冷卻塔循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢

冷卻塔循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢結(jié)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(jié)垢是指無(wú)機(jī)鹽類的沉積物，較硬而結(jié)實(shí)，這里指的結(jié)垢就是此沉積物。1、碳酸鈣硬度固體在水中的溶解達(dá)到飽和狀態(tài)的溶液稱為飽和溶液。飽和溶液中溶質(zhì)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(shù)的無(wú)機(jī)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(duì)水質(zhì)影響較大的幾種鈣化合物。從表1223可見(jiàn)，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(xiàn)在來(lái)討論一下，在循環(huán)水系統(tǒng)中為什么新鮮的補(bǔ)充水不析出鈣硬，而在循環(huán)過(guò)程中會(huì)造成結(jié)垢的問(wèn)題。在前述討論CO2含量的降低中，用反應(yīng)式12-1來(lái)加以說(shuō)明，現(xiàn)討論鈣硬結(jié)垢的平衡方程式的平衡移動(dòng)過(guò)程仍用此式來(lái)說(shuō)明。綜合有關(guān)因素和平衡移動(dòng)的條件，式12-1可寫成：在敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，方程式的平衡會(huì)隨著循環(huán)過(guò)程而向右移動(dòng)，原因?yàn)椋?水中CO2的溶解度隨溫度的升高而降低，0℃時(shí)的溶解度為1710mgL，到30℃時(shí)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(guò)程中CaCO3沉淀析出，也使平衡向右移動(dòng)。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(dòng)，形成CaCO3沉淀。4水的pH值隨著循環(huán)過(guò)程而升高。一般工業(yè)用水的pH值在7、5左右，當(dāng)濃縮1倍時(shí)pH值會(huì)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(jù)水的碳酸平衡使方程平衡向右移。2、腐蝕產(chǎn)物形成的銹層結(jié)垢鐵腐蝕后最初形成的是FeOH2沉淀。以后會(huì)被水中溶解氧氧化成FeOH3沉淀。FeOH3可脫水而成Fe2O3變垢。腐蝕產(chǎn)物和鈣垢是往往粘在一起形成灰黑色的硬垢。綜合上述，結(jié)垢與水中溶解鹽的濃度、溫度等因素有關(guān)，循環(huán)水比直流水的結(jié)垢要嚴(yán)重得多。結(jié)垢的部位主要在熱交換器的管壁，結(jié)垢必然會(huì)影響傳熱效果，從而降低生產(chǎn)效率。同時(shí)，結(jié)垢不均勻會(huì)導(dǎo)致危害性極大的局部腐蝕。因此，防垢和防腐蝕是循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定處理的主要內(nèi)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(zhì)條件和溫度下，水中游離的CO2沒(méi)有或很少時(shí)，使CaCO3不析出的臨界值，一般在循環(huán)冷卻水中為2～4、5meqL。用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算為：式中Hj——循環(huán)水極限碳酸鹽硬度meqL；［O］——補(bǔ)充水的耗氧量mgLO2；t——循環(huán)水的最大溫度，如果t＜40℃，仍用40℃；Hf——補(bǔ)充水的非碳酸鹽硬度meqL。式12-37只適用于循環(huán)水水溫t滿足30℃＜t＜65℃及［O］＜25mgL。

冷卻塔設(shè)計(jì)氣象參數(shù)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(shè)計(jì)和熱水在冷卻塔中的冷卻，是非常重要的兩個(gè)氣象參數(shù)，直接關(guān)系到水的冷卻效果和冷卻塔的造價(jià)。前面講到的冷幅高t2-τ=3-5℃，是對(duì)低溫塔也稱標(biāo)準(zhǔn)型塔，其冷卻溫差Δt=t1-t2=5℃和中溫塔Δt=t1-t2=10℃的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)的，對(duì)于高溫型塔就不適用了。如上海地區(qū)實(shí)為代表除省外的華東地區(qū)，設(shè)計(jì)采用的θ=31、5℃，τ=28℃，低溫塔進(jìn)水溫度t1=37℃，出塔溫度t2=32℃，t2-τ=32℃-28℃=4℃；中溫塔設(shè)計(jì)進(jìn)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(shè)計(jì)進(jìn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)型的低溫塔來(lái)說(shuō)的。我國(guó)地域遼闊，東南西北中各地氣溫相差較大。按地區(qū)來(lái)劃分，各大區(qū)冷卻塔設(shè)計(jì)采用的氣象參數(shù)是不同的，因此南方設(shè)計(jì)的塔可適用于北方，冷卻效果好，但反之，北方設(shè)計(jì)的塔就不適用于南方了。在現(xiàn)代冷卻塔設(shè)計(jì)中，按夏季不利的氣象條件下，只考慮蒸發(fā)散熱量Hβ，不考慮傳導(dǎo)散熱量Hα即Hα=0進(jìn)行的。那么設(shè)計(jì)冷卻塔的氣象參數(shù)是如何確定的呢下面給予較詳細(xì)論述。確定氣象參數(shù)的基本原則冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算所需要的氣象參數(shù)包括干、濕球溫度θ與τ；相對(duì)濕度；大氣壓力mmHg；風(fēng)向、風(fēng)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(shè)計(jì)的氣象參數(shù)是按夏季不利的氣象條件下設(shè)計(jì)計(jì)算的，但是如果采用夏季的最高溫度和濕度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)也是不合理的。因?yàn)樽罡叩臏囟群蜐穸仍谝荒曛谐霈F(xiàn)的次數(shù)并不很多，僅占很短的時(shí)間，如果按夏季最高溫度和濕度進(jìn)行冷卻塔設(shè)計(jì)，那么必然會(huì)使設(shè)計(jì)的冷卻塔尺寸很大，使冷卻塔的造價(jià)和日常的電耗大大增加，這是不經(jīng)濟(jì)的，得不償失的。反過(guò)來(lái)，如果設(shè)計(jì)采用的溫度和濕度太低，那么較多時(shí)間內(nèi)冷卻塔的出塔水溫t2達(dá)不到符合冷卻生產(chǎn)設(shè)備和所需要的溫度，會(huì)引起熱交換設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)條件的惡化，或使生產(chǎn)工藝過(guò)程遭到破壞，造成巨大的損失，或空調(diào)系統(tǒng)工作的破壞等。因此冷卻塔設(shè)計(jì)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(chǎn)工藝對(duì)冷卻設(shè)備和對(duì)水溫的要求，按一定的保證率來(lái)確定。或按5%～10%的頻率P來(lái)確定，兩種方法都有采用。空氣干、濕球溫度一般以近期連續(xù)不少于5年的資料，每年最熱時(shí)間3個(gè)月的頻率為5%～10%的晝夜平均干、濕球溫度作為設(shè)計(jì)依據(jù)。我國(guó)石油、化工、機(jī)械工業(yè)多采用5%的頻率；冶金、電力和民用采用10%的頻率；對(duì)于生產(chǎn)工藝要求很高的，計(jì)算頻率要采用1%。冷卻塔氣象參數(shù)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)與確定方法1、氣象參數(shù)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)氣象參數(shù)一般均采用當(dāng)?shù)貧庀蟛块T記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)，把5年以上實(shí)測(cè)記錄的日平均干、濕球溫度按表5-1所列項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)干球溫度與濕球溫度分開(kāi)統(tǒng)計(jì)，表格內(nèi)容相同，然后按表5-1的θ、τ數(shù)據(jù)繪制干、濕球溫度頻率曲線。如圖5-7所示。氣象參數(shù)取在設(shè)計(jì)頻率的濕球溫度和大氣壓力的日平均值。按圖5-7，取設(shè)計(jì)頻率為10%，則查得濕球溫度為24、9℃，干球溫度為29、6℃；取設(shè)計(jì)頻率為5%，得τ=25、6℃，θ=30、5℃；取設(shè)計(jì)頻率為1%時(shí)，得τ=26、9℃，θ=32℃。一般常采用5%的設(shè)計(jì)頻率。2、氣象參數(shù)的確定方法目前設(shè)計(jì)冷卻塔選用的氣象參數(shù)分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。第一種情況：根據(jù)夏季平均每年超過(guò)最熱的20d晝夜平均干、濕球溫度進(jìn)行計(jì)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(shè)計(jì)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(gè)月共92d，不能保證達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的冷卻效果的時(shí)間天數(shù)為92×1-94、4%=4、55d，其余時(shí)間都能達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的冷卻效果。第二種情況：根據(jù)夏季平均每年超過(guò)最熱的10d晝夜平均干、濕球溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其保證率為97、3%，一年中不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的冷卻效果天數(shù)為：92×1-97、3%=215d。目前我國(guó)設(shè)計(jì)的冷卻塔基本上都是按照這第二種情況設(shè)計(jì)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(shí)或2時(shí)的平均溫度值進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的要求較高，保證率達(dá)98、6%，也就是說(shuō)一年中不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的冷卻效果天數(shù)僅為92×1-98、6%=1、3d。關(guān)于夏天平均每年超過(guò)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(gè)月或5月15日至9月15日每天下午2時(shí)即14時(shí)的干、濕球溫度的觀測(cè)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(shí)干、濕球溫度三次觀測(cè)平均值編制保證率曲線，即稱為三點(diǎn)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(shí)干、濕球溫度四次觀測(cè)平均值編制保證率曲線，即稱為四點(diǎn)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(shí)干、濕球溫度四次觀測(cè)值，并將每次觀測(cè)值按14d折算，然后再編制保證率曲線。過(guò)去常采用三點(diǎn)法，現(xiàn)基本上均采用四點(diǎn)法，因一晝夜4次標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間2、8、14、20h測(cè)定值的算術(shù)平均值是國(guó)家氣象部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)法。表5-2是我國(guó)部分城市的平均每年超過(guò)一定天數(shù)的溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)。根據(jù)表5-2，上海地區(qū)按夏季平均每年超過(guò)最熱的10天晝夜平均干、濕球溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)保證率為97、3%，則得上海地區(qū)設(shè)計(jì)的氣象參數(shù)為：干球溫度θ=31、5℃濕球溫度τ=28℃相對(duì)應(yīng)的大氣壓力Pa=753mmHg風(fēng)速為V=1、58ms。目前華東地區(qū)除省部分外的冷卻塔設(shè)計(jì)基本上均采用上海的氣象設(shè)計(jì)參數(shù)。冷卻塔空氣風(fēng)速及大氣壓力1、空氣風(fēng)速冷卻塔計(jì)算中的外界空氣風(fēng)速，常采用多年夏季6、7、8三個(gè)月的平均風(fēng)速。計(jì)算風(fēng)速一般為距地面2m高度為準(zhǔn)，當(dāng)不符合要求時(shí)實(shí)測(cè)時(shí)往往離地面高度不同，可按奧伯寧斯基近似公式進(jìn)行換算：式中Vh——距地面高度hm處風(fēng)速ms；V0——?dú)庀笈_(tái)風(fēng)速儀安裝高度h0m處的速度ms；h0——?dú)庀笈_(tái)風(fēng)速儀安裝高度風(fēng)標(biāo)高度m。風(fēng)速的大小影響到冷卻塔的冷卻效果、塔結(jié)構(gòu)的計(jì)算和是否需要實(shí)行有關(guān)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(shù)值。當(dāng)大氣壓?jiǎn)挝粸閙mbar，應(yīng)換算為mmHg，1mmbar=34mmHg。總之，在選用氣象參數(shù)時(shí)，要因地制宜，不能盲目套用建設(shè)地區(qū)附近的氣象臺(tái)資料未經(jīng)統(tǒng)計(jì)過(guò)的某些數(shù)值，特別是對(duì)地形變化較大地區(qū)的冷卻塔的設(shè)計(jì)與布置，如山區(qū)的多變小氣候更應(yīng)慎重考慮。同時(shí)對(duì)于冷卻塔群布置時(shí)，要考慮和估計(jì)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(fēng)速減少等不利條件。