湿式冷却塔填料结垢机制与控制技术研究

摘要

淋水填料是湿式冷却塔中的至关重要的部件，填料处的散热量能达到整个冷却塔系统的一半以上，填料就相当于冷却塔的“心脏”。湿式冷却塔大部分采用交错波纹式填料，但存在结垢的问题，结垢严重会影响填料的传热传质系数，甚至影响冷却塔的热力性能。我国对冷却塔以及填料的研究已有了长足的发展，但对冷却塔填料结垢的研究几乎没有，国外已经开始对填料污垢的成分、结垢机理、如何阻垢有了初步的研究，但具体的除垢效果还有待考证，并且没有对结垢严重度的分布规律，结垢对传热传质的影响进行分析，因此很有必要对冷却塔结垢问题进行进一步的研究。
　　通过扫描电子显微镜与能谱仪、X射线荧光光谱分析、红外光谱仪等仪器对填料污垢进行分析，发现填料污垢的表面是非常粗糙的，呈絮状，有大量的叠聚体以及椭圆形片状结构，多种成分结构错综在一起，填料PVC材料与污垢分界明显。污垢中主要含有的元素有O、Ca、C、Zr、Fe、Al、Mn、Si等，主要的氧化物有SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、P2O5、MgO、K2O、MnO、SO3等，主要的化学官能团有OH键、碳酸根、硅酸根等。填料污垢中主要物质有SiO2、硅酸盐、碳酸盐（主要为碳酸钙）Al2O3、Fe2O3、磷酸盐、Mg(OH)2、硫酸盐等。该结果与循环水水质分析结果相一致。
　　填料污垢中主要有颗粒污垢、化学反应污垢、析晶污垢等。在填料污垢的形成过程中，一方面污垢物质会沉积到填料表面，另一方面污垢物质被水流冲击而剥离，实际污垢的形成为该两个过程的叠加作用。结垢过程包括五个阶段，起始、输运、附着、剥蚀和老化。影响填料结垢的主要因素有填料类型、水质、冷却水参数和蒸发量等。
　　采用FLUENT软件，编译UDM程序，通过填料污垢预测模型计算填料污垢的分布。计算得到了有风和无风工况下颗粒污垢、化学反应污垢以及析晶污垢的分布云图，还有环境侧风风速对结垢数量以及结垢分布的影响规律。
　　除垢技术主要有机槭清洗以及化学清洗。针对填料污垢，机械清洗的主要方法是高压喷水冲洗，但效果一般，相对来说化学清洗清洗效果较好，且劳动强度低。通过各组实验确定了最佳的化学清洗药剂以及相应的最优浓度，最优清洗时间，并据此提出在线除垢以及停机除垢的方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 填料污垢成分研究

1．3．2 污垢理论研究

1．3．3 污垢对策研究

1．4 本文工作

2 填料污垢成分的实验研究

2．1 研究填料污垢成分的实验系统设计

2．1．1 实验目的

2．1．2 实验方法与实验系统设计

2．1．3 实验仪器

2．1．4 误差分析

2．2 实验数据与分析

2．2．1 电镜与能谱分析

2．2．2 X射线荧光光谱仪

2．2．3 红外光谱

2．2．4 氧化物修正

2．3 水质分析

2．4 本章小结

3 填料结垢机理与影响因素分析

3．1 污垢的分类

3．2 结垢过程

3．2．1 起始

3．2．2 输运

3．2．3 附着

3．2．4 剥蚀

3．2．5 老化

3．3 结垢影响因素

3．4 填料结垢预测模型

3．4．1 颗粒污垢

3．4．2 化学反应污垢

3．4．3 析晶污垢

3．5 本章小结

4 填料污垢分布规律

4．1 计算模型的建立

4．1．1 计算模型介绍

4．1．2 用户自定义程序编写

4．1．3 模型用于实际冷却塔计算结果验证

4．1．4 计算结果的网格独立性验证

4．2 无风工况下结垢分布分析

4．2．1 无风工况下结垢分布计算结果

4．2．2 无风工况下结垢分布结果分析

4．3 有侧风工况下结垢分布分析

4．3．1 有侧风工况下结垢分布计算结果

4．3．2 有侧风工况下结垢分布结果分析

4．3．3 侧风对填料结垢数量的影响分析

4．4 本章小结

5 除垢技术研究

5．1 除垢技术分析

5．1．1 目前采用的清洗方式

5．1．2 化学试剂

5．2 填料除垢技术的试验研究

5．2．1 试验目的

5．2．2 试验原理

5．2．3 试验设备

5．2．4 试验过程

5．2．5 试验结果及分析

5．3 现场除垢技术

5．3．1 在线除垢技术

5．3．2 停机除垢技术

5．3．3 其他除垢技术

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 本文创新点

6．3 展望与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要成果