蒸发式冷凝器水处理优化方案

喷淋水蒸发是蒸发式冷凝器散热的主要过程^[21]。总传热量取决于冷凝管之间的干球温度不同的温差，而空气是次要的。因为补充水含有一些矿物质和其他化学物质，并且由于水的蒸发离开冷凝器没有带杂质，所以在喷淋水中的杂质浓度往往会增加。蒸发式冷凝器的制造厂家通常建议，排污率约等于蒸发率（蒸发率：单位时间内冷却循环水在蒸发冷凝器消耗的百分比）。补充水率是排水率的两倍。

图5-28 解决两台（或者两组）以上冷凝器并联氟利昂系统需要高液柱的方案

所有的补充水必须进行处理，以避免冷凝器与水接触的表面出现问题。这些问题包括蒸发盘管表面的收缩与膨胀、污垢和腐蚀。结垢是一层坚硬的矿物沉积，在管表面通常是碳酸钙（CaCO₃）。管壁表面一层0.8mm厚的结垢，大约减少冷凝器30%的散热能力。结垢通常是由于补充水的矿物浓度高，如果碳酸钙沉淀，它可以使管结垢。一般的碳酸钙含量小于170×10^-6会是比较满意的结果。然而，过度软化的水（例如约30×10^-6的矿物质浓度）也是不可取的。软化水可能会导致过度腐蚀。

污染通常是指不起结垢层的干物质的积累，如灰尘、沙子、淤泥、藻类、真菌和细菌。

镀锌钢板的腐蚀也与水处理有关，通常它的表现形式是镀锌层恶化，使钢发生氧化反应。腐蚀是一种电化学过程，两种不同金属之间产生电位势。电流在电解质的存在下由于电压的不同而产生流动。比如水和溶解固体，一种金属溶解了。特别的情况是，钢的锌涂层已经恶化，因为它在这些点之间产生流动。控制喷水的pH值特别有助于缓蚀。pH值是溶液的碱性或酸性的指标值，pH值为7，被定义为中性。冷凝器厂家通常建议维持水的pH值在6～8之间。添加缓蚀剂通常是防止镀锌钢板腐蚀的措施。

最近一家著名的蒸发式冷凝器的生产厂家[22]专门根据蒸发式冷却设备的特点和材质，设计了一种Smart Shield@的固体化学处理系统。这种水处理系统利用固体缓蚀阻垢剂和杀菌剂，能有效地控制循环水系统的结垢、腐蚀和微生物的增长，提高了蒸发式冷却设备的换热效率和使用水的效率，延长了设备的使用寿命（图5-29）。

除了水质化学处理系统以外，还有水质非化学处理系统。因为氧化性杀生剂用来控制酸的比例，酸和杀菌剂控制微生物对金属的腐蚀，频繁的监控和调整意味着对频繁处理化学品的人员存在危险。

这种非化学处理系统，其实就是在我国许多蒸发式冷凝器生产厂家配套的电子水处理器，电磁场“激活”中小悬浮颗粒水，然后作为“种子”溶解矿物质沉淀。溶解碳酸钙矿物（石灰石）会黏附在被激活的悬浮粒子的表面，这些颗粒由于黏附的作用在尺寸上不断地变大，直到沉淀出来为止，如图5-30所示。该沉淀可以很容易地从系统中除去，从冷凝器周期性地通过人工手段或者通过使用离心分离器除去。

这里介绍一种由一家国内企业^[23]引进的蒸发式冷凝器循环冷却水电化学处理设备。

循环冷却水电化学处理技术起源于以色列，以电解方式免药剂控制结垢和菌藻问题，以Elgressy公司的ECT（Electrolysis Cooling Tower Treatment System）技术为代表。自2000年投入使用，至今已有16年的历史，获得多个权威机构的资质认证，在全球安装运行3000套，处理效果显著。这家公司在2007年将这项技术引入中国。现在使用这种产品的用户在不断地增加。

图5-29 Smart Shield@的水质化学处理系统

图5-30 水质非化学处理系统在蒸发式冷凝器的应用

ECT电解水处理装置如图5-31所示，取一定比例的循环冷却水（约5%）流过ECT反应室。反应室中维持一定的工作电流，在阴极（反应室内壁）易结垢的矿物质预先从水中析出。维系冷却水中的碳酸钙呈溶解状态而不析出，在阳极附近产生氧化杀菌物质，起到杀菌灭藻作用。

在反应室内壁（阴极）附近发生的主要化学反应有：

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图5-31 ECT电解水处理装置

1—反应室 2—阳极 3—驱动电动机 4—刮刀 5—进口阀门 6—排污阀门 7—电源主开关 8—电源控制箱 9—出口 10—排气阀

Ca²⁺可能形成Ca（OH）₂、CaCO₃。由于电化学反应都是成对进行的，阳极附近会发生相应的氧化反应，主要有：

生成氧气：

游离氯：

氯气：

臭氧：

自由基：

过氧化氢：

ECT能给水消毒，并预防生物污染和微生物滋生。阳极附近同时产生氧化剂自由基、臭氧以及过氧化氢（俗称双氧水），给水提供很好的消毒作用。产生氯气的量与进水中的氯离子含量有关，可以通过ECT电解水处理系统的工作电流来控制。经过ECT处理后，水系统中藻类明显地减少，充分体现了ECT在微生物控制方面的效果。

作为一项创新性技术，该技术拥有如下优势：

1）除垢彻底。通过电解反应，水中容易结垢的物质会在设备内壁上预先结垢，然后由刮刀把析出的水垢刮下来，排出循环水系统之外，从而维持系统的结垢物质处于溶解状态而不再结垢。排出的垢呈固体形态，看得见摸得着。

2）严控菌藻。电解产生臭氧、过氧化氢和氯气等氧化性物质，有效杀灭细菌和藻类。预防细菌和藻类代谢产生的黏泥形成污垢，从而降低污垢热阻，并预防垢下穿孔腐蚀，提高换热效率和降低制冷剂泄漏风险。

3）大大节省运行费用。由于不用投加化学药剂，而且把溶解态的结垢物质变成了固体去除，系统可以在更高的浓缩倍数下运行而不结垢。因此，可以减少40%～60%的新鲜水用量，节能12%以上。

4）简化循环水管理。电解水处理器一机多能，自动化操作程度高，调试正常运行后几乎不需要操作人员手动干预。减少操作事故的发生，设备维护方便简单，操作人员更安全。

5）无污染物排放，无环保压力。电解水处理器是清洁水处理技术，不含化学品，不会给冷却水带来二次污染。循环水系统的排污水经过简单沉淀后，上清液可用于洗涤、绿化浇灌等。

另需强调的是，安装电解水处理器之后，可大大降低系统停机、检修成本，设备使用寿命可大大延长。单台电解水处理设备的平均使用寿命至少15年，电能消耗低于800W（处理能力25m³/h）。