第五章 循环冷却水处理

第一节 水循环冷却类型
水是热容性最高的,也是最常见的物质之一,因此在工业生产过程中一般采用水冷却的方式降低某些换热设备内介质的温度。冷却系统的类型可分为以下四种类型。
一、直流间接冷却水系统
直流间接冷却水系统是水经过换热器一次使用后被排放掉,在水源充沛地区有条件采用。对于采用冷却池冷却的循环冷却水系统,如果V/Q> 60 (V一冷却水池容积,m³;Q一循环水量,m³/h)时,可按直流冷却水系统考虑。
为防止直流冷却水系统结垢,冷却水温度与冷却水中碳酸盐硬度关系见图5-1。
防止直流冷却水系统结垢的方法主要有以下几种。
(1)限制水的温度,对碳酸盐硬度小于7mmol/L,将水的温度控制在允许的范围内。
1)对常温下稳定的地表水允许的温度tw。
2)对常温下不稳定的地表水允许的温度tw。
(2)低剂量加药法。向水中加人0.3-0. 5mg/1-的三聚磷酸钠或其他阻垢剂可防止直流冷却系统结垢。但不经济。
天然水水温随季节、天气和气温而变化。直流冷却水系统却水量很大时,会造成水体增温,破坏水生态系统产生热污染现象。为了保护环境制定了冷却水温度排放标准或以排热口和混合后的增温界限为标准。
二、敞开式间接循环冷却水系统
在敞开式间接循环冷却水系统中,经过换热器使用后,水的冷却需要与空气直接接触,根据A-与空气接触方式的不同,可分为水面冷却、喷水冷却池冷却和冷却塔冷却等。经过热交换后的冷却水通过冷却塔冷却后,由于蒸发、浓缩以及与空气的直接接触,循环冷却系统水质将发生如下变化:①浊度增加;②在冷却系统中温度升高到40℃左右导致Ca (HCO3 ) z分解产生CaC03垢;③含盐量增加;.pH值增加;⑤溶解氧增加,可能导致循环冷却设备的氧腐蚀。因此敞开式循环冷却水处理主要防止热交换器结垢、腐蚀、菌藻微生物的滋生和薪泥沉积。在GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》中规定:设备传热面水侧污垢热阻值应小于3. 44X 10-4 m2·K/W;设备传热面水侧豁附速率不应大于15mg/(c㎡·月);碳钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0. 075mm/a;铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0. 005mm/a。间接循环冷却水系统水质指标见表5-1。
三、密闭式循环冷却水系统
冷却水是密闭循环的,水的冷却不与空气直接接触。密闭式系统循环冷却水的水质标准应根据生产工艺条件确定(通常为软水或除盐水)。在密闭的系统中换热,冷却水是通过与空气换热设备或水一水换热设备降温,再循环使用的给水系统。闭式循环水系统的水不受周围环境影响,并且没有浓缩水中原有各种离子的问题,其质量浓度不变,闭式循环冷热水系统的主要问题是腐蚀。闭式循环冷却水系统设备传热面水侧污垢热阻值应小于0. 86 X 10-4 m2·K/W;碳钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0. 075mm/a;铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0. 005mm/a。闭式系统循环冷却水水质指标见表5-2.
四、直冷开式循环冷却水系统
直冷开式循环冷却水系统指循环冷却水与被冷却介质直接接触换热且循环冷却水与大气直接接触散热的循环冷却水系统。其水质指标见表5-3.
第二节敞开式间接冷却系统循环水处理
一、冷却系统
敞开式循环冷却系统装置通常由冷却设备(自然通风冷却塔或机力通风冷却塔)、循环水泵、换热设备(热交换器)、旁滤设备(过滤器)、补充水处理装置(包括补充水处理系统设备、水质稳定剂加药设备以及加氯、药剂仓库)等部分组成,见图5-2。补充水水源可来自地下水、城市污水的再生水(中水)、河水以及海水循环冷却系统时采用的海水。
二、循环水系统水量平衡
(一)开式循环水系统的各项损失
P=P1+P2+P3+P4
式中P1一循环水系统的蒸发损失,占循环水量的百分数,%;
P2—冷却塔吹散(风吹)损失,占循环水量的百分数,%;
P3一为调整水质必需的连续排污量,占循环水量的百分数,%;
P4—循环水系统的渗漏损失,占循环水量的百分数,%;
P—补充水率,%。
P1和P2+P4参考值见表5-4和表5-5.
(二)开式循环水系统的补充水量Qm计算
(三)循环冷却水系统容积计算誉
间冷开式系统的水容积v宜小于循环冷却水量的1/3;系统的水容积V可按下式计算,即
V=Ve+Vr+Vt
式中Ve一循环冷却水泵、换热器、处理设施等设备中的水容积,m³。
Vr—循环冷却水管道容积,m³。
Vt—水池水容积,m³。
三、水质稳定性判断
关于水质稳定性判断,推荐计算公式为
pHs=9.70+A+B-C-D
式中A——总溶解固体常数;
B一一温度常数;
C一一钙硬度常数;
D一一总碱度常数,见表1-26一表1-28.
预测冷却水系统结垢倾向,一般情况下饱和指数IS用于直流冷却水系统,S稳定指数用于循环冷却水系统。
四、浓缩倍数N
循环水浓缩倍数N是指循环冷却水系统在运行过程中,由于水分蒸发、吹散损失等使循环水不断浓缩的一个指标。如果控制浓缩倍数低,则补充水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥;浓缩倍数高可以减少水量,节约水处理费用;但浓缩倍数过高,水的结垢倾向会增大,结垢控制及腐蚀控制的难度会增加,水处理药剂会失效,不利于微生物的控制(间冷开式系统微生物的控制指标规定:异养菌总数不小于1×10-5个/mL,生物薪泥量不小于3mL/m3 ),因此循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。零排污或近于零排污的循环冷却水系统,使排污水最大回用,有利于节水和保护环境。实质上是将循环冷却水处理与旁流水处理相结合的设计。对于这种系统,应根据其极限浓缩倍数(仅由风吹损失水量或加上极少量的排污水量决定)与循环冷水中容许的水质极限值等因素确定。中国节水技术政策大纲(-oo五年四月二十一日)提出,在敞开式循环间接冷却系统,推广浓缩倍数大于4的水处理运行技术;逐步淘汰浓缩倍数小于3的水处理运行技术。
《火力发电厂节约用水的若干意见》要求,循环冷却水的浓缩倍率,应根据不同水质、凝汽器管材通过试验并经技术经济分析比较后确定。各种循环冷却水处理方案一般应达到以下效果:
(1)加防垢防腐药剂及加酸处理,浓缩倍率应在3左右。
(2)共用石灰处理,浓缩倍率应在4左右。
(3)采用弱酸树脂等处理方式,浓缩倍率应在4以上。循环冷却水处理技术,朝着节水、节能、满足环境保护要求的方面来发展。
GB 50050-2007中规定:间冷开式系统的设计浓缩倍数不宜小于5.0,且不应小于3.0;直冷系统的设计浓缩倍数不应小于3.0。可按照水量平衡计算浓缩倍数,即
N= Qm / (Qb + Qw )
式中N—浓缩倍数;
Qm—补充水量,m³/h;
Q—排污损失水量,m³Jh;
Qw—厂风吹损失水量,m³/h,
补充水率与循环水浓缩倍数关系见图5-3.
实际上,排污损失是必不可少的,由于蒸发损失的存在,循环水会不断的浓缩,要保证设备不腐蚀、不结垢就要不断地排出一部分浓缩的循环水,补人新鲜水。排污率(尸。)的大小,取决于循环水浓缩倍数N的大小,浓缩倍率越大排污率就越小。从图5-3中看到,在N=1~2时,随着浓缩倍数增加,补充水量和排污水量迅速减少。当浓缩倍数达到4-5倍以上时,曲线变得平缓,补充水量和排污水量减少得很少。浓缩倍数增加会导致循环水系统结垢、腐蚀倾向。从节水和水处理效果考虑浓缩倍数在3-5倍比较合适。循环水系统排污一般有两种途径:①通过集水池底排阀连续直接排放;②通过旁滤池反洗间接排污。循环水系统排污水回收处理是节水技术的有效措施。

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