隨著運行時間的推移，其最終的濃度總是濃縮倍數(shù)和補充水中離子濃度的乘積。 控制好補水量和排污水量能使系統(tǒng)中某些離子濃度穩(wěn)定在一個定值上。,May_2011_JDY,25,案例：TRASAR技術(shù)在寶鋼1420冷軋循環(huán)水處理的應(yīng)用- 高湘給水工程技術(shù)及工程實例(P397),主要技術(shù)參數(shù)： 系統(tǒng)供水量12500m3/h;系統(tǒng)保有水量7000m3;補充水量283m3/h;排污水量157m3/h;溫差7; 濃縮倍數(shù)1.8。 特點：用水點多、供水量大、管線長、水質(zhì)穩(wěn)定性要求高，系統(tǒng)采用較高的控制水平。,May_2011_JDY,26,人工投加水處理藥劑的缺陷,影響因素多，如負(fù)荷量、排放量、氣候變化等，因此，體系中藥劑濃度不穩(wěn)定； 不能隨時確知藥劑濃度的改變，為保證藥劑劑量在底線以上，常過量投加藥劑； 分析頻率高，投入人力較多。,May_2011_JDY,27,美國Nalco的循環(huán)水監(jiān)測控制系統(tǒng),系統(tǒng)主要構(gòu)成： TRASAR技術(shù)- 熒光示蹤劑信號連續(xù)監(jiān)測（故只能采用Nalco的水處理藥劑）； 在線pH計和電導(dǎo)儀； 微生物監(jiān)測； TRENDCHECK數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件； TOWERSCAN運行效果監(jiān)測。,May_2011_JDY,28,TRASAR技術(shù),Nalco公司1990年代開發(fā)的專利。 將少量的熒光示蹤劑與水處理藥劑按比例混合加入循環(huán)水中，熒光劑被特定波長的光激勵發(fā)出熒光，很低濃度下（0.01 g/L）即可被光電倍增管檢測出來。 TRASAR可在線監(jiān)測水處理藥劑的濃度，對信號進(jìn)行分析處理，以反饋控制加藥泵的開閉。（水處理劑的損失和濃縮！） 特點：系統(tǒng)運行穩(wěn)定、節(jié)省藥劑用量、自動記錄加藥劑量以備數(shù)據(jù)分析。,May_2011_JDY,29,TRASAR 控制技術(shù),May_2011_JDY,30,通過濾光片選擇激勵光波長,May_2011_JDY,31,熒光的激發(fā)與發(fā)射,Excitation Filter-激發(fā)單色器，只