冷卻塔循環冷卻水系統結垢

冷卻塔循環冷卻水系統的結垢結垢是污垢中的一種，泥垢、黏垢是指懸浮物、泥砂、微生物等引起的。結垢是指無機鹽類的沉積物，較硬而結實，這里指的結垢就是此沉積物。1、碳酸鈣硬度固體在水中的溶解達到飽和狀態的溶液稱為飽和溶液。飽和溶液中溶質的濃度稱為溶解度。固體的溶解度隨溫度而變化，其中絕大多數的無機鹽的溶解度是隨溫度的升高而增加。但有些鹽類的溶解度卻隨溫度的升高而降低，如表12-3中對水質影響較大的幾種鈣化合物。從表1223可見，CaHCO33的溶解度比CaCO3要大100倍左右，因此水中的鈣硬主要是指CaHCO32。現在來討論一下，在循環水系統中為什么新鮮的補充水不析出鈣硬，而在循環過程中會造成結垢的問題。在前述討論CO2含量的降低中，用反應式12-1來加以說明，現討論鈣硬結垢的平衡方程式的平衡移動過程仍用此式來說明。綜合有關因素和平衡移動的條件，式12-1可寫成：在敞開式循環冷卻水系統中，方程式的平衡會隨著循環過程而向右移動，原因為：1水中CO2的溶解度隨溫度的升高而降低，0℃時的溶解度為1710mgL，到30℃時為665mgL，CO2因受熱而溶解度降低，在冷卻塔中逸出，使平衡向右移，形成CaCO3沉淀。2CaCO3本身的溶解度隨水溫升高而降低，在受熱過程中CaCO3沉淀析出，也使平衡向右移動。3由于水的濃縮，使水中的Ca2+和HCO-3的濃度增加，促使平衡向右移動，形成CaCO3沉淀。4水的pH值隨著循環過程而升高。一般工業用水的pH值在7、5左右，當濃縮1倍時pH值會升高到8，9。pH值的升高即OH-離子濃度增加，使HCO3-離子離解，根據水的碳酸平衡使方程平衡向右移。2、腐蝕產物形成的銹層結垢鐵腐蝕后最初形成的是FeOH2沉淀。以后會被水中溶解氧氧化成FeOH3沉淀。FeOH3可脫水而成Fe2O3變垢。腐蝕產物和鈣垢是往往粘在一起形成灰黑色的硬垢。綜合上述，結垢與水中溶解鹽的濃度、溫度等因素有關，循環水比直流水的結垢要嚴重得多。結垢的部位主要在熱交換器的管壁，結垢必然會影響傳熱效果，從而降低生產效率。同時，結垢不均勻會導致危害性極大的局部腐蝕。因此，防垢和防腐蝕是循環冷卻水水質穩定處理的主要內容。3、極限碳酸鹽硬度所謂極限碳酸鹽硬度Hj是指在一定水質條件和溫度下，水中游離的CO2沒有或很少時，使CaCO3不析出的臨界值，一般在循環冷卻水中為2～4、5meqL。用經驗公式計算為：式中Hj——循環水極限碳酸鹽硬度meqL；［O］——補充水的耗氧量mgLO2；t——循環水的最大溫度，如果t＜40℃，仍用40℃；Hf——補充水的非碳酸鹽硬度meqL。式12-37只適用于循環水水溫t滿足30℃＜t＜65℃及［O］＜25mgL。

冷卻塔設計氣象參數確定

前面討論中，空氣的干球溫度θ和濕球溫度τ，是冷卻塔設計和熱水在冷卻塔中的冷卻，是非常重要的兩個氣象參數，直接關系到水的冷卻效果和冷卻塔的造價。前面講到的冷幅高t2-τ=3-5℃，是對低溫塔也稱標準型塔，其冷卻溫差Δt=t1-t2=5℃和中溫塔Δt=t1-t2=10℃的設計標準來說的，對于高溫型塔就不適用了。如上海地區實為代表除省外的華東地區，設計采用的θ=31、5℃，τ=28℃，低溫塔進水溫度t1=37℃，出塔溫度t2=32℃，t2-τ=32℃-28℃=4℃；中溫塔設計進塔水溫t1=43℃，出塔水溫t2=33℃，t2-τ=33℃-28℃=5℃，均符合3～5℃之間，但高溫塔就不符合了。高溫塔設計進塔溫度t1=55℃，出塔水溫t2=35℃，則t2-τ=35℃-28℃=7℃5℃。因此冷幅高為3～5℃主要是對標準型的低溫塔來說的。我國地域遼闊，東南西北中各地氣溫相差較大。按地區來劃分，各大區冷卻塔設計采用的氣象參數是不同的，因此南方設計的塔可適用于北方，冷卻效果好，但反之，北方設計的塔就不適用于南方了。在現代冷卻塔設計中，按夏季不利的氣象條件下，只考慮蒸發散熱量Hβ，不考慮傳導散熱量Hα即Hα=0進行的。那么設計冷卻塔的氣象參數是如何確定的呢下面給予較詳細論述。確定氣象參數的基本原則冷卻塔設計計算所需要的氣象參數包括干、濕球溫度θ與τ；相對濕度；大氣壓力mmHg；風向、風速及冬季最低氣溫等。影響水冷卻效果的主要是θ與τ及。冷卻塔設計的氣象參數是按夏季不利的氣象條件下設計計算的，但是如果采用夏季的最高溫度和濕度來進行設計也是不合理的。因為最高的溫度和濕度在一年中出現的次數并不很多，僅占很短的時間，如果按夏季最高溫度和濕度進行冷卻塔設計，那么必然會使設計的冷卻塔尺寸很大，使冷卻塔的造價和日常的電耗大大增加，這是不經濟的，得不償失的。反過來，如果設計采用的溫度和濕度太低，那么較多時間內冷卻塔的出塔水溫t2達不到符合冷卻生產設備和所需要的溫度，會引起熱交換設備運轉條件的惡化，或使生產工藝過程遭到破壞，造成巨大的損失，或空調系統工作的破壞等。因此冷卻塔設計采用的干、濕球溫度的基本原則為：既不能采用夏季的最高干、濕球溫度，又要滿足生產工藝對冷卻設備和對水溫的要求，按一定的保證率來確定。或按5%～10%的頻率P來確定，兩種方法都有采用。空氣干、濕球溫度一般以近期連續不少于5年的資料，每年最熱時間3個月的頻率為5%～10%的晝夜平均干、濕球溫度作為設計依據。我國石油、化工、機械工業多采用5%的頻率；冶金、電力和民用采用10%的頻率；對于生產工藝要求很高的，計算頻率要采用1%。冷卻塔氣象參數的計算統計與確定方法1、氣象參數的計算統計氣象參數一般均采用當地氣象部門記錄的數據為依據，把5年以上實測記錄的日平均干、濕球溫度按表5-1所列項目進行統計干球溫度與濕球溫度分開統計，表格內容相同，然后按表5-1的θ、τ數據繪制干、濕球溫度頻率曲線。如圖5-7所示。氣象參數取在設計頻率的濕球溫度和大氣壓力的日平均值。按圖5-7，取設計頻率為10%，則查得濕球溫度為24、9℃，干球溫度為29、6℃；取設計頻率為5%，得τ=25、6℃，θ=30、5℃；取設計頻率為1%時，得τ=26、9℃，θ=32℃。一般常采用5%的設計頻率。2、氣象參數的確定方法目前設計冷卻塔選用的氣象參數分為三種情況進行計算。第一種情況：根據夏季平均每年超過最熱的20d晝夜平均干、濕球溫度進行計算，要求氣象資料不少于5～10年，其保證率為94、4%。這種適用于設計要求比較低的情況下采用。94、4%保證率的意思是指：夏季6、7、8三個月共92d，不能保證達到設計所規定的冷卻效果的時間天數為92×1-94、4%=4、55d，其余時間都能達到設計所規定的冷卻效果。第二種情況：根據夏季平均每年超過最熱的10d晝夜平均干、濕球溫度進行設計計算，其保證率為97、3%，一年中不能達到設計規定的冷卻效果天數為：92×1-97、3%=215d。目前我國設計的冷卻塔基本上都是按照這第二種情況設計的。第三種情況：采用5d的晝夜平均氣溫或者采用白天下午1時或2時的平均溫度值進行設計，這種設計的要求較高，保證率達98、6%，也就是說一年中不能達到設計規定的冷卻效果天數僅為92×1-98、6%=1、3d。關于夏天平均每年超過10d或20d晝夜干濕球溫度如何取用和整理，常用的有以下4種方法。1、取用歷年夏季6、7、8三個月或5月15日至9月15日每天下午2時即14時的干、濕球溫度的觀測值直接編制保證率曲線。2、取用歷年夏季或5月15日至9月15日每天8、14、20時干、濕球溫度三次觀測平均值編制保證率曲線，即稱為三點法。3、取用歷年夏季或5月15日至9月15日每天第2、8、14、20時干、濕球溫度四次觀測平均值編制保證率曲線，即稱為四點法。4、取用歷年夏季或5月15日至9月15日每天第2、8、14、20時干、濕球溫度四次觀測值，并將每次觀測值按14d折算，然后再編制保證率曲線。過去常采用三點法，現基本上均采用四點法，因一晝夜4次標準時間2、8、14、20h測定值的算術平均值是國家氣象部門規定的標準法。表5-2是我國部分城市的平均每年超過一定天數的溫度數值統計。根據表5-2，上海地區按夏季平均每年超過最熱的10天晝夜平均干、濕球溫度進行設計保證率為97、3%，則得上海地區設計的氣象參數為：干球溫度θ=31、5℃濕球溫度τ=28℃相對應的大氣壓力Pa=753mmHg風速為V=1、58ms。目前華東地區除省部分外的冷卻塔設計基本上均采用上海的氣象設計參數。冷卻塔空氣風速及大氣壓力1、空氣風速冷卻塔計算中的外界空氣風速，常采用多年夏季6、7、8三個月的平均風速。計算風速一般為距地面2m高度為準，當不符合要求時實測時往往離地面高度不同，可按奧伯寧斯基近似公式進行換算：式中Vh——距地面高度hm處風速ms；V0——氣象臺風速儀安裝高度h0m處的速度ms；h0——氣象臺風速儀安裝高度風標高度m。風速的大小影響到冷卻塔的冷卻效果、塔結構的計算和是否需要實行有關的措施。2、大氣壓力大氣壓力通常采用夏季平均氣壓或最熱月平均氣壓，表5-2部分城市的大氣壓力為夏季的平均氣壓數值。當大氣壓單位為mmbar，應換算為mmHg，1mmbar=34mmHg。總之，在選用氣象參數時，要因地制宜，不能盲目套用建設地區附近的氣象臺資料未經統計過的某些數值，特別是對地形變化較大地區的冷卻塔的設計與布置，如山區的多變小氣候更應慎重考慮。同時對于冷卻塔群布置時，要考慮和估計濕空氣回流的影響及冷卻塔接近熱源或高大建筑物受到氣溫升高和自然風速減少等不利條件。