循环水处理技术以及化学水处理培训资料

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一 冷却水系统
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1.直流冷却水系统 2.循环冷却水系统 A 封闭式循环冷却水 B 敞开式循环冷却水
二 冷却塔
• 1 自然通风 • 2 机械通风
三 敞开式循环冷却水系统
• 循环水量：系统中循环水的量对时间的函数，以R表示，单位t/h。 • 保有水量：循环水系统内所有水容积的总和，等于水池容积及管道和水冷设 • •
水的基本性质 水基本知识 （1） 物理性质：纯水是无色、无臭、无味、透明的液体。纯净水不
易导电。在常压下，水的凝固点是 0℃,沸点是 100℃.水在 4 ℃时密度最大,为 1g/cm³.水结冰时密度减小,体积膨胀。 水基本知识 （2） 化学性质： 水分子在通常状况下很稳定， 但在高温或电流作用 下能分解成氢气和氧气。 水在常温下可以和一些化学性质比较 活泼的金属单质发生反应 ，从水中置换出氢气。如钾、钠、 钙等。也能和某些非金属反应，如氧化钙。 （3） 特殊性质： a、 水在 0-4℃范围内不是热胀冷缩，而是冷张热缩。 b、 在所有的液体中，水的比热容最大，为 4.18J/（g*K）, 水在 0℃的凝固热为 5.99 kJ/mole(或 80 cal/g) 水在 100℃的汽化热为 40.6 kJ/mole(或 540 cal/g)，可作为 优质的热交换介质，用于冷却、储热、传热等方面。 c、 常温下（0-100℃） ，水可以出现固、液、气三相变化。 d、 在液体中，除汞以外，水的表面能最大。 e、 水的溶解及反应能力极强、许多物质不但在水中有很大的 溶解度，而且有最大的电离度。
循环水处理技术以及化学水处 理培训资料
2015.4.13
水基本知识 1、水的理化性质 2、水中的主要阴阳离子对水质影响及危害 3、什么是水中的悬浮物质 4、什么是水中的胶体物质 5、什么是水中的溶解物质 6、天然水中的杂质对水质的影响及危害 7、水中CO2对碳钢的腐蚀 8、水的硬度？ 9、水的硬度分类 10、硬水对工业生产的危害 11、水的碱度及存在形式
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•Hale Waihona Puke •• •敞开式冷却水系统
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水平衡关系式 E=1%R•K(⊿t=4~10℃) K：夏季：0.9~1.0，春秋：0.7~0.9，冬季：0.6~0.7 M=E+D+B+L L≈0 D≈0 M=E+B B=E/(K-1) T=V/B ⊿t=t2-t1 K=M/B M=E×K/(K-1) F=5～10%R 浓缩倍数的计算 浓缩倍数是循环冷却水管理的一项重要指标。目前水质管理有二种方法，一般对补充 水中含盐量受季节变化不大的水质以控制离子浓度为主。反之以控制循环水中离子强 度为主。 循环水中总固体浓度或不与其它离子起反应的某一离子浓度与补充水中总固体浓度或 相应离子浓度的比值称浓缩倍数，以K表示。 K=C/CM=M/B=(E+B)/B 式中：C： 循环水中某离子浓度(mg/L) CM：补充水中某离子浓度(mg/L) 当循环水设备处于正常运行时，蒸发水量E的值是一定的，所以浓缩倍数可以通过改变 排污量B来调节。
• 3 粘泥问题 • 粘泥是水中的悬浮物沉积而形成的，可能来自环境，也可能来自系统
循环冷却水粘泥以及微生物问题
内部。多数证据表明：粘泥的沉积来自低流速区或流速受限地区。粘 泥包括各种形式，如：昆虫、软体动物、泥沙、铁锈、油和油脂、其 它部位形成的垢和其它各种碎片。软性物质，如：油/油脂/生物团的 存在，通过捕获悬浮物质，形成粘泥团，会加速沉积物的增长。生物 粘泥主要由于细菌及藻类等微生物分泌产物同时粘附了水中悬浮杂质 而形成，生物粘泥产生的后果与结垢一样会影响传热，堵塞列管，引 起局部的腐蚀等危害，影响粘泥生成主要因素与水温、pH、溶解氧、 营养源及金属表面特性等有关。系统工艺物料泄漏对生物粘泥繁殖更 为有利。 • 4 微生物问题 • 微生物是系统存在的微小生物的总称，其自身或其代谢产物－生物粘 泥，是系统产生故障的主要原因。冷却水系统为微生物的生长提供了 相当适宜的生长和繁殖的环境，这些有机物包括藻类、真菌和不同种 类的细菌：好氧菌、厌氧菌和铁细菌。最明显的就是粘液、发臭物质、 生物团在设备上的沉积。位于垢下的厌氧菌会通过造酸作用加速局部 腐蚀。其它菌种，如真菌会恶化冷却塔的木质构件。由于水质为污水 处理排放水，水中有机物COD和BOD含量可能较高，同时微生物和生 物粘泥问题应是这类水质的主要问题。
水中的主要阴阳离子对水质的影响和危害
水中主要的阴离子有 CL-、 SO42-、 HCO3-、 CO32-、 OH-等， 其中 HCO3-、 CO32-、OH-在水中常与阳离子 K+、Na+、Mg2+、Ca2+等组成碱度，它们之 间的量的变化要影响水的 PH 值变化，从这一变化可以知道水的属性是腐 蚀型或是结垢型的。因此它们是影响水的性质和应用的主要离子。CL-是 水中最为常见的阴离子，是引起水质腐蚀性的催化剂，能强烈地推动和促 进金属表面电子的交换反应，特别是对水系统的不锈钢材料，应力集中处 （如热应力、震荡应力等） ，会引起 CL-的富集，加速电化学腐蚀过程。由 于 CL-与强碱阴离子交换树脂的亲合力比 OH-大 15~20 倍，因此可用阴离 子交换而除去。SO42-也是水中较为普遍存在的阴离子，与阳离子 Ca2+等生 成 CaSO4 沉淀而结垢，它又是水中硫酸盐还原菌的营养源。 水中主要的阳离子有 K+、Na+、Mg2+、Ca2+和 Fe3+、Mn2+等，其中 Na+是水中最为常见的阳离子，K+、Na+的存在使水的电导率上升，增加了 水的不稳定倾向；其中 Mg2+、Ca2+是组成水中硬度的主要离子，在一定的 条件下，常在受热设备的表面结垢，影响传热效果。Fe3+、Mn2+很易生成 Fe(OH)3、 Mn(OH)2 的沉淀形成水垢， 从而产生垢下腐蚀， 又是铁细菌生长 的促进剂。
四
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敞开式循环冷却水系统产生的问题
水系统常见问题 冷却水在循环使用过程中，由于水的不断蒸发，水中的有害离子和钙镁离子成倍增加，会导致腐蚀、 结垢和生物粘泥滋生等危害，产生以上危害的原因及对水冷设备的影响如下： 1 腐蚀问题 所谓腐蚀，即金属和它所在环境之间的电化学反应而引起金属的破坏现象。在冷却水系统中，腐蚀 主要是由氧引起的电化学腐蚀、有害离子引起的腐蚀和微生物引起的腐蚀，如下图： 电化学腐蚀 敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分的接触，因此水中溶解氧可达饱和状态，当碳钢与溶解 氧的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池， 微电池的阳极区与阴极区分别发生下列的氧化还原反应： 阳极反应是铁溶解过程：2Fe→2Fe2++4e 阴极是氧的还原反应 ： O2+2H2O+4e→4OH在水中：Fe2++2OH-→Fe(OH)2 Fe(OH)2+O2→Fe(OH)3 这些反应促使微电池中的阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。 有害离子引起的腐蚀 循环水在浓缩过程中，除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增长而增长外，其他的盐类如氯化物、硫酸盐等 的浓度也会增加。当Cl-和SO42-离子浓度增高时，会增加腐蚀速度。Cl-和SO42-会使金属上保护膜 的保护性能降低，尤其是Cl-的离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层加速阳极反应的进行使腐蚀加 速。 对于不锈钢和铜换热设备，Cl-是引起应力腐蚀的主要原因，因此冷却水中Cl-离子的含量过高，常 使设备上应力集中部分迅速受到腐蚀破坏。 微生物引起的腐蚀 微生物的滋生也会使金属发生腐蚀，这是由于微生物排出的粘液、无机垢和泥沙杂物等形成的沉积 物在金属表面和沉积物之间由于却氧一些厌氧菌得以繁殖更快，它分解水中的硫酸盐，产生硫化氢 引起碳钢腐蚀。
换热器以及管道腐蚀图片
敞开式循环冷却水沉积物问题
• 2 结垢问题 • 结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因，而
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沉积在金属表面，敞开式循环冷却水系统的结垢主要成分 有CaCO3和腐蚀产物二种，由于缓蚀剂使用使腐蚀产物大 大减少，而以CaCO3垢、Ca3(PO4) 2垢、Zn垢等为主要成 份。 由于垢的产生会引起水冷设备换热效率下降，管线的阻力 增大，导致循环水量减少或列管的堵塞等，敞开式循环冷 却水系统中影响结垢的主要因素是冷却水pH、CaH、总碱 度、水温、流速及金属表面状况等。对电厂系统由于希望 能在高浓缩倍数条件下运行，所以对结垢问题将做为重点。
结垢原理
• 工业循环冷却水中硬度物质，其存在形态以钙、镁的重碳
酸盐Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2为主，都为易溶盐类。 但在冷却水中重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增高，当其 浓度达到饱和状态，会从水中析出；或经过换热器传热表 面使水温升高时，发生如下反应： Ca(HCO3)2=CaCO3 ↓+CO2 ↑+H2O 冷却水经过冷却塔时产生气水分离，溶解在水中的游离 CO2要逸出，这就促使上述反应向右方进行。 反应产物CaCO3为难溶物质，且富有粘性，沉积在换热器 表面，形成致密的碳酸钙水垢。水垢使换热器效率下降， 系统阻力增加，设备出力下降；严重时，会使换热器堵塞， 同时产生垢下腐蚀。
循环水基本知识
冷却循环水的必要性 水---冷却介质的最佳选择 冷却水系统的分类 密闭式循环水系统和敞开式循环水系统 敞开式循环水系统的分类 敞开式循环水系统的冷却原理
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工业迅速发展的需要；20 世纪 40 年代后，高水耗的电力、化工 能源工业用水愈来愈多，直流水系统已受到水资源的严重限制，为解 决工业用水的困难而发展了循环水系统。 节约用水的迫切需要；我国淡水资源并不丰富，且分配不均，节约
备内水的容积总和，以V表示，单位t。 补充水量：用来补充循环水系统中由于蒸发、排污和飞溅的损失所需的水， 以M表示，单位t/h。 蒸发损失：在敞开式循环水系统中，从设备部分来的热水回到冷却塔，通过 蒸发而冷却，在此过程中，有水的损失，称为蒸发损失，以E表示，单位t/h。 渗漏损失：从系统中散失到大气中的水，以L表示，单位t/h。 风吹损失：从系统中散失到大气中的水，以D表示，单位t/h。 浓缩倍数：循环冷却水中某离子浓度与补充水中某离子浓度之比，以K表示。 排污水量：在确定的浓缩倍数条件下，需要从循环冷却水系统排放的水量， 以B表示，单位t/h。 旁滤水量：从循环冷却水系统中分流出部分水量按要求进行处理后，再返回 系统的水量，以F表示，单位t/h。 药剂停留时间：药剂在循环冷却水系统中的有效时间，以T表示，单位h。 冷却水进出口温差：冷却塔入口与水池出口之间水的温差，以△t表示，单位 ℃。