May_2011_JDY,1,第三章循环冷却水处理,May_2011_JDY,2,重点内容,循环水的冷却循环水的冷却系统系统的运行循环水的水质稳定技术问题：水垢、设备腐蚀、微生物滋生相应的水质稳定技术,May_2011_JDY,3,3.1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，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。这种降低水温的设备称为冷却构筑物。,May_2011_JDY,4,两种冷却水系统,直流冷却水系统冷却水仅通过一次换热就排放。不符合节约用水的要求，待改造。循环冷却水系统封闭式系统敞开式系统,May_2011_JDY,6,封闭式循环冷却水系统,在循环过程中，冷却水不暴露于空气，损失少，水质变化慢。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冷却。封闭式系统应用：发电机、内燃机、单台换热设备。,May_2011_JDY,7,封闭式系统示意图,1-冷却水；2-冷却水泵；3-冷却工艺介质的换热器；4-热水；5-热水泵；6-冷却热水的冷却器；7-冷水,May_2011_JDY,8,水冷式散热器的散热效率极高，等于空气自然冷却换热系数的150300倍。代替风冷式散热器，可大大提高器件的容量。在高电压大功率电子器件中，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，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。此时由于器件两端可能跨越几kV的高电压，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解的杂质，该杂质离子的存在会引起水漏电。通常大功率变流器所采用的冷却水的电导率大约为0.10.5S/cm（对应的电阻率为210Mcm）。,电力电子设备的散热-封闭式纯水循环,May_2011_JDY,9,大功率电力电子装置纯水冷却系统,May_2011_JDY,10,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却的电子元件将热量带走，进入风冷装置（风冷换热器），与大气换能，使循环水降温后再回到水泵。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水中的离子及空气通过水泵密闭处渗入的氧气。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，其中的阴阳离子及氧气均被吸附脱除。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。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。,May_2011_JDY,11,敞开式循环冷却水系统,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，需要补充水量（补充水），排出一定浓缩水（排污水）。,May_2011_JDY,12,1-补充水(M)；2-冷却塔；3-冷水池；4-循环水泵；5-渗漏水(F)；6-冷却水；7-冷却用换热器；8-热水(R)；9-排污水(B)；10-蒸发损失(E)；11-风吹损失(D)；12-空气,敞开式循环冷却水系统-示意图,May_2011_JDY,13,发电机组的循环冷却系统,May_2011_JDY,14,凝汽器-换热部分,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）以及抽空气等。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结水泵排走，正常水位时其水容积为不少于4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,用循环水冷却。,May_2011_JDY,15,敞开式循环冷却水系统-冷却塔,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，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。冷却塔的种类很多，根据空气进入塔内的情况分自然通风和机械通风两大类。冷却塔内部装有溅水装置(填料)，由板条交错排列而成，或采用膜式填料。,May_2011_JDY,16,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：蒸发传热和接触传热。蒸发传热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液态水分子之间的吸引力而汽化逸入空气中，并带走汽化潜热，使液态水的温度下降。每蒸发1kg水，要带走约2.43106J的热量。蒸发传热带走的热量约占冷却塔中传热量的75-80。接触传热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，带走的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20-25%。,May_2011_JDY,17,风筒式逆流冷却塔的工艺构造,配水系统；淋水装置；百叶窗；集水池；空气分配区；风筒,May_2011_JDY,18,抽风式逆流玻璃钢冷却塔结构,May_2011_JDY,19,玻璃钢冷却塔的应用,优点：生产已系列化、规格齐全；体积小、重量轻；可以拆迁，运输方便；造价相对较低；广泛应用于中小型化工厂、制药厂、宾馆等。缺点：强度低；使用寿命相对于钢筋混凝土结构的冷凝塔较短。,May_2011_JDY,20,喷流式冷却塔,热水通过压力喷嘴喷向塔内，成为散开的喷流体，同时将大量空气带入塔内，热水通过蒸发和接触传热将热量传给空气，冷却后的水落人集水池，空气通过收水器后排出。这种塔不用填料和风机，因而没有风机噪声。处理水量可从每小时几吨到几百吨。,May_2011_JDY,21,热交换过程的优化,通过热力学传导理论，热交换过程并非温差越大越好，也不是流量越多越好，而是将循环冷却水出入水口温度端差控制在4.56.5范围内对于热交换系统才是最经济的。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。,May_2011_JDY,22,循环冷却水运行,循环水在使用过程中，由于降温的需要，少量水在冷却塔中蒸发，而盐分仍留在系统中，产生盐类浓缩作用；同时由于热水与空气充分接触，使循环水中二氧化碳CO2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。因此，必须对水质进行稳定性处理。此外，外界的污染(如有机物、微生物、藻类等)也会影响水质。有时还要投加稳定剂和杀菌灭藻剂以便稳定水质。,May_2011_JDY,23,浓缩倍数,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。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。通常选用的物质有Cl-、SiO2、K+等物质或总溶解固体。,May_2011_JDY,24,补充水量和排污水量,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，其最终的浓度总是浓缩倍数和补充水中离子浓度的乘积。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上。,May_2011_JDY,25,案例：TRASAR技术在宝钢1420冷轧循环水处理的应用-高湘给水工程技术及工程实例(P397),主要技术参数：系统供水量12500m3/h;系统保有水量7000m3;补充水量283m3/h;排污水量157m3/h;温差7;浓缩倍数1.8。特点：用水点多、供水量大、管线长、水质稳定性要求高，系统采用较高的控制水平。,May_2011_JDY,26,人工投加水处理药剂的缺陷,影响因素多，如负荷量、排放量、气候变化等，因此，体系中药剂浓度不稳定；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，常过量投加药剂；分析频率高，投入人力较多。,May_2011_JDY,27,美国Nalco的循环水监测控制系统,系统主要构成：TRASAR技术-荧光示踪剂信号连续监测（故只能采用Nalco的水处理药剂）；在线pH计和电导仪；微生物监测；TRENDCHECK数据统计软件；TOWERSCAN运行效果监测。,May_2011_JDY,28,TRASAR技术,Nalco公司1990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（0.01g/L）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，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！）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。,May_2011_JDY,29,TRASAR控制技术,May_2011_JDY,30,通过滤光片选择激励光波长,May_2011_JDY,31,荧光的激发与发射,ExcitationFilter-激发单色器，只允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长50-150nm。,May_2011_JDY,32,TRENDCHECK数据统计软件,对TRASAR在线、连续的监测信号进行处理，并绘出反映系统加药的统计分布图，指导日常的运行管理。讨论：TRENDCHECK还可以实现哪些功能?,May_2011_JDY,33,NALCO的全球服务,