*節 循環冷卻水處理概況

一、冷卻系統的類型

1、直流系統

早期工廠的冷卻水系統采取直流系統。

冷卻水從水源流經熱交換器后又回流到水源處。

優點是

快速有效：水源處的水溫較低；

靈活性：可在zui小的傳熱面條件下冷卻。表現為腐蝕、污垢和微生物繁殖，但相對較小；

系統內由水引起的問題主要取決于原水的性質。由于水在系統內沒有濃縮，一般不會發生明顯的物理和化學變化，

冷卻水系統內水的流量和溫度的變化、加上水的性質各不相同（河水、湖水常含有大量懸浮物和沉積物，且隨季節變化；水中常含鐵和結垢的鹽類），使得系統的管理工作更加復雜。   來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司



、密閉式循環冷卻水系統

1） 定義

水密閉循環，并交替冷卻和加熱，而不與空氣接觸。

在密閉系統中，冷卻水攜帶的熱量通常通過水-水換熱器傳給敞開式循環水系統中的循環水，熱量再從水中散發到大氣中去。

2） 組成

*密閉的循環水系統；用于對水冷卻或去除水中的熱量的冷卻器或熱交換器。

3） 密閉系統在工業上的應用

（1）冷卻氣體管路的氣體來冷卻燃汽輪機或變壓器冷卻用的油冷卻器；

（2）柴油發動機和氣體發動機；

（3）制冷機；

（4）以控制可靠的工藝過程的溫度為目的：

原子反應堆的輔助冷卻器；煉鐵高爐的爐體、風口等的冷卻等。

4） 密閉系統的優點

（1）水溫易控制；

（2）水質問題的控制簡單化：補充水量少；

（3）補充水僅用于補償水泵填料的泄露水量或因檢修而排放的水量；

（4）水的蒸發很少；

（5）結垢程度較輕：一般用軟化水或去離子水。

（6）腐蝕問題不嚴重：氧不是處于飽和狀態。

3、敞開式循環冷卻水系統                      來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司

1） 定義

冷卻水通過熱交換器后，水溫提高成為熱水，熱水經冷卻塔曝氣與空氣接觸，由于水的

蒸發散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻后的水再循環利用。又稱為冷卻塔系統。

2） 水冷卻原理

通過水與空氣接觸，由以下三個過程共同作用的結果。來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司

（1）水的蒸發散熱

a. 水在冷卻設備中形成大小水滴或極薄水膜，擴大其與空氣的接觸面積和延長接觸時間，加強水的蒸發，使水汽從水中帶走汽化所需的熱量，從而使水冷卻。

b. 為了加快蒸發散熱：

一方面應增加熱水與濕空氣之間的接觸面積，以提供水分字逸出的機會；另一方面提高水氣界面上的空氣流動速度，以保持蒸發的推動力不變。

（2）水的接觸傳熱

借傳導和對流傳熱，稱為接觸傳熱。

水面與較低溫度的空氣接觸，由于溫差使熱水中的熱量傳到空氣中去，水溫得到降低。溫差愈大，傳熱效果愈好。

（3）水的輻射傳熱

不需要傳熱介質的作用，而是由一種電磁波的形式來傳播熱能的現象。

輻射傳熱只是在大面積的冷卻池內才起作用。在其它類型的冷卻設備中，輻射傳熱可以忽略不計。

3） 冷卻設備的種類與結構

在循環冷卻水系統中，用來降低水溫的構筑物或設備成為冷卻構筑物或冷卻設備。按其熱水與空氣接觸方式的不同，可分為：

（1）水面冷卻構筑物

工業上*種循環冷卻方法，又稱涼水池。

過程：需要冷卻的水流入池內，通過自然蒸發、輻射和對流傳熱逐漸將水冷卻到適當再用的溫度。

靠蒸發散熱約占總散熱量的55%，因而比冷卻塔要小些（蒸發散熱占80%）。

冷卻過程緩慢，效率低，溫差小。且需要很大的貯水池。                  來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司

（2）噴水池

池內裝有水管、噴嘴或電動噴水組件，由噴嘴把水噴到大氣中，從而增加了蒸發量，即使在較小的水池也能加速冷卻。

設在建筑場地開闊處的水池的冷卻效果要好些。

水的消耗大，約為循環水量的1.0-5.0%。

易帶入周圍的雜質。

（3）冷卻塔                         來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司

是一個塔型建筑，水氣熱交換在塔內進行，可以人工控制空氣流量來加強空氣與水的對流作用來提高冷卻效果。

占地面積小、冷卻效果好。

包括自然通風式和機械通風式。

冷卻塔包括通風筒、配水系統、淋水裝置、通風設備、收水器、集水池等部分。

4） 冷卻塔效率的衡量指標

（1）冷卻幅高（也稱濕球溫差）

冷卻水溫和空氣濕球溫度的差值 T2-τ。τ代表該地熱水冷卻所能達到的極限值。

T2-τ越小，效能越高。

（2）冷卻幅寬

冷卻塔的回水和出水溫度的差值，T1-T2。

（3）淋水密度

指冷卻塔單位面積上的熱水噴灑負荷，m3/（m2h）。淋水密度與冷卻幅寬、水的比熱的乘積稱為冷卻構筑物單位面積的熱負荷，W/（m2（kcal/（m2h））。

5） 敞開式冷卻水的水工況               來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司

冷卻過程中的三種損失:    M = E + D + B

M、E、D、B分別代表補充水量、蒸發損失、風吹損失、排污量（包括泄漏損失）。

由              Q = R （ tw2 - tw1 ） x = E （ I - tm ） R

式中：X-- 冷卻塔中水溫降低1℃時因蒸發而散失的熱量與總散失熱量的比值；

I -- 為循環水平均溫度下蒸汽的熱焓值（25℃時飽和蒸汽為608 kcal/kg）；

tm -- 為進出口的平均水溫。

則有：E=x△t/（i-tm）=0.17 x△t

式中： X在夏季為1.0，冬季0.5，春秋0.75。

（1）蒸發損失E           E = a （R-B）, a = e （t2-t1）

（2）風吹損失D           D = （0.2%-0.5%） R

（3）排污損失B           B+W=E/（K-1）

（4）滲漏損失F          不可忽略的因素。

（5）離子濃度的改變

D（Vc）=McMdt – Bcdt

來源：自清洗過濾器 北京齊天圣馬環保設備有限公司

C = MCM/B + （c0 – MCM/B） EXP[-B（t-t0）/V]

（6）濃縮倍數

指循環水中某物質的濃度和補充水中某物質的濃度之比。一般還可以以某種有代表性的可溶性離子或物質。

K = S循 / S補

M = E K / （K-1）

（7）循環水中鹽類的濃縮

補充水在系統中的停留時間為：T=V/M

由于M比V要小得多，足以使補充水中任何量的化學組分顯示潛在的結垢和腐蝕傾向。

V容積的水循環一次所需的時間為：a=V/R

則補充水在系統中逗留時間內循環的次數為：N=T/a=（V/M）/（V/R）=R/M

第二節 冷卻水的腐蝕控制                      
一、冷卻水中金屬腐蝕的機理

由以上的金屬腐蝕機理可知，造成金屬腐蝕的是金屬的陽極溶解反應。因此，金屬的腐蝕破壞僅出現在腐蝕電池中的陽極區，而陰極區是不腐蝕的。

孤立的金屬腐蝕時，在金屬表面上同時以相等速度進行著一個陽極反應和一個陰極反應的現象，稱為電極反應的耦合。互相耦合的反應稱為共軛反應，而相應的腐蝕體系則稱為共軛體系。在共扼體系中，總的陽極反應速度與總的陰極反應速度相等。此時，陽極反應釋放

出的電子恰好為陰極反應所消耗，金屬表面沒有電荷的積累，故其電極電位也不隨時間而變化。

從以上的討論中可以看到，在腐蝕控制中，只要控制腐蝕過程中的陽極反應和陰極反應兩者中的任意—個電極反應的速度，則另一個電極反應的速度也會隨之而受到控制，從面使整個腐蝕過程的速度受到控制。