菱科冷却塔基础知识：冷却塔水处理
作者：湖北武汉办事处 时间：2021-05-20 10:07 阅读：
联合循环发电厂在很大程度上已成为许多正在退役的燃煤电厂的事实上的替代品。这些新工厂的一个特殊方面是，他们通常只有极少的人员，如果有任何人员接受过水/蒸汽化学方面的良好培训。然而，由于水处理和化学控制不充分导致的故障，无论是在蒸汽发生器还是冷却系统中，如果它们导致故障和强制停机，都会使工厂损失巨大的收入和设备维修费用。关于冷却，不再使用直流冷却系统建造工厂，而是选择冷却塔或风冷冷凝器。本文重点介绍前者。冷却系统处理程序在过去几十年中已经发生了很大变化，并且这种演变仍在继续，但复杂程度越来越高。
湖北菱科冷却塔传热基础知识
下图说明了冷却塔的基本流动路径，并且表明了一组明显数量很大的条件，这些条件对于工艺流的温度和水分含量是可能的。包括数据以概述冷却塔的重要概念。
注意，不仅在通过塔的空气温度而且在相对湿度（RH）方面发生很大变化。通常，塔中冷却的65％至85％来自将一小部分回水蒸发到塔中。其余部分是通过显热传递。虽然需要相当详细的数学和工程来正确选择冷却塔的尺寸和空气 - 水流量比（通常称为液体 - 气体[l / g]比率），但几个常见的方程式非常实用用于确定系统的操作方面。考虑上面的例子，我们将选择75％的蒸发率，在下面的等式中将其转换为十进制格式作为蒸发因子（X）。
E =（R *X*范围）/ 1000，其中
E =蒸发（gpm）
R =循环水率（在本例中为150,000 gpm）
？ =蒸发因子（在本例中为0.75）
范围=热回水和冷放电之间的温差（27oF）
因此，该实施例中的蒸发速率为3,037加仑/分钟，约为循环水速率的2％。
当水在冷却塔中蒸发时，溶解的固体（和悬浮固体）留在后面。这些固体浓缩并增加水的结垢，腐蚀和结垢潜力。化学处理程序基于控制所有这三种机制，我们将在首先考虑其他基本流量计算后立即进行检查。
即使采用最佳的化学处理程序，冷却塔中的杂质也只能在结垢潜力超过化学处理之前累积到一定水平。允许杂质浓缩超过冷却系统补充水中的杂质的量称为浓度循环（COC）。通过定期排空一小部分冷却水来控制COC，冷却水的体积用补充水补充。排污与蒸发和COC的关系由下式表示。
BD = E /（COC - 1）
排污率与COC - 2
在这些计算方面通常可忽略的非常少量的水使塔式风扇以水滴的形式排出。这种损失称为漂移（D），可以认为是非常小的连续排污。因此，将该因子添加到上面的等式中，到冷却塔的总组成（MU）由以下等式表示。
MU = E + BD + D.
在具有精心设计的除雾器的冷却塔中，常见的设计漂移率是循环水流量的0.0005％。因此，对于我们的示例，漂移将达到大约1加仑/分钟，这实际上可以忽略不计。
排污方面的一个重要问题是，随着COC增加，排污量反向减少，如下图所示。
图2.上述示例的排污率与COC的关系。
很明显，随着COC的增加，“收益递减法则”也适用。常见的COC范围是4到8.但是如果塔位于干旱环境中或排污量受到限制，则可能需要更高的COC。然而，这是有代价的，因为较高的COC意味着冷却水中溶解固体的浓度更高，这增加了结垢和腐蚀的可能性。
现代化学控制
在由淡水供应的塔中，并且在没有任何处理的情况下，几乎总是形成的第一垢将是碳酸钙（CaCO 3）。钙离子（Ca2 +）喜欢与碳酸氢根离子（HCO3-）结合，特别是当冷凝器和其他热交换器的温度升高时。
Ca2 + + 2HCO3- +加热→CaCO3↓+ CO2↑+ H.
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因此，在上个世纪中期，采用了一种非常常见的处理方案，通过双化学方法解决了结垢和腐蚀问题。第一步是加入硫酸以保持冷却水的pH值在约6.5-7.0的范围内。酸将碳酸氢盐转化为二氧化碳，二氧化碳当然会以气体形式逸出。这与重铬酸钠进料相结合。铬在碳钢上形成表面层，赋予其不锈钢质量。用普通话来说，这个程序几乎是“不费脑筋”，尽管酸性饲料的干扰可能并且确实会造成严重的腐蚀。
两种常见的膦酸盐 - 3
不幸的是，基于铬酸盐的处理会产生有毒的六价铬（Cr6 +）。对于所有冷却系统，无论是打开还是关闭，该方法基本上都消失了。直到最近流行的替代品一直是基于碱的处理，主要依靠无机和有机磷酸盐（膦酸盐），以及用于隔离和改性非碳酸盐结垢剂的补充聚合物，以及可能是低剂量的锌盐。
在这些程序的典型pH范围内，低至高于-8范围，腐蚀减少，但各种化学品也抑制金属中阳极和阴极位置发生的腐蚀反应。
图4.抑制剂对腐蚀的影响。来源：参考文献1。
抑制剂对腐蚀的影响 - 4
常见的聚合物构件和功能组 - 5
结垢冷却塔薄膜填充 - 6
化学物质最大限度地减少了碳酸钙的形成，但遗憾的是，如果不进行仔细控防止这种氧化皮是聚合物通常是化学混合物的一部分的主要原因。
主要的水处理化学公司已经为磷酸盐/膦酸盐项目开发了复杂的监测和饲料计划，但出现了一个新的问题。由于磷对有毒藻类大量繁殖的影响，该国许多接收水体现在被认为是磷受损的。因此，可能不允许新植物将任何含磷流排放到这些水体中。新兴的是全聚合物程序，其中聚合物共混物充当晶体改性剂和多价螯合剂以保持形成水垢的离子和晶体悬浮。下图说明了许多这些聚合物的活性位点。
在选择冷却水处理程序时，建模软件可以带来很大的好处。 French Creek Software是该技术的领导者，许多主要的水处理化学品供应商都将该软件用于他们的计划。
控制微生物污垢
虽然结垢和腐蚀是冷却系统中非常重要的问题，但是到目前为止微生物污染通常导致大多数问题。
冷却系统提供理想的温暖和潮湿环境，使微生物生长和建立菌落。细菌将在冷凝器和冷却塔填充物，冷却塔木材上的真菌和暴露于阳光下的湿润冷却塔组件上的藻类中生长。杀菌剂处理对于保持冷却系统性能和完整性至关重要。
细菌分为以下三类，
好氧：在代谢过程中利用氧气。
厌氧：生活在无氧环境中，并使用其他来源，即硫酸盐，硝酸盐或其他供体来提供能量。
兼容性：可以生活在有氧或无氧环境中。
HOCl的解离作为pH-7的函数
微生物，特别是细菌的问题是，一旦它们沉淀在表面上，生物体就会分泌多糖层用于保护。然后，这种薄膜将从水中收集淤泥，从而生长得更厚，并进一步减少热传递。即使表面上的细菌可能是需氧的，分泌层也允许下面的厌氧细菌繁殖。这些虫子反过来会产生酸和其他直接攻击金属的有害化合物。微生物沉积物也建立了浓缩细胞，其中沉积物下方缺氧导致位置变成阳极暴露于其他暴露金属区域。点蚀通常是结果，其可能在材料的预期寿命之前很久导致管故障。
真菌将以不可逆转的方式攻击冷却塔木材，最终可能导致结构性失效。藻类会污染冷却塔喷雾甲板，可能导致性能下降和不安全的工作位置。
大多数微生物处理程序的核心是在它们能够沉积在冷凝器管壁，冷却塔填充物和其他位置之前进料氧化杀生物剂以杀死生物体。氯气是多年来的主力，当氯气加入水中时会发生以下反应。
Cl2 + H2O？ HOCl + HCl
HOCl，次氯酸，是杀灭剂。这种化合物的功能和杀灭力a由于HOCl在水中的平衡性质，pH受pH影响很大。
HOCl？ H + + OCl-
OCl-是比HOCl弱得多的杀生物剂，可能是因为OCl-离子上的电荷不允许它穿透细胞壁。随着pH值高于7.5，氯的杀灭效率急剧下降。因此，对于常见的碱性垢/腐蚀处理程序，氯化学可能效率不高。
氯的需求进一步受到水中氨或胺的影响，氨或胺不可逆地反应形成效力低得多的氯胺。出于安全考虑，液体漂白剂（NaOCl）进料已在许多设施中取代了气态氯。
常见的替代方案是溴化学，其中氯氧化剂和溴化物盐（通常为溴化钠（NaBr））在补充水流中混合并注入冷却水中。该化学产生次溴酸（HOBr），其具有与HOCl类似的杀灭能力，但在碱性pH下更有效。
由于几个原因，二氧化氯（ClO2）变得越来越流行。其杀灭力不受pH影响，化学物质不与氨反应，也不形成卤化有机化合物。此外，二氧化氯在攻击已建立的生物沉积物方面更有效。
ClO2不稳定，必须在现场生成。过去，常用的方法是将亚氯酸钠（NaClO2）与氯气一起加入供给冷却水的滑流中。
2NaClO2 + Cl2？ 2ClO2 + 2NaCl
然而，这种技术需要储存大量危险化学品，并且比漂白剂甚至溴处理贵几倍。现在有许多改进的技术，其中一种设计基于以下化学成分。
NaClO 3 + 1 / 2H 2 O 2 + 1 / 2H 2 SO 4→ClO 2 + 1/2 O 2 + 1/2 Na 2 SO 4 + H 2 O.
氯酸钠（NaClO3）是核心化学物质而不是亚氯酸钠。
需要仔细评估冷却水中的微生物种类，以确定最有效的杀菌剂。未经相应管理机构批准，不得使用或测试这些化学品。他们必须符合工厂的国家污染物排放消除系统（NPDES）指南。
与所有化学品一样，在处理非氧化剂时，安全性是绝对关键的问题。必须遵守所有处理指南和使用适当的个人防护设备。许多这些化学物质会攻击人体细胞以及微生物细胞。