第 15 章水的冷却与水质稳定

第15章水的冷却与水质稳定 湿空气的性质水冷却的基本原理冷却塔的工艺与设计循环冷却水水质稳定

15.1湿空气的性质 15.1.1 湿空气的热力学参数 1.湿空气的压力 P=Pg+Pq P=RT×10-3 Pg=gRg×10-3 Pq= gRqT×10-3 Pg、Pq——干空气和水蒸汽在其本身分压下的密度，Kg/m3。 Rg——干空气的气体常数，Rg=287.145J/（Kg·K ）。 Rq——水蒸气的气体常数，Rq=461.53J/Kg·K

2．饱和水蒸气分压力 当空气在一定温度下，吸湿能力达到最大时，空气中的水蒸气处于饱和状态。水蒸气的分压称为饱和水蒸汽压（Pq＂）。湿空气的饱和水蒸气分压只与温度有关，与大气压力无关。 0<Pq<Pq＂：

3．绝对湿度 绝对湿度——每M3湿空气中所含水蒸汽的质量称为空气的绝对温度。其数值等于水蒸汽在分压Pq和湿空气温度T时的密度。(ρq)

4．相对湿度： Φ=ρq/ρq＂= Pq/ Pq＂ Pq= ρPq＂　　　　Pq＝Ｐ－ ρPq＂

5．含湿量： 　在含有一kg干空气的湿空气混合气体中，其所含水蒸汽的质量x （kg）称为湿空气含湿量，也称为比湿，单位为kg/kg(干空气)

6．湿空气的密度ρ 湿空气的密度随大气压力的降低和温度的升高而减小。 7．湿空气的比热（Csh）使总质量为（１＋x）kg的湿空气（包括１kg干空气和xkg水蒸汽）温度升高１℃所需的热量，称为湿空气的比热，用Csh表示。 Csh＝Ｃg+Cq x Csh=1.00+1.84x Csh一般采用１.０５KJ/(kg·℃)

8．湿空气的焓（i） 湿空气的焓等于１Kg干空气和含湿量x公斤水蒸汽的含湿量之和。 i＝ig＋xig 以０℃的水的热量为零：水蒸汽的焓以两部分组成： a. 汽化热　　　　r0 =2500kJ ／kg b.1kg干空气由０℃升至θ℃所需的热量：

15.1.2 湿空气的焓湿图： 15.1.3 湿球温度（）和水的冷却理论极限：　干湿球温度是空气的主要热力学参数，干球温度为一般温度计测得的气温。测定湿球温度时：１）纱布必须完全包住水银球　　　　　　　　２）风速３—５m/s　以上。湿球温度代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度，也即冷却构筑物出水温度的理论极限值。

15.2水冷却的基本原理 15.2.1 水的冷却原理水的冷却过程是通过蒸发传热和接触传热实现的，水温的变化则是两者作用的结果。

15．2．2 接触传热量和蒸发传热量 X1——进塔空气含湿量 X2——出塔空气含湿量

在冷却塔中，淋水填料邻接触表面积F的总传热量H为

15.3冷却塔的工艺与设计 理论公式计算法目前国内外常用的有两种： • 三变量分析法（t,θ,Pq） ① 热水有接触散热传给空气的热量dHa将使空气干球温度θ升高。 ②空气通过dz段所增加的含湿量等于该段内水的蒸发量dQu,会引起空气中水蒸气分压Pq的增大。 ③ dz段中，水放出了热量必然引起水温t的下降。

2．两变量分析法（t,i） Merkel焓差方程为基础，麦克尔于1925年引用“焓”的概念。建立了麦克尔焓差方程：从而只需分析水温t与i，i代替θ，P 15．3．1 麦克尔焓差方程表示了热量交换和质量交换之间的速度关系。

1、 2、

空气所到的热量：

K为考虑蒸发水量传热的流量系数。

此即为逆流式冷却塔热力学计算基本方程。 散热性能以及气、水流量有关，称为冷却塔的特性数。

15．3．2 对热力学基本方程的讨论 βxv：单位容积淋水填料在单位焓差的推动力的作用下，所能散发的热量。

15．3．3 逆流塔焓差法热力学基本方程图（i—t图）解 1、

2．空气操作线 起点：在t坐标上找到当地湿球温度值，作垂线交饱和焓曲线于B′点，B′点的纵坐标为i1，即为进入塔中空气的焓值。

3．焓差的物理意义：

15．3．4 先根据i—t图作出

用simpson积分法

15．3．5 冷却塔的性能： 1、 (1) (2)

2．淋水填料性能： 1）热水特性数： A′，m或A,m,n等参数由模型塔或生产性塔试验求得。 2）阻力特性： 3）淋水填料模型塔与工业塔的热力学性能比较。 4) 当出塔时空气的含湿量恰好达到饱和（φ=1.0），此时空气的流量为理论空气需氧量。

15．3．6 冷却数（N）与特性数（N′）的统一。

15．3．7 横流式冷却塔基本公式的推导： 1．矩形横流塔基本公式的推导：

单位时间水所散发的热量 单位时间空气所吸收的热量：由于i在x方向有变化，i在y方向有变化：

右端表示冷却塔的冷却能力，左边为冷却任务时对冷却塔的要求。右端表示冷却塔的冷却能力，左边为冷却任务时对冷却塔的要求。

2．求解：

15.4循环冷却水水质稳定 15.4.1 循环冷却水水质特点和处理要求 15．4．1．1 敞开式循环水冷却水具有的特点 1．循环冷却水的浓缩作用 2．冷却水中CO2的散失和O2的增加 3. 循环冷却水的水质污染 4．水温变化

15．4．1．2循环循环冷却水的处理要求： 1．敞开式循环冷却系统对水的浊度，电导度，总碱度，PH值等均有要求，详见表敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标

2．腐蚀率： ⑴. 概念 (2) ⑶.点蚀参数：点蚀时，腐蚀可用点蚀参数反应。点蚀系数越大，对金属危害越大。 (4).缓蚀率： 3．污垢热阻：热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。

4．循环冷却水结垢控制指标 不稳定的水：1.结垢性水 2．腐蚀性水循环水结垢控制指标影响因素：①盐分浓缩：CaCO3,CaSO4,MgSO4结垢。 ②悬浮固体及有机物浓度。 ③热交换器提高了水温的影响。 ④水处理药剂。

15.4.2 循环冷却水水质处理 控制：1.腐蚀 2.沉积物 3.微生物 15．4．2．1腐蚀控制： 1．金属的腐蚀： 1) 概念 2)分类 3)化学腐蚀 4)电化学腐蚀 (1)析氢腐蚀 (2)吸氧腐蚀 (3)浓差腐蚀 (4)点蚀（孔蚀） 2．腐蚀控制

15．4．2．2 沉积物控制： 结垢控制污垢控制 1. 结垢控制： 1）去除水中产生结垢的成分 2）酸化法 3）加阻垢剂 2．污垢控制： 15．4．2．3 微生物控制 1．化学药剂法 1）氧化型杀菌剂 2) 非氧化型杀菌剂 3）表面活性剂杀菌剂 15．4．2．4 复方缓蚀阻垢剂 15．4．2．5循环冷却水系统的预处理：预处理包括清洗与预膜，一般分三步：化学清洗剂清洗、冲洗干净、预膜

15.4.3循环冷却水的水量损失与补充 水量总损失：P=P1+P2+P3+P4 P1————蒸发损失 P2————风吹损失 P3————渗漏损失 P4——排污损失补充水量为P，含盐量为SB，则当系统刚开始运行时，补充的盐量 SBP=SB（P1+P2+P3+P4）>S1(P2+P3+P4) S1(P2+P3+P4)——失去的盐量随着系统的运行，系统中的含盐量增大，当增大到 SBP=SB（P1+P2+P3+P4）≈S1(P2+P3+P4)时：含盐量稳定，以SP代替S2，则

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