冷卻塔循環(huán)水循環(huán)過程中水質(zhì)變化

冷卻塔循環(huán)水循環(huán)過程中的水質(zhì)變化水在循環(huán)使用和冷卻過程中，會(huì)不斷地產(chǎn)生問題，引起循環(huán)水水質(zhì)的變化，主要有以下方面。1、CO2含量的降低循環(huán)水在循環(huán)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(zhì)不穩(wěn)定，產(chǎn)生CaCO3等沉淀結(jié)垢。這可從反應(yīng)式12-1得到理解：反應(yīng)式12-1達(dá)到平衡時(shí)，水中CaCO3、CO2和CaHCO32量保持不變，CaCO3不會(huì)產(chǎn)生沉淀結(jié)垢，稱為穩(wěn)定的水，或稱水質(zhì)穩(wěn)定。現(xiàn)反應(yīng)式右邊的CO2不斷散失，左邊的CaHCO32不斷分解，則不斷地產(chǎn)生CaCO3沉淀結(jié)垢。同時(shí)水中CO2的含量與水溫密切相關(guān)，水溫越高，CO2含量越少，見表12-1所示。水在冷卻設(shè)備或后水溫升上，則水中CO2含量很少，易產(chǎn)生CaCO3沉淀，這就是換熱器中形成結(jié)垢的主要原因之一。2、含鹽量的增加由于水在循環(huán)和冷卻的過程中，水量不斷被蒸發(fā)，水中含鹽量不斷被濃縮而增加。水量損失以循環(huán)水量的百分比%計(jì)，設(shè)蒸發(fā)損失水量為P1，風(fēng)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(bǔ)充的新鮮水量為：P=P1+P2+P3+P412-2設(shè)補(bǔ)充水單位體積的含鹽量為α0mgL，循環(huán)水單位體積的含鹽量為αmgL，則補(bǔ)充水量進(jìn)入系統(tǒng)的鹽量為QP1+P2+P3+P4α0m3h，因蒸發(fā)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(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，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(bǔ)充水量，只有通過減少排污量的辦法才能達(dá)到，則含鹽量必增加，濃縮倍數(shù)N也會(huì)增大。在實(shí)際運(yùn)行中，循環(huán)系統(tǒng)中Cl-僅僅從補(bǔ)充水進(jìn)入，并無(wú)其他來源時(shí)，由于氯化物溶解度很大，在系統(tǒng)中不會(huì)沉淀下來，系統(tǒng)中氯化物濃度在全部溶解鹽類濃度中所占比例不會(huì)變化，所以Cl-濃度與補(bǔ)充水的Cl-濃度之比也代表了含鹽量之比，則濃縮倍數(shù)可寫成：3、pH值的變化循環(huán)水的pH值變化與水中的堿度、溫度有關(guān)，并高于補(bǔ)充水的pH值。補(bǔ)充水進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中之后，水中游離的和溶解的CO2在塔內(nèi)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(dá)到平衡為止。此時(shí)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(jì)算出溫度變化而引起的pH值變化，可以把室溫20℃計(jì)下測(cè)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(shí)測(cè)得pH值；pHt——在水溫為t℃時(shí)的pH值；αt——溫度t℃時(shí)的pHt校正值。在水溫為20℃時(shí)，不同的堿度在水溫為t℃時(shí)校正值αt與對(duì)應(yīng)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(shí)，50℃時(shí)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(huán)水中沉淀物可分為泥垢、結(jié)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(jié)垢；由微生物塔內(nèi)微生物的自然生長(zhǎng)和鐵細(xì)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(huán)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(huán)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(huán)水中；水在塔內(nèi)與空氣接觸，使空氣中的氧不斷地溶入水中，對(duì)換熱器會(huì)進(jìn)行氧化腐蝕；水中含有富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)，塔內(nèi)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(huì)增加循環(huán)水的濁度。5、溶解氧的增加水在冷卻塔內(nèi)冷卻的過程中，實(shí)際上也是不斷噴灑曝氣過程，水中溶解大量的氧，可達(dá)到或接近該溫度與壓力下氧的飽和濃度，這是很不利的，會(huì)增加循環(huán)水對(duì)被冷卻設(shè)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表122遠(yuǎn)低于自來水，富營(yíng)養(yǎng)化成分豐富，為微生物生長(zhǎng)繁殖提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)基礎(chǔ)；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(nèi)會(huì)產(chǎn)生藻類繁殖；水中溶解的氧對(duì)設(shè)備的氧化腐蝕又會(huì)產(chǎn)生微生物。因此水在循環(huán)過程中不同微生物的量均會(huì)增加。7、有害氣體的溶入循環(huán)水在冷卻塔內(nèi)如果與受污染空氣接觸時(shí)空氣中的SO2、H2S、NH3等有害氣體不斷地溶入循環(huán)水中，會(huì)對(duì)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(huán)過程中，系統(tǒng)中的換熱器可能發(fā)生泄漏，從而使工藝物如煉油廠的油類、合成氨廠的氨等進(jìn)入循環(huán)水中，使水質(zhì)惡化或水的pH值發(fā)生變化，增加循環(huán)水對(duì)設(shè)備、換熱器等的腐蝕、結(jié)垢或微生物生長(zhǎng)。

天然冷卻池

模型試驗(yàn)?zāi)康睦鋮s池的設(shè)計(jì)一般均以物理模型試驗(yàn)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(yàn)室和原型條件下，進(jìn)行試驗(yàn)研究工作，建立了較符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的計(jì)算資料。模型試驗(yàn)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(yōu)工程布置。3、計(jì)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(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，一般按下列設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)。2、淺水型冷卻池按歷年不少于5年中連續(xù)15天的日平均自然水溫最高值設(shè)計(jì)。3、自然水溫應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)資料或條件相似的水體觀測(cè)資料確定。當(dāng)缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按熱平衡方程或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。冷卻池設(shè)計(jì)原則1、盡量利用已有水庫(kù)、天然湖泊、江河、河網(wǎng)及海灣，必須建造人工冷卻池時(shí)，應(yīng)考慮綜合利用的可能。2、水溫、水質(zhì)的變化應(yīng)盡可能減少對(duì)工農(nóng)業(yè)用水及漁業(yè)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(jìn)水溫差產(chǎn)生的異重流；工程布置和設(shè)施要有利于提高水池表面水溫；擴(kuò)大水池內(nèi)高溫區(qū)面積；延長(zhǎng)熱水排水口至取水口的流動(dòng)時(shí)間。5、冷卻池水體對(duì)溫度排放標(biāo)準(zhǔn)有要求時(shí)，應(yīng)在工程上采取相應(yīng)措施，使池水達(dá)到要求時(shí)的流態(tài)和溫度。6、利用水庫(kù)或湖泊作冷卻循環(huán)水，應(yīng)根據(jù)水體的水文、氣象條件、水利利用、運(yùn)行方式及水工構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。7、冷卻池的設(shè)計(jì)最低水位，應(yīng)根據(jù)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(shí)，水流循環(huán)區(qū)的水深不宜小于2m；正常水位和洪水位應(yīng)根據(jù)水量平衡和調(diào)洪計(jì)算成果、循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)水位的要求和池區(qū)淹沒損失等條件，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定。8、新建冷卻池應(yīng)根據(jù)冷卻、取水、衛(wèi)生和其他方面的要求，對(duì)池底進(jìn)行清理；初次灌水至運(yùn)行要求的最低水位所需要的時(shí)間，應(yīng)滿足工業(yè)企業(yè)投入生產(chǎn)的要求。9、冷卻池應(yīng)有可靠的補(bǔ)充水源，補(bǔ)充水量應(yīng)≥冷卻池的損失水量。損失水量為自然蒸發(fā)損失、排污損失和滲漏損失三者之和。冷卻水補(bǔ)充水源的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)工業(yè)企業(yè)的重要性和生產(chǎn)工藝的要求確定。一般可采用保證率95%～97%的枯水率水量；當(dāng)有地面徑流作補(bǔ)給水時(shí)，宜設(shè)置向冷水池下游排放熱水的旁路設(shè)施。10、冷卻池應(yīng)考慮泥砂淤積對(duì)取水口～熱水排放口的位置和冷卻能力的影響，必要時(shí)應(yīng)采取防止或控制淤積發(fā)展的措施；取水口和熱水排放口位置的選擇，還應(yīng)考慮風(fēng)向?qū)θ∷疁囟群蜔崴當(dāng)U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(dǎo)流堤、潛水堰和擋熱墻等工程措施。12、地面徑流補(bǔ)給水的冷卻池，應(yīng)有排泄洪水的設(shè)施；人工補(bǔ)給水的冷卻池，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置溢流和放水等設(shè)施。熱力計(jì)算水面冷卻熱力計(jì)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(jiǎn)化公式、圖表，估計(jì)水面散熱能力、取水水溫。2、數(shù)學(xué)模型：根據(jù)流體的動(dòng)量、質(zhì)量、能量守恒方程和研究對(duì)象的邊值條件，采用數(shù)值計(jì)算方法求解。可以求得流速場(chǎng)和相應(yīng)的水面散熱能力、取水水溫等。3、物理模型試驗(yàn)：根據(jù)物理模型試驗(yàn)得出的溫度場(chǎng)，計(jì)算水面散熱能力。一般在試驗(yàn)報(bào)告中，已有冷卻池冷卻熱力計(jì)算成果，可供設(shè)計(jì)使用。冷卻塔可冷卻的循環(huán)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(shè)計(jì)與布置1、取水與熱水排水口的平面設(shè)計(jì)布置：深水型水池一般水深4m只要取水構(gòu)筑物設(shè)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(nèi)無(wú)溫差異重流運(yùn)動(dòng)，表層與底層水溫差小，熱量的調(diào)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(guān)。因此，取水與排水口平面距離設(shè)計(jì)是淺水型水池工程布置的重點(diǎn)。為提高水池水面的利用系數(shù)，可在取水與排水口之間設(shè)置導(dǎo)流堤，如圖2-7所示。導(dǎo)流堤一般布置在熱水排水口附近，堤頂高程應(yīng)高于設(shè)計(jì)水位。深水型水池亦可設(shè)置導(dǎo)流堤，以控制出水流向和減低流速。導(dǎo)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(jù)需要做成曲線或直線型。工程設(shè)計(jì)布置應(yīng)考慮風(fēng)的影響，在夏季主導(dǎo)風(fēng)向作用下，取水與排水口應(yīng)背主導(dǎo)風(fēng)向布置；取水口不宜設(shè)在有熱水堆積的水池一側(cè)。2、熱水排水口1平面設(shè)計(jì)布置：盡可能使出水平順。排水口可做成擴(kuò)散形，必要時(shí)加筑弧形潛水堰，如圖2-8、圖2-9所示。2高程設(shè)計(jì)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(qiáng)度大，水池內(nèi)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(fā)生潛沒出流時(shí)，為改善流態(tài)，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(dāng)排水口尺寸受工程投資限制時(shí)，可在排水口前設(shè)置潛水堰。5水位變化幅度較大的水池，可設(shè)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(nèi)，過早發(fā)生摻混使水池內(nèi)水溫低；潛水堰過高，將發(fā)生下注出流，惡化水池內(nèi)流態(tài)，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(jié)構(gòu)。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(yīng)在高溫水層包括熱水層和溫躍層以下。2取水口進(jìn)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(jiǎn)單折線形如直角，見圖2-15，若采用曲線形進(jìn)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(shè)置擋熱墻。擋熱墻的平面布置，要能引導(dǎo)底層低溫水穿越孔口流向取水口，以及引導(dǎo)上層高溫水經(jīng)擋熱墻繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，如圖2-16所示。