第十五章 水的冷卻與水質(zhì)穩(wěn)定

第十五章水的冷卻與水質(zhì)穩(wěn)定第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.1濕空氣的性質(zhì)15.1.1濕空氣的熱力學(xué)參數(shù)1.濕空氣的壓力

P=Pg+PqP=RT×10-3Pg=gRg×10-3Pq=gRqT×10-3Pg、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/（Kg·K）。

Rq——水蒸氣的氣體常數(shù)，Rq=461.53J/Kg·K第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．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(wú)關(guān)。0<Pq<Pq＂：第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3．絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度——每M3濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量稱為空氣的絕對(duì)溫度。其數(shù)值等于水蒸汽在分壓Pq和濕空氣溫度T時(shí)的密度。(ρq)第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4．相對(duì)濕度：Φ=ρq/ρq＂=Pq/Pq＂Pq=ρPq＂Pq＝Ｐ－ρPq＂第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5．含濕量：在含有一kg干空氣的濕空氣混合氣體中，其所含水蒸汽的質(zhì)量x（kg）稱為濕空氣含濕量，也稱為比濕，單位為kg/kg(干空氣)第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五6．濕空氣的密度ρ濕空氣的密度隨大氣壓力的降低和溫度的升高而減小。7．濕空氣的比熱（Csh）使總質(zhì)量為（１＋x）kg的濕空氣（包括１kg干空氣和xkg水蒸汽）溫度升高１℃所需的熱量，稱為濕空氣的比熱，用Csh表示。

Csh＝Ｃg+CqxCsh=1.00+1.84xCsh一般采用１.０５KJ/(kg·℃)第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五8．濕空氣的焓（i）濕空氣的焓等于１Kg干空氣和含濕量x公斤水蒸汽的含濕量之和。i＝ig＋xig以０℃的水的熱量為零：水蒸汽的焓以兩部分組成：a.汽化熱r0=2500kJ／kgb.1kg干空氣由０℃升至θ℃所需的熱量：第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.1.2濕空氣的焓濕圖：15.1.3濕球溫度（）和水的冷卻理論極限：干濕球溫度是空氣的主要熱力學(xué)參數(shù)，干球溫度為一般溫度計(jì)測(cè)得的氣溫。測(cè)定濕球溫度時(shí)：１）紗布必須完全包住水銀球２）風(fēng)速３—５m/s以上。濕球溫度代表在當(dāng)?shù)貧鉁貤l件下，水可能被冷卻的最低溫度，也即冷卻構(gòu)筑物出水溫度的理論極限值。第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.2水冷卻的基本原理15.2.1水的冷卻原理水的冷卻過(guò)程是通過(guò)蒸發(fā)傳熱和接觸傳熱實(shí)現(xiàn)的，水溫的變化則是兩者作用的結(jié)果。第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．2．2接觸傳熱量和蒸發(fā)傳熱量X1——進(jìn)塔空氣含濕量X2——出塔空氣含濕量第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五在冷卻塔中，淋水填料鄰接觸表面積F的總傳熱量H為第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.3冷卻塔的工藝與設(shè)計(jì)理論公式計(jì)算法目前國(guó)內(nèi)外常用的有兩種：三變量分析法（t,θ,Pq）①熱水有接觸散熱傳給空氣的熱量dHa將使空氣干球溫度θ升高。②空氣通過(guò)dz段所增加的含濕量等于該段內(nèi)水的蒸發(fā)量dQu,會(huì)引起空氣中水蒸氣分壓Pq的增大。③dz段中，水放出了熱量必然引起水溫t的下降。第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．兩變量分析法（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θ，P15．3．1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。第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、2、第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

空氣所到的熱量：第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五K為考慮蒸發(fā)水量傳熱的流量系數(shù)。第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五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)。第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．3．2對(duì)熱力學(xué)基本方程的討論

βxv：?jiǎn)挝蝗莘e淋水填料在單位焓差的推動(dòng)力的作用下，所能散發(fā)的熱量。第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．3．3逆流塔焓差法熱力學(xué)基本方程圖（i—t圖）解1、第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．空氣操作線起點(diǎn)：在t坐標(biāo)上找到當(dāng)?shù)貪袂驕囟戎?，作垂線交飽和焓曲線于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。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3．焓差的物理意義：第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．3．4先根據(jù)i—t圖作出第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五用simpson積分法第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．3．5冷卻塔的性能：1、(1)(2)第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．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（φ=1.0），此時(shí)空氣的流量為理論空氣需氧量。第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．3．6冷卻數(shù)（N）與特性數(shù)（N′）的統(tǒng)一。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．3．7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)：第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五單位時(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：第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五右端表示冷卻塔的冷卻能力，左邊為冷卻任務(wù)時(shí)對(duì)冷卻塔的要求。第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．求解：第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.4循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定15.4.1循環(huán)冷卻水水質(zhì)特點(diǎn)和處理要求15．4．1．1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．水溫變化第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五項(xiàng)目要求條件允許值濁度（度）Ⅰ1.年污垢熱阻<9.5×10-5m2·h·0C/kJ2.有油類粘性污染物時(shí),年污垢熱阻<1.4×10-4m2·h·0C/kJ3.腐蝕率<0.125mm/a<20Ⅱ1.年污垢熱阻<1.4×10-4m2·h·0C/kJ2.腐蝕率<0.2mm/a<50Ⅲ1.年污垢熱阻≤1.4×10-4m2·h·0C/kJ2.腐蝕率≤0.2mm/a<100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6.5~9.015．4．1．2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(duì)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)第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．腐蝕率：⑴.概念(2)⑶.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(duì)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。第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4．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)影響因素：①鹽分濃縮：CaCO3,CaSO4,MgSO4結(jié)垢。

②懸浮固體及有機(jī)物濃度。③熱交換器提高了水溫的影響。

④水處理藥劑。結(jié)垢控制參數(shù)控制指標(biāo)CaCO3pHspH0<pHs+（0.5~2.5）CaSO4溶解度[Ca2+]×[SO42-]<500000Ca3（PO4）2pHppH0<pHP+1.5MgSiO2溶解度[Mg2+]×[SiO22-]<3500第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.4.2循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理控制：1.腐蝕

2.沉積物

3.微生物15．4．2．1腐蝕控制：1．金屬的腐蝕：1)概念2)分類3)化學(xué)腐蝕4)電化學(xué)腐蝕(1)析氫腐蝕(2)吸氧腐蝕(3)濃差腐蝕(4)點(diǎn)蝕（孔蝕）2．腐蝕控制第三十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15．4．2．2沉積物控制：結(jié)垢控制污垢控制1.結(jié)垢控制：1）去除水中產(chǎn)生結(jié)垢的成分2）酸化法3）加阻垢劑2．污垢控制：15．4．2．3微生物控制

1．化學(xué)藥劑法1）氧化型殺菌劑2)非氧化型殺菌劑3）表面活性劑殺菌劑15．4．2．4復(fù)方緩蝕阻垢劑

15．4．2．5循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的預(yù)處理：預(yù)處理包括清洗與預(yù)膜，一般分三步：化學(xué)清洗劑清洗、沖洗干凈、預(yù)膜第三十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.4.3循環(huán)冷卻水的水量損失與補(bǔ)充水量總損失：P=P1+P2+P3+P4P1————蒸發(fā)損失