第14章 水的冷卻與水質(zhì)穩(wěn)定

1、14.1.1 濕空氣的熱力學(xué)參數(shù)1.濕空氣的壓力 P=Pg+Pq P=RT10-3 Pg=gRg10-3 Pq= gRqT10-3 Pg、Pq干空氣和水蒸汽在其本身分壓下的密度，Kg/m3。 Rg干空氣的氣體常數(shù)，Rg=287.145J/（KgK ）。 Rq水蒸氣的氣體常數(shù)，Rq=461.53J/KgK 2 飽和水蒸氣分壓力 當(dāng)空氣在一定溫度下，吸濕能力達(dá)到最大時(shí)，空氣中的水蒸氣處于飽和狀態(tài)。水蒸氣的分壓稱為飽和水蒸汽壓（Pq ）。濕空氣的飽和水蒸氣分壓只與溫度有關(guān)，與大氣壓力無關(guān)。0Pqtf=H H H= H H=H + H tf= tfH H H=H - H H=01422 接觸傳熱量和蒸

2、發(fā)傳熱量dF)xx(dQdF)PP(dQdF)t (dHxuqqpuf。： 。：xp系數(shù)以含濕量為基準(zhǔn)為傳質(zhì)系數(shù)以分壓差為基準(zhǔn)的傳質(zhì)含濕量差分壓差x)：-(x ：PPqqP0.622PP622.0Pgg2121XXXXX水面飽和氣層含濕量進(jìn)塔水溫11 tX水面飽和氣層含濕量出塔水溫22tXX1進(jìn)塔空氣含濕量X2出塔空氣含濕量在冷卻塔中，淋水填料鄰接觸表面積F的總傳熱量H為 dF)xx(dF)t (dHdHdH)(dF)xx(dF)PqPq(dQdHx0fx0p0u0：水的汽化熱的空氣含濕量。溫度為濕量。相對應(yīng)的飽和空氣的含與水溫含濕量的平均值。溫度差的平均值。塔內(nèi)水面溫度與空氣xtx)xx()

3、t (F)xx(F)t (dF)xx(dF)t (dHHfmfmx0mfF0 x0F0fH0dV)xx(dV)t (dHdHdHV)xx(V)PqPq(V)t (HVF,VF,VFF)xx(VF)PqPq(VFF)PqPq(QV)t (VFF)t (Hxv0mfvmxvmxvumfvppvxxvvmxpmpyfmf令 理論公式計(jì)算法目前國內(nèi)外常用的有兩種：1.三變量分析法（t,Pq） 熱水有接觸散熱傳給空氣的熱量dHa將使空氣干球溫度升高。 空氣通過dz段所增加的含濕量等于該段內(nèi)水的蒸發(fā)量dQu,會引起空氣中水蒸氣分壓Pq的增大。 dz段中，水放出了熱量必然引起水溫t的下降。水蒸氣分壓空氣干球

4、溫度水溫Pq t)t (dVd ：接觸傳熱)PqPq(bdVdPq 蒸發(fā)量)PqPq(B)t (AdVdt 平衡水氣熱量 2兩變量分析法（t,i） Merkel焓差方程為基礎(chǔ)，麥克爾于1925年引用“焓”的概念。建立了麥克爾焓差方程： 從而只需分析水溫t與i，i代替，P 1431 麥克爾焓差方程 表示了熱量交換和質(zhì)量交換之間的速度關(guān)系。dv) ii (dHxv劉易斯關(guān)系式 )C.Kg/(KJ(05. 1C0shvxvxxCi C 0sb濕空氣的焓空氣水面飽和層）x,（tf)h/kJ(dv)ii (dv)xC)(xtC(dv)xx()t(dv)xx(dV)t(dHdHdHxtCixv0sh0fs

5、hxv0fxvvxvxv0fv0fsh1、2、。之差，為冷卻之推動力差與塔內(nèi)該點(diǎn)空氣焓所對應(yīng)的飽和焓為水平溫度iitiif推動下散發(fā)的熱量。積淋水填料在單位焓差反映了單位時(shí)間單位容xvzz排 出 空 氣 G進(jìn) 水 Q2， 2， X2,21，1，X1,1txx+dx -dtQz-dQut-dt出 水 Q-Qu進(jìn) 入 空 氣 GdzQz 空氣所到的熱量：uwzwuzwzw3tdQCdtQC )dtt)(dQQ(CtQCdH ：dz水散失的熱量對dtdQCuw略去GditdQC1dtQCGdidtQC)GditdQC1 (GdidtQCtdQCGditdQCdtQCGdi:dHdHGdidHuwzw

6、zwuwzwuwuwzwskk K為考慮蒸發(fā)水量傳熱的流量系數(shù)。kdtQCGdiGditdQC-1k zwuw設(shè)20)-0.56(t-586t-1k ：22經(jīng)驗(yàn)公式muzwumuzwsuzwumssuzwsuzwsusuuwzwuwQtC1QQtC1HQtC1kQHHHHHQtC1kdH)k1 (QtCdH)k1 (dHdHdH1tdQCdtQCtdQC1kk夏季：積分得：值，得將代入此即為逆流式冷卻塔熱力學(xué)計(jì)算基本方程。散熱性能以及氣、水流量有關(guān)，稱為冷卻塔的特性數(shù)。 1212ttwxvttwv0 xvwxvwxvkiidtkCQViidtkCQdv)ii (kdtCQdvkQdtCdv)i

7、i (,dHdH：引入麥克爾焓差方程得、，NQtxv構(gòu)造幾何尺寸水填料的特性與淋的冷卻能力反映了冷卻塔本身具有特性數(shù)、。，iidtkCN12ttw無關(guān)而與冷卻的構(gòu)造和形式數(shù)有關(guān)與外部氣象條件空氣參為冷卻數(shù) 1432 對熱力學(xué)基本方程的討論 xv：單位容積淋水填料在單位焓差的推動力的作用下，所能散發(fā)的熱量。量之差熱量與其外界空氣含熱指水面飽和空氣層的含 i：i。，V，ii冷卻塔淋水填料體積）冷卻推動力（VitQkCitkCQVmwxvmwxv1433 逆流塔焓差法熱力學(xué)基本方程圖（it圖）解1、t0.1P大氣壓水面飽和焓曲線A空 氣 操 作 線空 氣 飽 和 焓 曲 線t ( )t1t2i1i2

8、i2i1i ( k J / k g )B1B1B A 2空氣操作線 起點(diǎn)：在t坐標(biāo)上找到當(dāng)?shù)貪袂驕囟戎担鞔咕€交飽和焓曲線于B點(diǎn)，B點(diǎn)的縱坐標(biāo)為i1，即為進(jìn)入塔中空氣的焓值。)1C(tgkCdtdiGQk1dtCdikQdtCGdiwwwwktCiiCkttii)tt (kQC)ii (Gw12w21121w13焓差的物理意義：。 ii為冷卻塔的推動力。V，ii及冷卻塔體積越小所需填料體積冷卻數(shù)越小越大焓曲線斜率是先小后大由于飽和值即縮小左移若空氣操作線起點(diǎn)，）（t，A1C 532 一般不應(yīng)小于冷卻困難將使焓差縮小所以空氣操作線左移t。，愈大，冷卻愈易。愈大，氣水比ii1434先根據(jù)it圖作出

9、。idtkCN 12ttw的求解冷卻數(shù)0123456789101i1-i111t()t1t2i-ii1-i2用simpson積分法時(shí)的飽和空氣焓。為水溫的平均值，為式中，：時(shí)，可簡化計(jì)算如下當(dāng)2ttiiii)ii1ii1ii1(k6CN15)i1i4i2i2i4i1(w3dtCiidtkCN21m21m21mm12twtn1n2n210wttw121435 冷卻塔的性能：1、(1)(2)：Nxv求定及特性數(shù)xv)hm/kg(qAg ：hkg/m。qhkg/m，ggtqAg) 、 tq、g、(f2nmxv22p1nm1xv國內(nèi)外多采用單位為淋水密度的單位為空氣流量密度特性數(shù)N 試驗(yàn)常數(shù)汽水流量比

10、淋水填料的高度式中時(shí)當(dāng)AZ，Aqg ，m ， Z：AqgAZN ：1nmqAZgqzqAgNqZF/QF/VQVNmm1nmnmxvxvxv2淋水填料性能：1）熱水特性數(shù)： A，m或A,m,n等參數(shù)由模型塔或生產(chǎn)性塔試驗(yàn)求得。2）阻力特性：3）淋水填料模型塔與工業(yè)塔的熱力學(xué)性能比較。4)當(dāng)出塔時(shí)空氣的含濕量恰好達(dá)到飽和（=1.0），此時(shí)空氣的流量為理論空氣需氧量。 nm1AVgP0 .185.0NN模型塔工業(yè)塔的選擇氣水比1436 冷卻數(shù)（N）與特性數(shù)（N）的統(tǒng)一。)(fN)(fNNNND工作點(diǎn)1437 橫流式冷卻塔基本公式的推導(dǎo)：1矩形橫流塔基本公式的推導(dǎo)：yzx2，2，X2,2t1,Qwa

11、tert1,Q-Qu1，1，X1,1Gairy+dyx+dx ，y x+dx，x x+dyx,yo單位時(shí)間水所散發(fā)的熱量 單位時(shí)間空氣所吸收的熱量：由于i在x方向有變化，i在y方向有變化：dxdyytCkqzdHwsdxdyxizgdHkdxdyyxzgdHdxdyyxtCkqzdHik2ws右端表示冷卻塔的冷卻能力，左邊為冷卻任務(wù)時(shí)對冷卻塔的要求。經(jīng)過變換后積分得：由得：對與微元dxdy) ii (dxdyyxtgdxdyyxtCkqdHdHdHzdxdy) ii (dHzdxdydv) ii (dHxv22wksxvxv y0 x0y0 x0 xv2y0 x0y0 x0 xvw2dxdyq

12、dxdyxytii1dxdyqkdxdyCxytii1-橫流塔熱力計(jì)算基本式2求解：dxdyqkdxdyCyxtii1H0L0 xvw2H0L0 4i2iiiiiiiiii),(fxiiixiHqkitCNLitCdxdyCxytii1-HLqkdxdyqkm211121112111mxvmwH0L0mww2H0L0 xvxv 14.4.1 循環(huán)冷卻水水質(zhì)特點(diǎn)和處理要求循環(huán)冷卻水水質(zhì)特點(diǎn)和處理要求 14411 敞開式循環(huán)水冷卻水具有的特點(diǎn) 1循環(huán)冷卻水的濃縮作用 2冷卻水中CO2的散失和O2的增加 3. 循環(huán)冷卻水的水質(zhì)污染 4水溫變化 項(xiàng)目要求條件允許值濁度（度）1.年污垢熱阻9.510-5

13、m2h0C/kJ2.有油類粘性污染物時(shí),年污垢熱阻1.410-4m2h0C/kJ3.腐蝕率0.125mm/a201.年污垢熱阻1.410-4m2h0C/kJ2. 腐蝕率0.2mm/a501.年污垢熱阻1.410-4m2h0C/kJ2. 腐蝕率0.2mm/a100電導(dǎo)率（us/cm）采用緩蝕劑處理3000總堿度（mmol/L）采用緩蝕劑處理7PH值6.59.014412循環(huán)循環(huán)冷卻水的處理要求：1敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)對水的濁度，電導(dǎo)度，總堿度，PH值等均有要求，詳見表敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻水主要水質(zhì)指標(biāo)敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻水主要水質(zhì)指標(biāo)2腐蝕率：. 概念(2).點(diǎn)蝕參數(shù)：點(diǎn)蝕時(shí)，腐蝕可用點(diǎn)蝕參數(shù)反應(yīng)。點(diǎn)蝕系數(shù)越大，對金屬危害越大。(4).緩蝕率：3污垢熱阻：熱交換器傳熱面由于沉積物沉積使傳熱系數(shù)下降，從而使熱阻增加的量稱為污垢熱阻。FtPP76. 8C：0L失重法測量方法100CCC0L0) 11(K1K1K1K1K1Rt000t0tt 4循環(huán)冷卻水結(jié)垢控制指標(biāo) 不穩(wěn)定的水：1.結(jié)垢性水 2腐蝕性水循環(huán)水結(jié)垢控制指標(biāo)循環(huán)水結(jié)垢控制指標(biāo) 影響因素：鹽分濃縮：CaCO3,CaSO4,MgSO4結(jié)垢。 懸浮固體及有機(jī)物濃度。 熱交換器提高了水溫的影響。 水處理藥劑。結(jié)垢控制參數(shù)控制指標(biāo)CaCO3pHspH0pHs+（