冷却水塔水处理计算,新手炒币基本知识

联合循环发电厂实际上已成为许多即将退役的燃煤发电厂的替代品。这些新工厂的一个特殊方面是，它们通常只有很少的人员，几乎没有接受过水/蒸汽化学方面的培训。然而，由于水处理和化学控制不当而导致的故障，无论是在蒸汽发生器还是冷却系统中，如果导致故障和强制停工，都可能导致工厂的收入和设备维修成本大幅下降。在冷却方面，工厂不再采用直通冷却系统，而是选择冷却塔或风冷冷凝器。本文主要关注前者。在过去的几十年里，冷却系统处理器发生了巨大的变化，并且这种变化仍在继续，但越来越复杂。

冷却塔传热基础知识

下图说明了冷却塔的基本流动路径，并指出了一组可能会显着影响工艺流温度和水分含量的条件。包含的数据概述了冷却塔的重要概念。

请注意，不仅通过塔的空气温度变化很大，相对湿度 (RH) 也变化很大。通常，塔中 65% 至 85% 的冷却来自一小部分回水的蒸发。其余部分通过显热传递。尽管正确选择冷却塔的尺寸和空气与水的流量比（通常称为液气 [L/G] 比）需要相当详细的数学和工程知识，但几个常用公式非常实用实际用于确定系统的操作方面。考虑到上面的示例，我们将选择 75% 的蒸发率，将其转换为小数格式作为以下公式中的蒸发系数 (ƒ)。

E = (R*ƒ*Range)/1000，其中

E=蒸发量（gpm）

R=再循环水的速率（在本例中150,000 gpm in )

ƒ = 蒸发系数（本例中为 0.75）

范围 = 热水和冷水之间的温差 (27oF)

所以在这个例如，蒸发速率为 3037 gpm，约为循环水速率的 2%。

随着水在冷却塔中蒸发，溶解的固体（和悬浮的固体）留在后面。这些固体会浓缩并增加水污染、腐蚀和结垢的可能性。化学处理器基于对所有这三种机制的控制，我们将在首先考虑其他基本流量计算后不久对其进行研究。

即使采用最好的化学处理方案，冷却塔中的杂质也只能积聚到一定水平，然后结垢的可能性才能淹没化学处理。冷却系统补给水中杂质的富集被称为浓缩循环（COC）。 COC 是通过定期排放一部分冷却水来控制的，其体积补充了补充水。下式与污染物排放量、蒸发量、COC的关系如下所示。

BD = E/(COC – 1)

排污率与 COC – 2

对于这些计算，非常少量的水（通常可以忽略不计）使塔扇的排气呈泪珠状。这种损失称为漂移 (D)，可以视为小的连续排污。因此，将这个因素加到上式中，冷却塔的总成分量（MU）由下式表示。

MU = E + BD + D

经过精心设计的除雾装置的水塔，一般设计漂移率为循环水流量的0.0005%。所以在我们的示例中，漂移约为 1 gpm，这实际上可以忽略不计。

在污水排放方面的一个重要问题是，随着COC的增加，污水排放会反方向减少，如下图所示。

图 2. 上述示例的排污率与 COC。

显然，随着收益成本的增加，“收益递减法则”适用。常见的 COC 范围是 4 到 8。但是，如果塔位于干旱环境或排污受限，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较高，这会增加结垢和腐蚀的可能性。

现代化学控制

在未经任何处理的淡水供水塔中，几乎总是首先形成的水垢是碳酸钙 (CaCO3)。钙离子 (Ca2+) 喜欢与碳酸氢根离子 (HCO3-) 结合，尤其是当冷凝器和其他热交换器的温度升高时。

Ca2 + + 2HCO3- + 热 → CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O

于是，在上个世纪中叶，采用了一个非常通用的处理程序，即进行通过两种化学方法解决结垢和腐蚀问题。第一步是加入硫酸以将冷却水的 pH 值保持在大约 6.5 至 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。将其喂入含有重铬酸钠的水中。铬在碳钢上形成表层并赋予其类似不锈钢的品质。用通俗的话说，这个过程几乎是“轻而易举”的，尽管酸进料的不适感会而且确实会导致严重的腐蚀。

两种常见的磷酸盐 – 3

不幸的是，基于铬酸盐的处理会产生有毒的六价铬 (Cr6+)。对于所有打开或关闭的冷却系统，这种方法基本上消失了。直到最近，流行的替代方案一直是基于碱的处理，主要依靠无机和有机磷酸盐（膦酸盐），辅以互补聚合物来螯合和改性非碳酸盐结垢剂，以及低剂量的锌盐。

在这些程序的典型 pH 范围（从低到高 8）下，腐蚀会减少，但各种化学物质也会抑制金属阳极和阴极部位发生的腐蚀反应。

图 4. 抑制剂对腐蚀的影响。资料来源：参考文献 1.

抑制剂对腐蚀的影响 – 4

常见的聚合物建筑基团和功能基团 – 5

冷却水塔膜污染 – 6< /p>

化学过程最大限度地减少了碳酸钙的形成，但不幸的是，如果不小心控制，会导致磷酸钙结垢。防止这种规模是聚合物通常是化学混合物的一部分的主要原因。

主要的水处理化学品公司已经针对磷酸盐/膦酸盐项目制定了精密的监测和补料方案，但新的问题又出现了。由于磷对有毒藻华的影响，该国许多有水的地区现在被认为缺磷。因此，新工厂不得向这些水体排放任何磷流。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螯合剂，以保持悬浮的结垢离子和晶体。下图说明了许多这些聚合物的活性位点。

在选择冷却水处理方案时，建模软件会大有裨益。 French Creek Software 是这项技术的领导者，许多主要的水处理化学品供应商都在他们的项目中使用它。

微生物污染控制

虽然污染和腐蚀是冷却系统中非常重要的问题，但微生物污染是迄今为止最常见的问题原因。

冷却系统为微生物的生长和定植提供了理想的温暖和潮湿的环境。细菌会在冷凝器和冷却塔填料中生长，真菌会在冷却塔木材中和内部生长，藻类会在暴露在阳光下的湿冷却塔部件中生长。杀菌剂处理对于保持冷却系统的性能和完整性至关重要。

细菌分为三类，

好氧菌：在代谢过程中使用氧气。

厌氧：生活在没有氧气的环境中，使用其他来源（如硫酸盐、硝酸盐或其他供体）获取能量。

兼性：可以生活在有氧或厌氧环境中。

HOCl 解离与 pH – 7

微生物（尤其是细菌）的问题在于，一旦它们沉积在表面上，生物体就会分泌多糖层进行保护。然后薄膜从水中收集淤泥，使其变厚并进一步减少热传递。即使表面上的细菌可能是需氧的，分泌层也会让下面的厌氧细菌大量繁殖。反过来，这些虫子会产生酸和其他直接攻击金属的有害化合物。微生物沉积物还会形成浓缩池，沉积物下方缺氧会导致该部位对其他暴露金属区域形成阳极。点蚀经常发生，这会在预期的材料寿命之前导致管子失效。

真菌会以不可逆转的方式侵蚀冷却塔的木材，最终可能导致结构失效。藻类会污染冷却塔的喷水平台，从而导致性能不佳和工作位置不安全。

大多数微生物处理计划的核心是输送氧化性杀菌剂，在微生物定居到冷凝器管壁、冷却塔填料和其他位置之前将其杀死。多年来，氯一直是人们的主力，将气态氯加入其中会发生以下反应。

Cl2 + H2O⇔HOCl + HCl

次氯酸HOCl是杀手。由于 HOCl 在水中的平衡性质，该化合物的功能和杀伤力受 pH 值的影响很大。

HOCl⇔H + + OCl-

OCl- 是一种比 HOCl 弱得多的杀菌剂，可能是由于 OCl- 离子上的电荷不允许它渗透细胞壁。当pH值超过7.5时，氯的杀灭效率急剧下降。因此，氯化学可能对常见的碱性结垢/腐蚀处理程序无效。

水中的氨或胺会发生不可逆反应，形成低效氯胺，从而进一步影响对氯的需求。出于安全考虑，液体漂白剂 (NaOCl) 进料已在许多工厂中取代了气态氯。

一种常见的替代方法是溴化学，其中氯氧化剂和溴化物盐（通常是溴化钠 (NaBr)）在补充水流中混合，然后注入冷却水中。该化学过程会产生次溴酸 (HOBr)，它具有与 HOCl 相似的杀灭能力，但在碱性 pH 值下更有效。

由于多种原因，二氧化氯 (ClO2) 越来越受欢迎。它的杀灭力与 pH 值无关，并且该化学物质不会与氨反应，也不会形成卤化有机化合物。同样，二氧化氯可以更有效地攻击已建立的生物沉积物。

ClO2不稳定，必须现场生成。过去，通常的做法是在冷却水的侧流中使亚氯酸钠 (NaClO2) 与氯气发生反应。

2NaClO2 + Cl2®2ClO2 + 2NaCl

但是，这项技术需要储存大量的危险化学品，而且比漂白或溴化处理的成本高出数倍。现在有许多改进的技术，其中之一是基于以下化学原理设计的。

NaClO3 + 1/2 H2O2 + 1/2 H2SO4→ClO2 + 1/2 O2 + 1/2 Na2SO4 + H2O

主要化学物质为氯酸钠（NaClO3），代替亚氯酸钠。

帮助控制微生物的一种方法是补充非氧化性杀菌剂。通常，需要偶尔但定期喂食，也许每周一次。表 1 总结了最常见的非氧化剂的一些特性。

为了确定最有效的杀菌剂，必须仔细评估冷却水中的微生物种类。未经相应监管机构批准，不得使用或测试这些化学品。他们必须遵守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，使用非氧化剂时，安全绝对是最重要的。必须遵守所有操作指南并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和微生物。

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