一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统及阻垢方法

1.本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统及阻垢方法。


背景技术：

2.循环冷却系统广泛应用于工业领域的各个方面，其用水量巨大。火电厂中，循环冷却系统用水量占行业生产总用水量的80％以上。循环冷却水水质复杂，温差较大，无机盐和难降解有机大分子浓度高，易发生结垢腐蚀等问题，影响系统安全运行，增加运行成本。目前，投加阻垢剂等水质稳定剂是解决循环冷却系统结垢腐蚀问题而普遍采用的有效方法。尽管化学药剂阻垢法已经非常成熟，但同时还存在投加化学药剂用量大、难降解以及后续处理成本高等问题，是循环冷却系统外排水处理及资源化利用的重要难题。因此，寻求和发展环境友好型的阻垢技术则至关重要。
3.近些年来，随科学技术的快速发展，各种新型物理阻垢法不断出现。已有文献报道了超声波阻垢和电磁阻垢等一系列新方法，这些新技术对环境友好、且对环境无危害，在节能和环保方面较化学法有明显优势，一直是国内外研究热点，并已经取得了较好的研究成果。
4.空气微纳米气泡具有胶体的双电层结构、稳定存在时间长、界面电位(zeta电位)高和无二次污染等区别于普通气泡的独特性质，空气微纳米气泡用于微滤膜、纳滤膜和反渗透膜的防垢和清洗等方面的研究表明，它对无机离子结垢具有良好的抑制作用。将其与阻垢剂联用，不仅可减少管道结垢，更减少了阻垢剂的用量，节约成本。因此，以air-mnbs作为一种全新的绿色阻垢技术，打破传统阻垢认知，实现源头控制，具有重要的经济价值和社会意义。
5.因此，亟需设计一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统及阻垢方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统及阻垢方法，以解决上述现有技术存在的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统，包括：微纳米气泡发生器，补水箱和循环冷却系统；所述微纳米气泡发生器和补水箱分别通过输入管路与所述循环冷却系统连通；
8.所述循环冷却系统包括循环管路与安装在所述循环管路上的磁力循环泵、热蒸汽管、测验标管和冷却装置；所述微纳米气泡发生器和补水箱分别连通于所述磁力循环泵的入口端；所述磁力循环泵的出口端通过法兰与所述测验标管一端连通；所述测验标管另一端贯穿所述冷却装置与所述磁力循环泵的入口端连通；所述测验标管置于所述热蒸汽管内，所述热蒸汽管用于与所述循环管路内的循环水换热。
9.两条所述输入管路与所述循环管路上均安装有阀门；所述测验标管上开设有取样
口。
10.所述磁力循环泵的出口端与所述补水箱的出口端均安装有流量计。
11.所述循环管路内还安装有若干个温度计；所述温度计设置于所述测验标管两端及所述磁力循环泵的入口端与冷却装置之间。
12.一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统的阻垢方法，包括以下步骤：
13.s1向循环管路中注水进行查漏；
14.s2向循环管路中注入循环冷却水，加入一定量的阻垢剂；
15.s3将微纳米气泡发生器与循环管路相连；
16.s4启动磁力循环泵运转的同时打开微纳米气泡发生器；
17.s5确定循环冷却系统运行周期，每日注入定量的空气微纳米气泡；
[0018][0019]
s6每日监测测验标管内循环水的电导率、ph、硬度及碱度。
[0020]
所述循环冷却系统的运行周期为十天。
[0021]
所述循环冷却水为浓缩倍率为2.5倍的循环水。
[0022]
s6步骤中通过从所述取样口取出循环冷却水进行检测。
[0023]
每日注入8h的所述空气微纳米气泡。
[0024]
本发明公开了以下技术效果：本系统通过将微纳米气泡发生器与循环冷却系统相连，同时向系统中注入阻垢剂和空气微纳米气泡，可以在减少管道结垢的同时，减少药剂的使用量，减轻后续水处理负荷，实现源头减量，节约成本。微纳米气泡发生器产生气泡所用气源为空气，简单易得，产生后的微纳米气泡对环境无污染，其本身也具有相当可观的抑垢作用；气泡破裂瞬间会在局部产生高温和强大冲击力，可激发产生大量的羟基自由基，具有杀灭细菌的作用。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1为整体结构示意图。
[0027]
其中，1、微纳米气泡发生器；2、补水箱；3、磁力循环泵；4、阀门；5、流量计；6、温度计；7、热蒸汽管；8、法兰；9、取样口；10、测验标管；11、冷却装置。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0030]
本发明提供一种基于空气微纳米气泡的循环冷却系统，包括：微纳米气泡发生器1，补水箱2和循环冷却系统；微纳米气泡发生器1和补水箱2分别通过输入管路与循环冷却系统连通；
[0031]
循环冷却系统包括循环管路与安装在循环管路上的磁力循环泵3，热蒸汽管7，测验标管10和冷却装置11；微纳米气泡发生器1和补水箱2分别连通于磁力循环泵3的入口端；磁力循环泵3的出口端通过法兰8与测验标管10一端连通；测验标管10另一端贯穿冷却装置11与磁力循环泵3的入口端连通；测验标管10置于热蒸汽管7内，热蒸汽管7用于与循环管路内的循环水换热。
[0032]
两条输入管路与循环管路上均安装有阀门4；测验标管10上开设有取样口9。
[0033]
磁力循环泵3的出口端与补水箱2的出口端均安装有流量计5。
[0034]
循环管路内还安装有若干个温度计6；温度计6设置于测验标管10两端及磁力循环泵3的入口端与冷却装置11之间。
[0035]
在本发明的一个实施例中，基于空气微纳米气泡的循环冷却系统的阻垢方法包括如下步骤：
[0036]
(1)搭建如图1所示的循环冷却系统，在系统中注满水进行系统临时查漏。
[0037]
(2)试验前需使用脱脂棉和无水乙醇充分擦洗整个测验标管10(包括管道内部和外部)，以去除标管内部杂质和油污。
[0038]
进一步的，由于目前我国大部分电厂凝汽器中换热管道依然采用黄铜材质，因此，在保证尽可能复原实际循环冷却系统的前提下，选用黄铜管作为测验标管10。再将测验标管10在50℃下干燥12h，冷却，称重。
[0039]
(3)参照实际某电厂循环冷却系统补给水的水质，人工模拟配制一定浓缩倍率的循环冷却水，将其注入循环冷却系统中。同时，为了确保在系统运行期间浓缩倍率不变，减少循环水的蒸发损失，需做密封处理。
[0040]
(4)利用法兰8将测验标管10固定在系统中，方便实验结束后取出标管进行结垢量计算。
[0041]
(5)热蒸汽管7中充满蒸汽用于与循环水换热，图中左侧温度计6用来监测初始水温，图中右侧温度计6监测换热后水温。
[0042]
(6)冷却装置11用于冷却循环水，剩余一温度计6监测冷却后的水温变化。
[0043]
(7)将微纳米气泡发生器1与循环冷却系统相连接，启动磁力循环泵3，通过阀门4来控制循环水流速，流量计5检测系统流量。在开启循环泵运转的同时打开微纳米气泡发生器，将发生器运行压力稳定在0.4～0.6mpa，进气流量在30～40ml/min，一段时间后管道中循环水变成乳白色牛奶状时，表明充满大量空气微纳米气泡。
[0044]
微纳米气泡发生器1并联在系统中，利用其内部水泵提供有一定压力的循环水流至压力溶气罐中，同时利用空气压缩机将空气压入溶气罐中，在压力溶气罐内形成高压气水混合状态使空气过饱和溶解，之后通过释放器突然减压使气体以空气微纳米气泡的形式从水中析出。
[0045]
进一步的，空气微纳米气泡特征为a.比表面积大；b.胶体的双电层结构；c.稳定存在时间长；d.界面电位高；e.产生大量的oh
·
，本工艺充分利用上述特征，达到对循环冷却系统的阻垢防垢效果。
[0046]
(8)向系统中投加一定量的阻垢剂，阻垢剂的类型选择具有阻垢缓蚀作用的hedp，其在高温下仍能起到良好的缓蚀阻垢作用，稳定性好，不易分解，阻垢剂用量根据配制的循环水硬度确定。
[0047]
(9)每天定时向系统中通入空气微纳米气泡8h，每天通过取样口9监测循环水中电导率、ph、总硬度和总碱度变化，试验周期为10天。
[0048]
(10)补水箱2用于补给系统的蒸发损失。
[0049]
(11)10天后，系统结束运行，将测验标管10取出，使用脱脂棉和无水乙醇小心擦洗标管外部，除去表面杂质，注意切勿触碰到标管内部，防止标管内的结垢损失，在干燥箱中50℃下干燥12h，冷却后称重。
[0050]
(12)向系统中注入一定量的柠檬酸清洗液，使系统运行30min以彻底清洗管道，再使用去离子水清洗两遍，备用。
[0051]
在本发明的一个实施例中，人工模拟配制浓缩倍率为2.5倍的循环水，其水质参数如表1；
[0052]
表1浓缩倍率为2.5倍下循环冷却水水质参数
[0053][0054]
将系统密封处理，减少蒸发损失造成浓缩倍率的变化。分别进行三组实验：空白组，阻垢剂组和阻垢剂+气泡组。
[0055]
在本发明的一个实施例中，测定初始循环冷却水水质如表2；
[0056]
表2初始循环冷却水水质
[0057][0058]
在本发明的一个实施例中，分别测量三个实验组系统运行结束后循环冷却水水质指标如表3；阻垢剂+气泡组的电导率和总硬度较单独的阻垢剂组小，主要是由于空气微纳
米气泡的双电层结构起到主要作用，大量的钙镁正离子被吸附在气泡表面。
[0059]
表3系统运行结束后循环冷却水水质指标
[0060][0061]
在本发明的一个实施例中，测量系统运行前后结垢量变化，如表4；本发明的基于空气微纳米气泡的循环冷却系统阻垢方法的阻垢性能优异。hedp本身具有优异的阻垢效果，但在循环冷却系统中长时间运行会导致部分hedp的分解，降低阻垢效率，实际工业生产中，需实时投加阻垢剂保证阻垢剂有效成分浓度在一定水平以上才可以达到良好的阻垢效果。由此可见，hedp无法长时间起到作用，系统运行十天后的阻垢率仅为43％。当阻垢剂与空气微纳米气泡联用时，阻垢率提高到了93％，效果相当显著。
[0062]
表4系统运行结束后结垢量变化
[0063][0064]
进一步的，本装置与传统的化学法相比，加入空气微纳米气泡后，使得阻垢剂更加均匀的分散在循环水中，起到良好的阻垢效果。同时减少了化学阻垢剂的投加量，节约成本，降低对环境的危害。产生气泡所用气源为空气，简单易得，产生后的微纳米气泡对环境无污染，其本身也具有相当可观的抑垢作用。气泡破裂瞬间会在局部产生高温和强大冲击力，可激发产生大量的羟基自由基，具有杀灭细菌的作用。
[0065]
在本发明的一个实施例中，本发明通过微纳米气泡发生器1产生空气微纳米气泡，循环水中的成垢阳离子(ca
2+
，mg
2+
)与hedp作用生成稳定的螯合物，从而阻止其与成垢阴离子接触，使得成垢的几率大大下降。
[0066]
进一步的，循环冷却系统换热器管道表面会形成钙垢以及生物污垢，空气微纳米气泡表面带负电荷，能够吸引水中的钙镁阳离子形成胶体的稳定双电层结构，减少水中成垢阳离子浓度；即使co
32-、so
42-等阴离子被双电层中钙镁阳离子吸引在气泡表面结合成垢，垢体晶格也会因气泡而发生畸变，垢体松散，易于去除。
[0067]
进一步的，空气微纳米气泡稳定存在时间长，纳米级气泡可存在几个月之久，可进入污垢微孔中，使污垢产生松动，易于去除。
[0068]
进一步的，空气微纳米气泡会附着在金属管道表面，在其表面形成一层气泡保护膜，阻止钙垢在管道表面附着沉积；空气微纳米气泡破裂会产生巨大冲击力，将管道上附着的钙垢冲刷下来。
[0069]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0070]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。