冷卻塔循環水循環過程中水質變化

冷卻塔循環水循環過程中的水質變化水在循環使用和冷卻過程中，會不斷地產生問題，引起循環水水質的變化，主要有以下方面。1、CO2含量的降低循環水在循環過程中和在冷卻塔中與空氣接觸，水中游離及溶解的CO2大量散失，引起水質不穩定，產生CaCO3等沉淀結垢。這可從反應式12-1得到理解：反應式12-1達到平衡時，水中CaCO3、CO2和CaHCO32量保持不變，CaCO3不會產生沉淀結垢，稱為穩定的水，或稱水質穩定。現反應式右邊的CO2不斷散失，左邊的CaHCO32不斷分解，則不斷地產生CaCO3沉淀結垢。同時水中CO2的含量與水溫密切相關，水溫越高，CO2含量越少，見表12-1所示。水在冷卻設備或后水溫升上，則水中CO2含量很少，易產生CaCO3沉淀，這就是換熱器中形成結垢的主要原因之一。2、含鹽量的增加由于水在循環和冷卻的過程中，水量不斷被蒸發，水中含鹽量不斷被濃縮而增加。水量損失以循環水量的百分比%計，設蒸發損失水量為P1，風吹飄失水量為P2，漏失水量為P3，排污損失水量為P4，則總損失水量即要補充的新鮮水量為：P=P1+P2+P3+P412-2設補充水單位體積的含鹽量為α0mgL，循環水單位體積的含鹽量為αmgL，則補充水量進入系統的鹽量為QP1+P2+P3+P4α0m3h，因蒸發水量損失并未造成鹽量損失，則水量損失造成的含鹽量損失為QP2+P3+P4αm3h。α與α0之比稱為循環水系統的濃縮倍數，用N表示，則；在水量損失量P中，只有排污水量P4是可以變化的，為盡可能減少補充水量，只有通過減少排污量的辦法才能達到，則含鹽量必增加，濃縮倍數N也會增大。在實際運行中，循環系統中Cl-僅僅從補充水進入，并無其他來源時，由于氯化物溶解度很大，在系統中不會沉淀下來，系統中氯化物濃度在全部溶解鹽類濃度中所占比例不會變化，所以Cl-濃度與補充水的Cl-濃度之比也代表了含鹽量之比，則濃縮倍數可寫成：3、pH值的變化循環水的pH值變化與水中的堿度、溫度有關，并高于補充水的pH值。補充水進入循環冷卻水系統中之后，水中游離的和溶解的CO2在塔內等處曝氣過程中逸入大氣中而散失，故冷卻水的pH值逐漸上升，直到冷卻水中的CO2與大氣中的CO2達到平衡為止。此時的pH值稱為冷卻水的自然平衡pH值。冷卻水的自然平衡pH值通常在8、5～9、3之間。為計算出溫度變化而引起的pH值變化，可以把室溫20℃計下測得的pH值與另一溫度下的pH值之間寫成下式表示：pHt=pH20-αt12-8式中pH20——在水溫為20℃時測得pH值；pHt——在水溫為t℃時的pH值；αt——溫度t℃時的pHt校正值。在水溫為20℃時，不同的堿度在水溫為t℃時校正值αt與對應的20℃的pH已制成表這里略，查得后按式12-8得pHt值。如查得堿度0、5molL，pH20=9、0時，50℃時的α50為0、4，故得50℃的pH50=pH20-αt=9、0-0、4=8、6。4、濁度的增加循環水中沉淀物可分為泥垢、結垢和黏垢三類，通稱為污垢。主要成分為泥土、膠體等懸浮物引起的沉淀物稱為泥垢；主要成分為溶解鹽類如CaCO3，MgOH2引起的沉淀物稱結垢；由微生物塔內微生物的自然生長和鐵細菌等的腐蝕所引起的黏狀沉淀物稱為黏垢。這三類污垢在循環水中都存在，而且不斷濃縮增加，則濁度也必然增加。除上述之外，循環水在冷卻塔中不斷與空氣接觸，使空氣中的塵埃不斷地帶入循環水中；水在塔內與空氣接觸，使空氣中的氧不斷地溶入水中，對換熱器會進行氧化腐蝕；水中含有富營養化物質，塔內水中氧氣充分，水溫適宜，有利于微生物繁殖，并不斷地新陳代謝。這些都會增加循環水的濁度。5、溶解氧的增加水在冷卻塔內冷卻的過程中，實際上也是不斷噴灑曝氣過程，水中溶解大量的氧，可達到或接近該溫度與壓力下氧的飽和濃度，這是很不利的，會增加循環水對被冷卻設備、換熱器等腐蝕。6、微生物含量的增加微生物含量增加主要有以下方面：冷卻水的水質標準見表122遠低于自來水，富營養化成分豐富，為微生物生長繁殖提供了營養物質基礎；由于水中有充足的溶解氧，為微生物提供耗氧繁殖；適宜的水溫在日光照射部分及塔內會產生藻類繁殖；水中溶解的氧對設備的氧化腐蝕又會產生微生物。因此水在循環過程中不同微生物的量均會增加。7、有害氣體的溶入循環水在冷卻塔內如果與受污染空氣接觸時空氣中的SO2、H2S、NH3等有害氣體不斷地溶入循環水中，會對鋼、銅、銅合金的腐蝕性增大。8、工藝泄漏物的溶入冷卻水在循環過程中，系統中的換熱器可能發生泄漏，從而使工藝物如煉油廠的油類、合成氨廠的氨等進入循環水中，使水質惡化或水的pH值發生變化，增加循環水對設備、換熱器等的腐蝕、結垢或微生物生長。

天然冷卻池

模型試驗目的冷卻池的設計一般均以物理模型試驗方法來估算冷卻池的水力、熱力特性和確定合理的工程方案布置。電力部門在試驗室和原型條件下，進行試驗研究工作，建立了較符合當地實際情況的計算資料。模型試驗的目的為：1、確定冷卻池在一定工程條件下的最大散熱能力。2、選擇排、取水口的最優工程布置。3、計算多年月平均取水水溫。自然水溫的確定自然水溫是冷卻池設計的重要參數之一，一般按下列設計標準選用：1、深水型冷卻池按歷年不少于5年中最高的月平均自然水溫設計。2、淺水型冷卻池按歷年不少于5年中連續15天的日平均自然水溫最高值設計。3、自然水溫應根據實測資料或條件相似的水體觀測資料確定。當缺乏實測資料時，可按熱平衡方程或經驗公式計算。冷卻池設計原則1、盡量利用已有水庫、天然湖泊、江河、河網及海灣，必須建造人工冷卻池時，應考慮綜合利用的可能。2、水溫、水質的變化應盡可能減少對工農業用水及漁業等的不利影響。3、冷卻池要考慮防止岸邊崩坍、沖刷、淤積、滲漏、冰凌和冰絮阻塞等問題。4、盡量促進水溫差產生的異重流；工程布置和設施要有利于提高水池表面水溫；擴大水池內高溫區面積；延長熱水排水口至取水口的流動時間。5、冷卻池水體對溫度排放標準有要求時，應在工程上采取相應措施，使池水達到要求時的流態和溫度。6、利用水庫或湖泊作冷卻循環水，應根據水體的水文、氣象條件、水利利用、運行方式及水工構筑物的設計標準等資料進行設計。7、冷卻池的設計最低水位，應根據水體的自然條件、冷卻要求的水面面積和最小水深、泥砂淤積和取水口的布置等條件確定。在夏季最低水位時，水流循環區的水深不宜小于2m；正常水位和洪水位應根據水量平衡和調洪計算成果、循環水系統對水位的要求和池區淹沒損失等條件，進行技術經濟分析確定。8、新建冷卻池應根據冷卻、取水、衛生和其他方面的要求，對池底進行清理；初次灌水至運行要求的最低水位所需要的時間，應滿足工業企業投入生產的要求。9、冷卻池應有可靠的補充水源，補充水量應≥冷卻池的損失水量。損失水量為自然蒸發損失、排污損失和滲漏損失三者之和。冷卻水補充水源的設計標準應根據工業企業的重要性和生產工藝的要求確定。一般可采用保證率95%～97%的枯水率水量；當有地面徑流作補給水時，宜設置向冷水池下游排放熱水的旁路設施。10、冷卻池應考慮泥砂淤積對取水口～熱水排放口的位置和冷卻能力的影響，必要時應采取防止或控制淤積發展的措施；取水口和熱水排放口位置的選擇，還應考慮風向對取水溫度和熱水擴散的影響。11、為提高冷卻池的冷卻能力或降低取水溫度，可采用導流堤、潛水堰和擋熱墻等工程措施。12、地面徑流補給水的冷卻池，應有排泄洪水的設施；人工補給水的冷卻池，應根據需要設置溢流和放水等設施。熱力計算水面冷卻熱力計算一般有以下幾種方法：1、一般估算：適用于工程可行性研究，以一些簡化公式、圖表，估計水面散熱能力、取水水溫。2、數學模型：根據流體的動量、質量、能量守恒方程和研究對象的邊值條件，采用數值計算方法求解。可以求得流速場和相應的水面散熱能力、取水水溫等。3、物理模型試驗：根據物理模型試驗得出的溫度場，計算水面散熱能力。一般在試驗報告中，已有冷卻池冷卻熱力計算成果，可供設計使用。冷卻塔可冷卻的循環水量式中H——冷卻池中散熱能力Mcald；Q——可冷卻水量m3d；C——水的比熱Mcalt·℃，取C=1；γ——水的密度tm3，取ρ=1；t1——熱水排水溫度℃；t2——取水溫度℃。冷卻池的工程設計與布置1、取水與熱水排水口的平面設計布置：深水型水池一般水深4m只要取水構筑物設置在熱水層以下，取水口與熱水排水口之間的平面距離不是影響取水水溫的主要因素。取水口與熱水排水口采用重疊布置已日益重視；淺水型水池一般水深＜3m內無溫差異重流運動，表層與底層水溫差小，熱量的調蓄作用極微，水面冷卻能力主要與取水、熱水排水的平面距離有關。因此，取水與排水口平面距離設計是淺水型水池工程布置的重點。為提高水池水面的利用系數，可在取水與排水口之間設置導流堤，如圖2-7所示。導流堤一般布置在熱水排水口附近，堤頂高程應高于設計水位。深水型水池亦可設置導流堤，以控制出水流向和減低流速。導流堤可用石料砌筑，或打鋼板樁填土而成，其平面形狀可根據需要做成曲線或直線型。工程設計布置應考慮風的影響，在夏季主導風向作用下，取水與排水口應背主導風向布置；取水口不宜設在有熱水堆積的水池一側。2、熱水排水口1平面設計布置：盡可能使出水平順。排水口可做成擴散形，必要時加筑弧形潛水堰，如圖2-8、圖2-9所示。2高程設計布置：以出水水面與水池水面平齊為宜，避免潛沒出流及下注出流。1出流和水池水面平。出流平靜，表面水溫較高，如圖2-10所示。2潛沒出流和下注出流。出流摻混強度大，水池內水面溫度低，如圖2-11、圖2-12所示。3由于其他原因，熱水排水口布置不可避免發生潛沒出流時，為改善流態，可將熱水排水口出口向上稍翹，形成挑流，如圖2-13。4熱水排水出口流速不宜過大。當排水口尺寸受工程投資限制時，可在排水口前設置潛水堰。5水位變化幅度較大的水池，可設置一道以上潛水堰。3潛水堰1潛水堰的作用是擋冷溢熱，減小出口流速和使出流水面與水池水面平齊。2潛水堰高度：潛水堰過低，冷水將侵入潛水堰內，過早發生摻混使水池內水溫低；潛水堰過高，將發生下注出流，惡化水池內流態，不利于異重流形成；潛水堰比較適合高度約為23水深，如圖2-14所示。3潛水堰可用石料干砌或漿砌而成，亦可用鋼筋混凝土結構。3、取水口1取水口的高程布置：為了吸取深層低溫水，取水口淹沒深度越大越好；但要考慮水池泥砂淤積的高度和工程投資。取水口上沿至少應在高溫水層包括熱水層和溫躍層以下。2取水口進口流速宜小，以免吸入上層高溫水，一般可取0、1～0、2ms。3取水口的上沿宜采用簡單折線形如直角，見圖2-15，若采用曲線形進口，易引入上層高溫水。4為降低取水水溫和減小取水流速，可在取水口前設置擋熱墻。擋熱墻的平面布置，要能引導底層低溫水穿越孔口流向取水口，以及引導上層高溫水經擋熱墻繼續向前運動，如圖2-16所示。