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第十章 水的冷却.ppt

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第十章 水的冷却,第十章 水的冷却,10.1 水的冷却系统与冷却构筑物 10.2 水的冷却原理 10.3 冷却的热力学计算 10.4 冷却水的水质与水处理,第十章 水的冷却,10.1 水的冷却系统与冷却构筑物 10.1.1 概述,为什么需要冷却水? 工业生产中产生热量积累,容易造成对设备本身或产品质量的不良影响;生产中工艺的需要,要求在某一过程中产品温度下降到一定水平。 冷却水一般占工业用水的70%~80%; 冷却技术广泛应用于化工、电力、冶金、食品等行业。,第十章 水的冷却,10.1.2 水的冷却系统,(1)直流式冷却水系统 (2)循环式冷却水系统:节水 封闭式:水损失少、污染少、特殊场合 敞开式:需补充几%新鲜水有污染,第十章 水的冷却,10.1.3 冷却构筑物,冷却构筑物包括水面冷却池、喷水冷却池和冷却塔,其中冷却塔是主要构筑物,有逆流式和横流式两类。 冷却塔内的主要装置包括:热水分配装置(配水系统、淋水填料)、通风及空气分配装置(风机、风筒、进风口)、集水器和除水器等 配水系统:使进水均匀分配,提高冷却效率; 淋水填料:增大水和空气的接触面积,延长接触时间,进口干冷空气、出口湿热空气; 风机和风筒:使塔内形成负压,外部空气得以进入塔内; 空气分配装置:保证进塔的风速分布合理 除水器:分离夹带在空气中雾状小水滴,以减少水量损失;,第十章 水的冷却,10.2 水的冷却原理 10.2.1 湿空气的性质,1 湿空气的压力 (1)湿空气的总压力 由道尔顿分压定律:为干空气分压力与水蒸气分压力之和,即: 式中 ——湿空气压力,即大气压力, ; ——干空气的分压力, ; ——水蒸气的分压力, 而干空气和水蒸气分压力计算公式为: 其中 ——分别为干空气和水蒸气气体常 数, ——分别为干空气和水蒸气本身压 力下的密度,,第十章 水的冷却,(2)饱和水蒸气分压力,饱和状态下:空气的吸湿能力最强饱和水蒸气分压力近与空气温度有关,第十章 水的冷却,2湿度 空气中含水分子的浓度。绝对/相对湿度,含湿量,(1)绝对湿度 每M3湿空气中所含水蒸汽的质量称为湿空气的绝对湿度。其数值等于水蒸汽在其分压力PV、湿空气温度T时的密度。 计算公式为: 饱和空气的绝对湿度为:,第十章 水的冷却,(2)相对湿度,一定容积的湿空气在某一温度下,所含水蒸气的重量与同温度下达到饱和时所含水蒸气重量之比,称为该温度的相对湿度。表示湿空气接近饱和的程度,饱和空气的值为1,其他情况1。 相对湿度的计算公式为: 式中 ——湿空气的干球温度、湿球温度,即采用干球温度计、 湿球温度计测定的温度,℃; ——分别为温度t、τ的饱和水蒸气压力,kPa; ——大气压力,kPa,,第十章 水的冷却,(3)含湿量,1kg干空气所含水蒸汽的质量x(kg)称为湿空气含湿量, 也称为比湿,单位为kg/kg(干空气) 在一定温度下,每公斤干空气中最大可容纳的水蒸气量称为饱和含湿量,以 表示,当 =1 时,含湿量达最大值--饱和含湿量:,第十章 水的冷却,3. 湿空气的密度,等于每立方米湿空气中所含的干空气和水蒸气在其各自分压下的密度之和。,,,,,,,第十章 水的冷却,4. 湿空气的比热,干空气1公斤、含湿量x公斤的湿空气温度升高1℃所需的热量,称为湿空气的比热,用 表示,单位为kJ/(kg·℃): 式中 ——干空气的比热, kJ/(kg·℃),在压力一 定时,温度小于100℃的情况下,约为 1.005 kJ/(kg·℃); ——水蒸气的比热, kJ/(kg·℃),约为1.842 kJ/(kg·℃); ——湿空气的含湿量,kg/kg干空气。 以 值代入得,第十章 水的冷却,5. 湿空气的焓,湿空气的焓数值等于1公斤干空气和x公斤水蒸气所含热量的总和。 水蒸气的焓由两部分组成: (1)1公斤0℃的水变成1公斤0℃的水蒸气所吸收的热量,称为水的汽化热,用λ表示, λ=2500 kJ/kg; (2) 1公斤0℃的水蒸气升高到t ℃时所需的热量,其值为 ,即 1.842t kJ/(kg·℃) 带入 ,1Kcal=4.18KJ,转化为与温度t、相对湿度 、压力Px有关,图表计算,,,第十章 水的冷却,6. 湿空气的焓湿图,当空气压力Px固定时,含湿量x、温度t、相对湿度、焓i中只有两个独立变量,把湿空气的四个重要热力学参数都绘在同一张图上,这样的图称为焓湿图。,1)t固定,焓i,相对湿度 ,随含湿量x的增减而增减, =1对应饱和含湿量和饱和焓。 2) x 固定,焓i随t的增加而增加, 随t的增加而减小。 t tB,空气中x不能容纳原来的含湿量x,对于部分凝结为水, tB为相对于xB的露点。 3) i固定(绝热),沿 增加的方向, x上升, t下降;反之相反。 4) 固定,焓i,相对湿度,时间t同时增减。,第十章 水的冷却,湿空气的焓湿图,结合上图,说明焓湿图的应用如下: (1)当温度t固定,焓i及相对湿度均随x的增、减而增、减,当相对湿度达到最大值1.0时,x和i也都达到它们的最大值,此时对应的是该温度下的饱和含湿量和饱和焓; (2)当含湿量x固定不变时,x将沿着平行于温度轴的方向移动,由图中看出,焓值i是随温度的增、减而增、减的。但相对湿度则随温度t的降低而增加,t的升高而减少。 (3)当固定焓值i不变,即相当于绝热条件下,i将沿着图中等值线移动,如图中AB线上D点的情况。 (4)相对湿度固定不变时,焓i、温度t和含湿量x将同时增大或同时减小。,第十章 水的冷却,10.2.2 水的冷却原理,以空气为冷却介质,由蒸发传热、接触传热和辐射传热过程共同作用 1. 空气-水的蒸发和接触传热过程,,第十章 水的冷却,水的冷却原理,2. 传热量计算 (1)蒸发传热量 通过蒸发(从液态水到气态水)所产生的传热过程称为蒸发传热;也称潜热,可用下列关系: 式中 ——蒸发传热通量, ——水的蒸发通量系数,kJ/kg; ——压力传质系数,,第十章 水的冷却,水的冷却原理,(2)接触传热量(也称显热,由温差产生) 式中:Qc—接触传热通量( ),a—传热系数( ) (3)总传热量 影响因素:气水界面面积、相对流速、接触时间等。 传热比例:冬季,接触传热为主〉50%其他,蒸发为主,夏季高达80-90%。,第十章 水的冷却,水的冷却原理,3. 湿球温度 干球温度:一般温度计测得的气温。 湿球温度:指极限冷却温度,通常用湿球温度计来测量; 需用纱布完全包住水银球 ,风速3-5m/s以上。 湿球温度代表在当地气温下,水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。 冷却过程:tit,x”x,水气接触,潜热、显热均0,直至水温相等,显热为0。蒸发传热(潜热)继续进行,水温继续降低,水温低于气温时,显热为负,直至水向空气中的蒸发传热量=空气向水中的接触传热量相等时,水温不再下降,此水温为冷却极限温度 。,,第十章 水的冷却,10.3 冷却的热力学计算,10.3.1 热力计算基本方程 10.3.2 冷却数和特性数的确定 10.3.3 冷却塔热力计算的任务与方法,第十章 水的冷却,10.3.1 热力计算基本方程,焓差法 分别称为温度积分冷却数和焓积分冷却数, 分别称按水量计算特性数和按空气量计算特性数,第十章 水的冷却,10.3.2 冷却数和特性数的确定,1. 冷却数的计算 2. 特性数的计算 3. 气水比的确定,第十章 水的冷却,10.3.3 冷却塔热力计算的任务与方法,热力计算的任务有两种情况: (1)已知冷却任务,如已知冷却水量Q(kg/h),冷却水进、出口温度 ,气象参数( ),通过热力计算要求确定冷却塔需要的空气量及冷却面积; (2)校核已知冷却塔的塔型、结构尺寸、填料种类、风机等参数,在当地气象条件下,确定冷却塔出水能达到的水温,或根据出水水温确定能冷却的水量核空气量。,第十章 水的冷却,10.4 冷却水的水质与水处理 10.4.1 冷却水的水质,1. 循环冷却水的水质特点: (1)循环冷却水的浓缩作用: 超过饱和而沉淀、结垢,堵塞管道; 降低热交换器热交换效率 (2)冷却水的腐蚀性: O2的增加,盐类浓缩使水导电性增强,腐蚀管道设备 (3)循环冷却水的水质污染 内部微生物产生的粘垢,外部入侵尘土、泥沙、悬浮物等污染物产生的污垢 (4)水温变化,第十章 水的冷却,循环冷却系统中的盐类浓缩,水量平衡 循环水量Q, 损失水量:蒸发P1,风吹P2、泄漏P3和排污P4 补充水量:P=P1+P2+P3+P4 浓缩过程及盐类浓缩倍数 蒸发导致含盐量增加 循环水含盐量Sr与补充水含盐量Sm之比为系统的浓缩倍数K(=Sr/Sm) Q(P1+P2+P3+P4)Sm=KQ(P2+P3+P4)SmK=(P1+P2+P3+P4)/(P2+P3+P4)=P/(P-P1),,第十章 水的冷却,敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标,热交换器传热面因沉积物而使传热系数下降,增加的热阻的量称为污垢热阻,第十章 水的冷却,10.4.2 循环冷却水处理,循环冷却水处理:沉积物控制、腐蚀控制、微生物控制 1. 沉积物控制 (1)控制水垢形成及析出 1)排污;脱CO2增加碳酸盐含量,排污使其值低于极限值 2)在冷却水中去除成垢的Ca2+、Mg2+;离子交换、石灰预处理、零排污 3)循环水水质调整:加硫酸处理、通CO2稳定重碳酸盐; 4)投加阻垢剂;使结垢成分溶解或分散,转化结垢成分为泥渣 5)物理处理技术:水垢,磁化、电子除垢 (2)污垢和黏垢的控制:排污、清洁、控制腐蚀和微生物生长。,第十章 水的冷却,循环冷却水处理,2. 金属腐蚀控制 加缓蚀剂:在腐蚀电池的阳或阴极覆盖一层保护膜。 3. 生物污垢及其控制 1)氧化型杀菌剂 2)非氧化型杀菌剂 3)表面活性剂杀菌剂 4. 循环冷却水系统的预处理: 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,
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