冷却塔回水(冷却塔回水防止涡流)

我国水资源简要概述水是生命之源，是人类生存必需和无法取代的物质。人类社会的历史，可以说是人依靠水而繁衍生长、生存和发展的历史。水的重要性在于：水是不可替代的，不像能源那样，煤用完了用石油替代，石油用完了用核能，核能用完了用太阳能。世界上还没有制造H2O的工厂。水资源的紧缺性和重要性越来越引起世界各国的关注和重视。我国水资源贫乏、紧缺，水污染严重，已经成为经济、社会高速持续发展的制约瓶颈。因此以科学发展观分析水问题，合理科学地利用水资源，维护生态环境，人与自然和谐相处，水与经济和社会协调发展，节约用水、循环用水、一水多用，已成为缓解水资源、解决水危机、平衡供需矛盾的重要措施。我国水资源量我国年平均降水量为648mm，总降水量约6万亿m3，而淡水贮量即水资源平均年总量每年为218124万亿m3，排在印度尼西亚之后，占世界第6位。因此从总量上说，我国水资源量不算少，但按人均数计算，世界人均数为12200m3人·a，我国2002年统计为2200m3人·a，仅占世界人均数的1515。在世界各国中，排在88位之后。因此按人均计，我国的水资源是贫乏的、紧缺的，存在着供需矛盾和水危机。我国28124亿m3淡水水资源总量中，除冰川、高山积雪、深山溪流、深层地下水等，可供用的淡水总量约11000亿m3a，而按我国现有的技术条件和经济实力，实际可供取的水量仅为7000亿m3。目前我国排入水体的污、废水量约365亿m3a，从1200条河流的监测资料统计来看，受到不同程度污染、水质差于Ⅳ类含Ⅳ类的有850多条河流，而且大多数是城市附近的水体，污染了可供用水资源量达2500多亿m3。这样，符合供水水源水质要求的实际可供用的水资源量，每年仅为4500亿m3。据2002年粗略统计，我国城市供水和工业用水约3185亿m3d，全年供水量为102518亿m3，其中生产用水量占81%，生活用水量19%，城市供水人口普及率达96%。我国农业用水近4000亿m3a，加上城市供水和工业用水量全年共为502518亿m3。占我国水资源总量28124亿m3的17、87%；占可供用淡水总量11000亿m3的45、7%；占实际可供取用水量7000亿m3的71、8%；占符合供水水源水质要求的实际可供水资源量4500亿m3的117%。就是说每年有500多亿m3的水取自被污染了的水源水，而实际远超过此数。为保证自来水厂出水水质，达到建设部颁布的《城市供水水质标准》CJT206—2005和《生活饮用水卫生标准》GB5749—2006的要求，不少水厂在常规处理工艺之前设置生物预处理，之后设置了活性炭等吸附过滤深度处理，增加了占地面积，提高了制水成本。水资源与供水量供不应求的现状，造成我国60%～70%的城市不同程度缺水，其中水资源紧缺地区有近50个城市严重缺水，200多个城市已出现或面临着水危机，因缺水我国每年造成经济损失达几千亿元。2002年之后，如果城市供水年平均增长率按3、5%计，则2010年缺水量为1350、8亿m3，2015年为1604、3亿m3。到那时水资源紧缺矛盾会进一步突出，因此节约用水、循环用水、开辟第二水源污废水回用势在必行，是解决水危机、缓解水资源紧缺的重要途径。我国水资源特点1、地区分布很不均衡从总体上来说，南方水资源丰富，北方水资源短缺，特别是三北东北、西北、华北地区水资源矛盾更为突出。南方4个流域长江流域、华南诸河、东南诸河、西南诸河水资源总量占全国总量的81%，耕地面积仅占全国的35、9%；北方4个流域东北诸河、海滦河流域、淮河和半岛、黄河流域水资源总量只占全国总量的14、4%，而耕地面积占全国的58、3%。可见，从地理分布来看，我国水资源分布是极不平衡的，这个不均衡影响着经济与社会的发展。从人均占有的水资源量来计，北方4区人均水资源量仅为938m3人·a，远低于国际规定的临界值1700m3人·a。其中海滦河流域只有430m3人·a；南方4区人均水资源量为4170m3人·a，其中西南诸河地区高达38431m3人·a，南方人均占有水量是北方的4、4倍；西南诸河地区与海滦河地区相比，前者人均水量为后者的89倍。2、降水与径流量年内、年间变化大我国位于世界著名的东亚季风区，降水和径流年内分配很不均匀，径流量主要集中在夏季，大多数地区6～9月的径流量占年径流量的70%，80%。同时降水和径流量年间变化也很大，少水年与多水年持续出现。如京津鲁地区1980年至1982年和90年代末至21世纪初连续出现枯水年，而长江流域和淮河流域又连续出现洪水期。2006年下半年至2007年初，水量充沛的四川、重庆却出现干旱年。长江、嘉陵江重庆段达到历史最低枯水位，航运停业、水库枯干。年内、年间降水和径流量的大幅度变化，使地面水资源的控制和利用造成很大困难，使实际可利用的天然水量比水资源总量少得多。同时江河洪、枯水位的大幅度变化，使城市取水带来很大困难，造成取水构筑物的复杂性。3、水土流失严重，许多河流含砂量大，使取水困难因自然条件限制和人类长期活动的结果，使我国森林覆盖率很低只有12%，居世界120位，造成水土流失严重。据统计，我国水土流失面积约150万km2，占全国土地面积的16左右，每年流失泥砂约50亿t。全国年输砂模数大于1000tkm2面积的达60万km2，黄河是世界罕见的多泥砂河流，年输砂模数大于5000tkm2面积的有1413万km2，造成黄河年径流量变化大、含砂量高、浅滩多。类似这样的河段，使取水困难，取水构筑物既要适合水位的变化，又要防止被泥砂的冲刷或被淤积堵塞，还要建造大规模的蓄水池和泥砂预沉池，使造价和制水成本大幅度上升。我国的水危机我国面临水资源危机的标志是：1、一次供水量大于天然补给可供用水资源量；2、地下水水位形成区域性大面积连续下降，降落漏斗不断扩大；3、水源大面积受到污染，而且污染控制速度低于或慢于污染增长速度；4、出现水荒的自然变化间隔年份逐渐缩短，丰水区也出现水荒，一般性丰水年逐渐下降，枯水期时间增长；5、调节水量、水质的经济、技术、材料、管理对策和措施缺乏保障。经综合研究分析，我国水资源危机出现的情况为：京、津等地区20世纪70年代末进入水源危机阶段；三北地区20世纪90年代进入水源危机阶段；长江沿北及南方部分地区21世纪初进入水源危机阶段；专家预测，全球将在2030年左右进入水源危机阶段。水资源问题的形成和发展是复杂的，在开发、利用、排污、控制、保护、管理过程中，受到来自自然与社会两大方面因素的相互影响，有许多因素是随机性干扰的。从综合分析来说，我国水资源存在着三个矛盾、三种形式和经历了三个阶段，组成了9类不同的水资源问题。三个矛盾为：水量供需矛盾；水质污染净化矛盾；治理费用与效益矛盾。三种形式为：水量型缺水；水质型缺水；综合型即缺水又污染缺水。三个阶段为：供大于求的初期阶段；供求动态平衡阶段；供小于求的水源危机阶段又可分为前、中、后三期。上述9种不同水资源问题，三北地区出现早而严重，南方特别是沿海地区同样存在。我国水危机的出现，使全国300多个城市存在不同原因的缺水，城市公共供水设施能力不足而造成缺水的有200多个城市。水危机、水矛盾如不解决好，必将影响我国国民经济的持续发展，开发西部崛起中部也难实现。解决水资源紧缺的途径与方法缓解与解决水资源紧缺矛盾的方法和途径是多样的，如在农业用水方面改漫灌为喷灌、滴灌，防止渠道渗漏；在工业用水方面一水多用，顺序用水，循环用水；在生活用水方面一户一表，节约用水；在城市市政用水方面中水回用等。但首先要做好水资源的利用规划。循环冷却水是指用水来冷却生产设备、、制冷机等，水自身的温度升高了，通过冷却设备把水温降低下来，再去冷却生产设备或，这样往复循环使用，仅补充少量在循环过程中损失的水量。冷却水是用水大户，这样就大幅度地节省了用水量。同时冷却水的水质要求不高，污废水达到排放标准后再经过滤等深度处理后就可用于循环冷却水，是开辟第二水源，进行中水回用的重点用户。这样，既不用水质好的水资源水，也不使用自来水，对缓解水资源紧缺、解决供需矛盾起到保证作用。

1、水面饱和层的饱和焓曲线图6-3中，以t为横坐标，i为纵坐标，在横坐标上标出进塔水温t1、出塔水温t2、空气湿球温度τ及tm。因水面有一层很薄的饱和气层，这层的相对湿度=1即=1不变，而水的温度从t1降低到t2，那么在焓湿图中按=1不变，而t从t1到t2可以找到i″1到i″2及与变化的tx有相应的i″x，把找到的i″1→i″2各点的i″x绘到图6-3上去，得到一条B′—A′曲线，B′—A′曲线称为水面饱和气层的饱和曲线，通常称为空气饱和焓曲线。按横坐标上的t1、t2、平均温度tm作垂线，交于B′—A′曲线上的B1即图中A′点、B2、Bm，则达到相应的饱和焓i″1、i″2及i″m。B′—A′曲线上的B′点相对应的焓i1，相当于空气湿球温度τ时的焓值i1，i1是进塔湿空气原有的焓值进塔空气的焓值。2、空气操作线A—B1以B′点向右边引水平线与水温t2的垂线交于A点，A点把塔底出水温度t2与进入塔底的空气焓值i1联系起来，反映了塔底的热交换关系。从上述单元层中水减少的热量=空气的吸收热量，气、水交换平衡方程Gdi=QdtK中，可得didt=1K·QG，令GQ=λ气水比，得：则按斜率1K·λ过A点作斜线交于t1A垂线上于B1点，AB1为空气操作线，是一条直线，过B1点向左作水平线得i2值，i2为出塔塔顶空气焓。这样，B1点把塔顶的进水温度t1与出塔空气焓i2联系起来了。由于AB1直线反映了塔内空气焓与水温变化的关系，因此把AB1直线称为空气操作线或叫工作线，该线上的任一点坐标反应了各单元层中水温和空气焓的数值。i2与空气饱和焓曲线B′A′上交于C点。其所对应的温度为t′2，这t′2相当于空气排出冷却塔的温度，也就是焓热量为i2时的湿球温度。3、焓差的物理意义从图6-3可见，在AB1直线上，任一个水温tx所得到的ix就是该水温下空气的焓。在A′B′曲线上任一点相应于水温tx得到的该点，水、气交界面上饱和层的焓i″x，因此两条线之间的垂直距离Δix=i″x-ix就是热交换的推动力，称为焓差推动力，水与空气的热交换就靠此推动力进行的。Δix越大，推动力越大，热交换效果越好。图6-3中，平均水温为tm，相应得到空气焓为im和水面饱和气层焓i″m，得平均焓差值为：Δim=i″m-im，此Δim就是水温从t1→t2之间的平均焓差值。把图6-3与式6-24结合起来，对图6-3中两条线的相对位置进行分析，可得如下三点物理意义：1A′B′曲线与AB1直线离开得越大，则Δix=i″x-ix值越大，推动力也越大。那么式6-24右边分母中i″-i越大，右边的值越小，式子的左右两边是相等的，则左边值也相应减小，左式中Q是不变的，那么填料体积V减小，冷却塔体积也可减小了，Δix越大，Δt=t1-t2值也就越大，冷却效果好。2如果把AB1空气操作线的终点A向左边移，就是说缩小冷幅高Δt′=t2-τ值，由于饱和焓曲线的斜率是先小后大即坡度先平缓后陡，Δt′缩小，饱和焓与操作线之间的焓缩小，那么以焓差为冷却推动力也小了，水的冷却就困难。这与前面讨论的τ为冷却的理论极限的意义相符合，即t2越接近τ，冷却越困难，填料的体积越大，越不经济，故定为Δt′=t2-τ=3～5℃。3空气操作线AB1是根据斜率tg=1K·λ作出的，λ=GQ，那么不同的气、水比λ，就有不同的斜率tg，就会得到不同的空气操作线。当K值一定时，λ值越大，则1Kλ值越小，那么AB1线的坡度越小斜率小，操作线平缓tg小，那么Δix=i″x-ix值越大，冷却的推动越大，冷却越容易冷却好。但λ越大，则风量G大，电耗增大，风速大，风的阻力也大。故设计时λ值不能无限增大。应作全面考虑，一般情况下，λ值在0、6～1、5之间。冷却塔麦克尔焓差方程在总散热量讨论中，已得到用容积法计算总散热量公式为麦克尔在此式中引进了路易斯Lewis数和焓的概念，有效地简化了冷却塔的热力计算。路易斯经过大量的实验和研究，提出了在前面提到的α与β之间的近似比例关系为αβx=αvβxv=Csh=0、25kcalkg·℃，称路易斯数。而麦克尔从实验获得的αβx并不严格的等于0、25kcalkg·℃，但麦克尔仍认为αβx=Csh是对的，而Csh=0、25kcalkg·℃，这说明麦克尔方程是近似的，这个近似指的是αβx≈0、25kcalkg·℃，故称麦克尔焓差法近似计算法。空气温度为θ时湿空气的焓为：水面饱和气层的温度为tf等于水温t时，其含湿量为X″，则焓为：为求出Csh、i、i″三个参数，把式6-20总散热计算公式作适当变换，得水面饱和层向空气散发的总热量为：式6-22就是麦克尔焓差计算方程式。简略地说，由于蒸发散热和传导散热，冷却塔内任何部位产生的总散热量与塔内该点的饱和空气焓i″和塔内该点的空气焓i之差成正比。逆流式冷却塔热力平衡方程1、逆流式冷却塔水冷却的热力过程图6-1为逆流式机械通风冷却塔，Z为淋水装置高，A为断面积，F为水与空气的总接触面积，冷却水量为Qkgh，进塔水温为t1，冷却到出塔水温为t2，与水流相反方向进塔空气量为Gkgh或m3h，空气的参数由进塔处的θ1、1、X1、P1，变化到出口处的θ2、2、X2、P2，空气的焓由底部进口的i1，到顶部出口增加到i2。研究逆流式冷却塔内水与空气之间热量交换变化的目的，是为了计算水因降温及蒸发所失去的水量。2、逆流冷却塔中热力平衡方程已得知：水的总散热量=水的热量减少，水的热量减少为：Q×C×dtQ为总水量，C为水的比热，dt为温度。从麦克尔焓差计算方程得总散热量为dH=βxvi″-idV，则两者相等得：式6-23就是按热力平衡求解的最早使用的焓差法热力学基本方程，称麦克尔方程。此式的缺陷是水的热量减少中，没有考虑到因蒸发等原因造成的水量损失Qu，即Q没有变。3、麦克尔方程的修正别尔曼бepμaH对麦克尔方程进行了修正，引入了考虑因蒸发水量而带走热量的系数1K，把式6-23修正为式6-24：按图6-1，以dz单元层厚度来研究水散发的热量。进入dz层的水量为Q、水温为t、进dz层的热量为Q×C×t。在dz层中蒸发掉的水量为dQ，水温降低为dt，则出dz层水中的热量为Q-dQ）·C·t-dt。在dz中水减少的热量用dHs表示，则上述两部分之差为：同时，空气流过dz层时，其含热量也提高了，设提高值为di，空气流量为Gkgh，在dz层内空气吸收的总热量用dHk表示，则得dHk=Gdi。因热交换是稳定的，在dz层中水温散失的热量dHs应等于空气所吸收的热量dHk，则得：令：K=1-tdQGdi，得：Gdi=QdtK。此式是根据水、气热交换平衡所得的结果，称水、气热交换平衡方程。K值称为蒸发水量带走的热量系数，单位为℃·kgkcal。在冷却塔的dz层中，水的总散热量dH应近似地等于空气吸收的热量dHk，则为dH=dHk，dH=βxvi″-idV，dHk=Gdi=QdtK，得：这里的βxv为平均值，此式就是别尔曼对麦克尔公式修正后的热力学基本方程，引进了蒸发水量带走的热量系数K，是建立在麦克尔的i″-i焓差为推动力的基础上。4、对Gdi=QdtK方程的讨论1此水气热交换平衡方程是根据dz层中水量减少的热量等于空气吸收的热量dHK得到的，现对此方程积分：从式6-27、6-28可见，在已知K、λ、t1、t2情况下，知道i1，则可求得i2，反之，知道i2，可求得i1。2蒸发水量带走的热量系数K值的计算在Gdi=Qdt1-tdQGdi中，K=1-tdQGdi，从理论上来说，K值应按此式进行积分求得，但在水的冷却中，一般是取淋水装置全过程来推导的，就是说，K值是随水温t1～t2而变化的，从Gi2-i1=1KQt1-t2得：水在冷却塔内的冷却全过程中，其蒸发水量为Qu，水在淋水装置中散失的热量应是进、出热量之差，即得：左右两边的C均可去除，从平衡关系得知：水减少的热量=空气吸收的热量=总散热量，而空气吸收的热量为Gi2-i1，则从上式得：Qt1-t2+Qut2=Gi2-i1，左右两边除Gi2-i1得：把式6-30移项，并结合式6-29得：

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文章关键词: 热量 水量 水温 温度