循环冷却水的水质处.ppt
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1、第第6 6章章 循循环冷却水的水冷却水的水质处理理6.1 6.1 概述概述概述概述1 1、工业循环冷却水循环利用的意义工业循环冷却水循环利用的意义工业循环冷却水循环利用的意义工业循环冷却水循环利用的意义p冷却水的循环利用是节约水资源,提高水的重冷却水的循环利用是节约水资源,提高水的重复利用率的主要途径,并且还能有效防止直流式复利用率的主要途径,并且还能有效防止直流式冷却系统大量热水排入水体造成的热污染,保护冷却系统大量热水排入水体造成的热污染,保护水环境的生态和自然平衡。水环境的生态和自然平衡。p水的循环利用率,标志着一个国家工业现代化水的循环利用率,标志着一个国家工业现代化的程度。的程度。2
2、 2、冷却水系统分类和适用特点冷却水系统分类和适用特点冷却水系统分类和适用特点冷却水系统分类和适用特点1)直流式冷却水系统)直流式冷却水系统从水源取水量大,对水质要求不高,浑浊度在从水源取水量大,对水质要求不高,浑浊度在20-30NTU以以下的水即可直接接到换热设备供冷却使用,冷却后水温提下的水即可直接接到换热设备供冷却使用,冷却后水温提高不多,全部排入水体,从总体上看,这种方式一般远不高不多,全部排入水体,从总体上看,这种方式一般远不如循环式系统合理、经济。如循环式系统合理、经济。2)敞开式循环冷却水系统)敞开式循环冷却水系统冷却水经过各个换热设备冷却不同的工艺流体后水温冷却水经过各个换热设
3、备冷却不同的工艺流体后水温升高,然后通过冷却塔的蒸发冷却作用降低水温,热升高,然后通过冷却塔的蒸发冷却作用降低水温,热量散发到周围大气中去,降温后的水,用水泵重新输量散发到周围大气中去,降温后的水,用水泵重新输送去各个换热设备冷却工艺流体,如此循环往复。送去各个换热设备冷却工艺流体,如此循环往复。1-补充水(补充水(M););2-冷却塔;冷却塔;3-冷水池;冷水池;4-循环水泵;循环水泵;5-渗漏水(渗漏水(F););6-冷冷却水;却水;7-冷却用换热器;冷却用换热器;8-热水(热水(R););9-排污水(排污水(B););10-蒸发损失蒸发损失(E););11-风吹损失(风吹损失(D););
4、12-空气空气 p水量变化:在此过程中,循环水会因蒸发、风吹、排污和渗水量变化:在此过程中,循环水会因蒸发、风吹、排污和渗漏等损失掉一部分水量,约占循环水量的漏等损失掉一部分水量,约占循环水量的5%左右,通过补充左右,通过补充水量补给。水量补给。p水质的变化:循环水不断浓缩,杂质浓度逐步增大,流经冷水质的变化:循环水不断浓缩,杂质浓度逐步增大,流经冷却塔与大气接触过程中又溶入了空气夹带的尘土烟气和微生物却塔与大气接触过程中又溶入了空气夹带的尘土烟气和微生物等杂质。等杂质。1 1)沉积物的析出和附着:重碳酸盐分解产生碳酸钙水垢,)沉积物的析出和附着:重碳酸盐分解产生碳酸钙水垢,)沉积物的析出和附
5、着:重碳酸盐分解产生碳酸钙水垢,)沉积物的析出和附着:重碳酸盐分解产生碳酸钙水垢,轻者降低换热器的传热效率,重者堵塞管道。轻者降低换热器的传热效率,重者堵塞管道。轻者降低换热器的传热效率,重者堵塞管道。轻者降低换热器的传热效率,重者堵塞管道。2 2)有害离子引起的腐蚀:溶解氧引起电化学腐蚀;有害离)有害离子引起的腐蚀:溶解氧引起电化学腐蚀;有害离)有害离子引起的腐蚀:溶解氧引起电化学腐蚀;有害离)有害离子引起的腐蚀:溶解氧引起电化学腐蚀;有害离子引起的腐蚀。子引起的腐蚀。子引起的腐蚀。子引起的腐蚀。3 3)微生物的滋生和粘泥:细菌和藻类繁殖,生成生物粘泥)微生物的滋生和粘泥:细菌和藻类繁殖,生
6、成生物粘泥)微生物的滋生和粘泥:细菌和藻类繁殖,生成生物粘泥)微生物的滋生和粘泥:细菌和藻类繁殖,生成生物粘泥而引起腐蚀、管道堵塞。而引起腐蚀、管道堵塞。而引起腐蚀、管道堵塞。而引起腐蚀、管道堵塞。3)密闭式循环冷却水系统)密闭式循环冷却水系统冷却水在系统内进行密闭循环热交换,冷却工艺介质,升冷却水在系统内进行密闭循环热交换,冷却工艺介质,升温后的冷却水仍在不与大气直接接触的密闭系统中,经水温后的冷却水仍在不与大气直接接触的密闭系统中,经水冷换热设备或空冷换热设备,降温后再供冷却工艺介质循冷换热设备或空冷换热设备,降温后再供冷却工艺介质循环应用。环应用。密闭式循环冷却水系统特点密闭式循环冷却水
7、系统特点密闭式循环冷却水系统特点密闭式循环冷却水系统特点(1 1)水温易控制;)水温易控制;)水温易控制;)水温易控制;(2 2)水质问题的控制简单化:补充水量少;)水质问题的控制简单化:补充水量少;)水质问题的控制简单化:补充水量少;)水质问题的控制简单化:补充水量少;(3 3)补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排)补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排)补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排)补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排放的水量;放的水量;放的水量;放的水量;(4 4)水的蒸发很少;)水的蒸发很少;)水的蒸发很少;)水的蒸发很少;(5 5)结垢程
8、度较轻:一般用软化水或去离子水。)结垢程度较轻:一般用软化水或去离子水。)结垢程度较轻:一般用软化水或去离子水。)结垢程度较轻:一般用软化水或去离子水。(6 6)腐蚀问题不严重:氧不是处于饱和状态。)腐蚀问题不严重:氧不是处于饱和状态。)腐蚀问题不严重:氧不是处于饱和状态。)腐蚀问题不严重:氧不是处于饱和状态。3 3、循环冷却水水质变化特点循环冷却水水质变化特点循环冷却水水质变化特点循环冷却水水质变化特点1 1)溶解固体浓缩)溶解固体浓缩)溶解固体浓缩)溶解固体浓缩在开始运行时,循环水质和补充水相同。在运行过程中,在开始运行时,循环水质和补充水相同。在运行过程中,在开始运行时,循环水质和补充水
9、相同。在运行过程中,在开始运行时,循环水质和补充水相同。在运行过程中,因纯水不断蒸发,水中的溶解固体和悬浮物逐渐积累。因纯水不断蒸发,水中的溶解固体和悬浮物逐渐积累。因纯水不断蒸发,水中的溶解固体和悬浮物逐渐积累。因纯水不断蒸发,水中的溶解固体和悬浮物逐渐积累。热水热水冷水冷水循环循环水泵水泵热流体热流体补充水补充水P1+P2+P3+P4蒸发蒸发P P1 1排污排污P P4 4渗漏渗漏P P3 3风吹风吹P P2 2p总的水量损失(总的水量损失(P)为:)为:P=P1+P2+P3+P4循环冷却水在蒸发时,水分损失了,但盐分却留在了水中。循环冷却水在蒸发时,水分损失了,但盐分却留在了水中。p风吹
10、、渗漏和排污所带走的盐量为:风吹、渗漏和排污所带走的盐量为:S(P2+P3+P4)p补充水带进系统的盐量为:补充水带进系统的盐量为:SBP=SB(P1+P2+P3+P4)式中式中 S 循环水含盐量;循环水含盐量;SB 补充水含盐量。补充水含盐量。p循循环环冷冷却却水水的的蒸蒸发发浓浓缩缩,导导致致循循环环水水中中含含盐盐量量的的增增加加,这这一一方方面面增增加加了了水水的的导导电电性性,使使循循环环冷冷却却系系统统腐腐蚀蚀过过程程加加快快;另另一一方方面面,某某些些盐盐类类由由于于超超过过饱饱和和浓浓度度而而沉沉积积,使使循循环环冷冷却却系系统产生结垢。统产生结垢。2 2)二氧化碳散失)二氧化
11、碳散失)二氧化碳散失)二氧化碳散失 冷却水在冷却塔中与空气充分接触时,水中的冷却水在冷却塔中与空气充分接触时,水中的冷却水在冷却塔中与空气充分接触时,水中的冷却水在冷却塔中与空气充分接触时,水中的COCO2 2被空气被空气被空气被空气吹脱而送入空气中。水滴在空气中降落吹脱而送入空气中。水滴在空气中降落吹脱而送入空气中。水滴在空气中降落吹脱而送入空气中。水滴在空气中降落1.51.52s2s后,水中后,水中后,水中后,水中COCO2 2几乎全部散失,水中钙镁的重碳酸盐全部转化为碳酸几乎全部散失,水中钙镁的重碳酸盐全部转化为碳酸几乎全部散失,水中钙镁的重碳酸盐全部转化为碳酸几乎全部散失,水中钙镁的重
12、碳酸盐全部转化为碳酸盐使循环水比补充水更易结垢。盐使循环水比补充水更易结垢。盐使循环水比补充水更易结垢。盐使循环水比补充水更易结垢。3 3)溶解氧量升高)溶解氧量升高)溶解氧量升高)溶解氧量升高循环水与空气充分接触,水中溶解氧接近平衡浓度。冷却循环水与空气充分接触,水中溶解氧接近平衡浓度。冷却循环水与空气充分接触,水中溶解氧接近平衡浓度。冷却循环水与空气充分接触,水中溶解氧接近平衡浓度。冷却水的相对腐蚀率随溶解氧含量和温度升高而增大,至水的相对腐蚀率随溶解氧含量和温度升高而增大,至水的相对腐蚀率随溶解氧含量和温度升高而增大,至水的相对腐蚀率随溶解氧含量和温度升高而增大,至7070后,因含氧量已
13、相当低,才逐渐减小。后,因含氧量已相当低,才逐渐减小。后,因含氧量已相当低,才逐渐减小。后,因含氧量已相当低,才逐渐减小。4 4)杂质增多)杂质增多)杂质增多)杂质增多循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物以及空气携循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物以及空气携循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物以及空气携循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物以及空气携带的灰尘、植物的绒毛等,结果使水中杂质增多。带的灰尘、植物的绒毛等,结果使水中杂质增多。带的灰尘、植物的绒毛等,结果使水中杂质增多。带的灰尘、植物的绒毛等,结果使水中杂质增多。5 5)微生物滋生)微生物滋生)微生物滋生)微生
14、物滋生循环水中含有的盐类和其他杂质较高,溶解氧充足,温度适循环水中含有的盐类和其他杂质较高,溶解氧充足,温度适循环水中含有的盐类和其他杂质较高,溶解氧充足,温度适循环水中含有的盐类和其他杂质较高,溶解氧充足,温度适宜宜宜宜(一般一般一般一般252545)45),许多微生物(包括细菌、真菌和藻类),许多微生物(包括细菌、真菌和藻类),许多微生物(包括细菌、真菌和藻类),许多微生物(包括细菌、真菌和藻类)能够在此条件下生长繁殖。能够在此条件下生长繁殖。能够在此条件下生长繁殖。能够在此条件下生长繁殖。4 4 4 4、循环冷却水水质变化的结果、循环冷却水水质变化的结果、循环冷却水水质变化的结果、循环冷
15、却水水质变化的结果1 1)腐蚀故障)腐蚀故障)腐蚀故障)腐蚀故障不仅缩短设备寿命,而且引起工艺过程效率的降低、产品泄不仅缩短设备寿命,而且引起工艺过程效率的降低、产品泄不仅缩短设备寿命,而且引起工艺过程效率的降低、产品泄不仅缩短设备寿命,而且引起工艺过程效率的降低、产品泄漏等问题,在高温高压过程的冷却水系统,还可能发生安全漏等问题,在高温高压过程的冷却水系统,还可能发生安全漏等问题,在高温高压过程的冷却水系统,还可能发生安全漏等问题,在高温高压过程的冷却水系统,还可能发生安全事故。事故。事故。事故。2 2)结垢故障)结垢故障)结垢故障)结垢故障不仅使传热效率降低,影响冷却效果,严重时使设备堵塞
16、而不仅使传热效率降低,影响冷却效果,严重时使设备堵塞而不仅使传热效率降低,影响冷却效果,严重时使设备堵塞而不仅使传热效率降低,影响冷却效果,严重时使设备堵塞而停工检修。还降低输水能力,增加泵的动力消耗,并促使微停工检修。还降低输水能力,增加泵的动力消耗,并促使微停工检修。还降低输水能力,增加泵的动力消耗,并促使微停工检修。还降低输水能力,增加泵的动力消耗,并促使微生物滋生,间接引起腐蚀。生物滋生,间接引起腐蚀。生物滋生,间接引起腐蚀。生物滋生,间接引起腐蚀。循环冷却水处理的基本任务循环冷却水处理的基本任务循环冷却水处理的基本任务循环冷却水处理的基本任务:防止或缓减系统的腐蚀和结垢:防止或缓减系
17、统的腐蚀和结垢:防止或缓减系统的腐蚀和结垢:防止或缓减系统的腐蚀和结垢及微生物的危害,确保冷却水系统高效安全运行。及微生物的危害,确保冷却水系统高效安全运行。及微生物的危害,确保冷却水系统高效安全运行。及微生物的危害,确保冷却水系统高效安全运行。6.2 6.2 判断循环冷却水系统的结垢和腐蚀倾向判断循环冷却水系统的结垢和腐蚀倾向判断循环冷却水系统的结垢和腐蚀倾向判断循环冷却水系统的结垢和腐蚀倾向p在一般的给水系统中,水的腐蚀性和结垢性是按水的碳酸盐在一般的给水系统中,水的腐蚀性和结垢性是按水的碳酸盐系统平衡决定的。系统平衡决定的。p当水中碳酸钙浓度超过其饱和浓度时,出现碳酸钙沉淀,形当水中碳酸
18、钙浓度超过其饱和浓度时,出现碳酸钙沉淀,形成结垢,称结垢性水。成结垢,称结垢性水。p当水中碳酸钙含量低于其饱和浓度时,水对碳酸钙具有溶解当水中碳酸钙含量低于其饱和浓度时,水对碳酸钙具有溶解能力,可使已沉积的碳酸钙溶于水中,称腐蚀性水。两者均能力,可使已沉积的碳酸钙溶于水中,称腐蚀性水。两者均称之为不稳定的水。称之为不稳定的水。p基于水中碳酸盐平衡原理,控制水的腐蚀和结垢,称之为水基于水中碳酸盐平衡原理,控制水的腐蚀和结垢,称之为水质稳定处理。质稳定处理。1、Langelier饱和指数饱和指数(IL)碳酸盐溶解在水中,达到饱和状态时,存在如下的平衡关碳酸盐溶解在水中,达到饱和状态时,存在如下的平
19、衡关系:系:从上式中可以看出,如果向水中投加碱会使碳酸钙析出;从上式中可以看出,如果向水中投加碱会使碳酸钙析出;如果碳酸钙在水中呈饱和状态,则上述反应处于平衡。重碳如果碳酸钙在水中呈饱和状态,则上述反应处于平衡。重碳酸钙既不分解成碳酸钙,碳酸钙也不会继续溶解。此时的酸钙既不分解成碳酸钙,碳酸钙也不会继续溶解。此时的pH值称为饱和值称为饱和pH值,表示为值,表示为pHs。IL0,水中溶解水中溶解CaCO3量超过饱和量,有结垢倾向;量超过饱和量,有结垢倾向;IL0,水中溶解水中溶解CaCO3量低于饱和量,量低于饱和量,CO2过量,有腐蚀倾向;过量,有腐蚀倾向;IL0,水质稳定。水质稳定。1936年
20、,朗格利尔年,朗格利尔(Langlier)提出了描述碳酸钙固体与含提出了描述碳酸钙固体与含二氧化碳溶液之间的平衡关系表达式:以水的实际二氧化碳溶液之间的平衡关系表达式:以水的实际p值减值减去饱和去饱和p值计算。值计算。IL=pH0-pHSp该指数的提出在一定程度上解决了如何判断水质的结垢、该指数的提出在一定程度上解决了如何判断水质的结垢、腐蚀倾向的问题,至今还被广泛采用。腐蚀倾向的问题,至今还被广泛采用。p通过实践发现,该指数对于判断水质的结垢性比较准确,通过实践发现,该指数对于判断水质的结垢性比较准确,而在判断水质的腐蚀性方面有些偏差,曾经发现而在判断水质的腐蚀性方面有些偏差,曾经发现IL达
21、到达到2,但腐蚀的问题依然存在的情况。但腐蚀的问题依然存在的情况。p对于此指数的运用只能适当参考,不能把它作为判断系统对于此指数的运用只能适当参考,不能把它作为判断系统水质倾向、尤其是腐蚀倾向的唯一标准。水质倾向、尤其是腐蚀倾向的唯一标准。2、稳定指数法、稳定指数法IR=2pHS-pH0IR=严重结垢严重结垢轻微结垢轻微结垢基本稳定基本稳定轻度腐蚀轻度腐蚀严重腐蚀严重腐蚀9.0以上以上 极严重腐蚀极严重腐蚀 该指数也具有一定的局限性,二种指数应协同使用,将有该指数也具有一定的局限性,二种指数应协同使用,将有助于较正确判断循环冷却水的结垢或腐蚀。助于较正确判断循环冷却水的结垢或腐蚀。城市给水的水
22、质稳定性城市给水的水质稳定性p城市给水的水质稳定性一般用饱和指数和稳定指数鉴别:城市给水的水质稳定性一般用饱和指数和稳定指数鉴别:IL pH0-pHsIR 2(pHs)-pH0pH0水的实测水的实测 pH 值;值;pHs水在碳酸钙饱和平衡时的水在碳酸钙饱和平衡时的 pH 值。值。式中式中IL饱和指数,饱和指数,IL 0 有结垢倾向,有结垢倾向,IL 0 有腐蚀倾有腐蚀倾向;向;IR稳定指数,稳定指数,IR 6 有结垢倾向,有结垢倾向,IR 7 有腐蚀倾向;有腐蚀倾向;p全国全国 26 座城市自来水公司的水质稳定判断和中南地区座城市自来水公司的水质稳定判断和中南地区 40 多座水厂水质稳定性研究
23、,均使用上述两个指数。水与多座水厂水质稳定性研究,均使用上述两个指数。水与 CaCO3平衡时的平衡时的 pHs,可根据水质化验分析或通过查索,可根据水质化验分析或通过查索 pHs图表求出。图表求出。p在城市自来水管网水中,在城市自来水管网水中,IL较高和较高和IR较低会导致明显结垢,较低会导致明显结垢,一般需要水质稳定处理。加酸处理工艺应根据试验用酸量等资一般需要水质稳定处理。加酸处理工艺应根据试验用酸量等资料,确定技术经济可行性。料,确定技术经济可行性。pIL-1.0 和和IR 9 的管网水,一般具有腐蚀性,宜先加碱的管网水,一般具有腐蚀性,宜先加碱处理。广州、深圳等地水厂一般加石灰,国内水
24、厂也有加氢氧处理。广州、深圳等地水厂一般加石灰,国内水厂也有加氢氧化钠、碳酸钠的实例。日本有很多大中型水厂采用加氢氧化钠。化钠、碳酸钠的实例。日本有很多大中型水厂采用加氢氧化钠。p中南地区中南地区 40 多处地下水和地面水水厂资料表明,当侵蚀性多处地下水和地面水水厂资料表明,当侵蚀性二氧化碳浓度大于二氧化碳浓度大于 15mg/L 时,水呈明显腐蚀性。敞口曝气时,水呈明显腐蚀性。敞口曝气法可去除侵蚀性二氧化碳,小水厂一般采用淋水曝气塔。法可去除侵蚀性二氧化碳,小水厂一般采用淋水曝气塔。p城市给水水质稳定处理所使用的药剂,不得增加水的富营养城市给水水质稳定处理所使用的药剂,不得增加水的富营养化成分
25、化成分(如磷等如磷等)。6.3 6.3 循环冷却水处理方法循环冷却水处理方法循环冷却水处理方法循环冷却水处理方法pp循环冷却水处理目的:主要是为了保护换热器免遭损害。循环冷却水处理目的:主要是为了保护换热器免遭损害。循环冷却水处理目的:主要是为了保护换热器免遭损害。循环冷却水处理目的:主要是为了保护换热器免遭损害。pp通通通通过过过过水水水水质质质质处处处处理理理理,对对对对腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、沉沉沉沉积积积积物物物物和和和和微微微微生生生生物物物物三三三三者者者者的的的的危危危危害害害害进进进进行行行行控控控控制制制制,出出出出于于于于腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、沉沉沉沉积积积积物物物物和和和和微微微微
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