维普资讯 http://www.cqvip.com ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ ，ｏ‘。 ｏ‘ｏ ｏ‘ｏ‘ｏ 。‘、 工业用水与废水 Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．．２００８ ；技术与经验： …ｍ… ¨。． 循环冷却水中物理阻垢技术的比较 全贞花，陈永昌，刘运洁，石成，马重芳 （北京Ｔ业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室，北京 １０００２２） 摘要：利用污垢热阻动态监测试验装置对电磁、高压静电及低压电子３种典型的物理阻垢技术进行了对比试 验研究。在水样硬度及碱度均为３００ ｍｇ／Ｌ，流量为７８０ Ｌ／ｈ的试验条件下，电磁处理与高压静电处理具有较好的 阻垢效果，阻垢率都达到５０％一６０％：低压电子阻垢技术性能最优．阻垢率达到１００％一物理阻垢技术由于操作 简单，且符合节能环保的需求．只要对其正确应用．将成为工业循环水处理的重要发展方向 关键词：污垢热阻；动态监测；物理阻垢：高压静电阻垢：低压电子阻垢 电磁阻垢 中图分类号：ＴＱ０８５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２４５５（２００８）０３—００７２—０４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ＱＵＡＮ Ｚｈｅｎ－ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ－ｃｈａｎｇ，ＬＩＵ Ｙｕｎ－ｊｉｅ，ＳＨＩ Ｃｈｅｎｇ，ＭＡ Ｃｈｏｎｇ－ｆａｎｇ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＥｎｈａｎｃｅｄ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｎｄ ａＥｎｅｒｙ Ｃｏｎｓｇｅｒｖａｔｉｏｎ， ｎ ￡ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆ ｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ， ｈｉｇｈ－ ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｌｏｗ——ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｗｉｔｈ ｏｎ——ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｏｆ ｆｏｕｌｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ ｗｅｒｅ ３００ ｍｇ／Ｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅ ｌｏｗ ｒａｔｅ ｗａｓ ７８０ Ｉ ｈ．ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｆｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｂｏｔｈ ｇｏｏｄ，ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｂｏｔｈ ｒｅａｃｈｅｄ ５０％一６０％，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗ—ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｓｃａｌｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｄ １ ００％．Ｔｈｅｓｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏ— ｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ ａｎｄ ａｃｃｏｒｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｓ ｌｏｎｇ ａｓ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｐｒｏｐｅｒｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｏｕｌｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｏｎ－ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ；ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ；ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ 上世纪８０年代后．用于循环冷却水处理的物 ｌ试验装置与方法 Ｉ．Ｉ 污垢动态监测试验装置 理阻垢产品得到了广泛的应用Ｎ－３］。但是，由于目 前用户对不同类型阻垢装置的使用效果反应不同， 所以更多用户对选用物理阻垢技术持观望态度。因 此．我们对电磁阻垢、高压静电阻垢及低压电子阻 垢３种典型的物理阻垢技术进行了对比性试验研 究。通过试验结果对其阻垢效果及机理作了更统一 和深入的介绍，以便用户知道如何选择既节能又有 效的物理阻垢产品。 ・污垢动态监测装置由冷水系统、热水系统、试 验段、制冷系统和测控装置组成，系统流程如图Ｉ 所示。试验装置采用了数据的自动采集和参数的自 动控制系统，从而保证了试验段的进口流量和温度 基金项目：国家“九七三”计划资助项目（Ｇ２００７ＣＢ２Ｏ６９Ｏ４）；教育部 留学回国人员科研启动基金（ＮＯ．００Ｏ８４） 收稿日期：２００７—０４—１６；修回日期：２００８一Ｏ１—３Ｏ ７２・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 全贞花，陈永昌．刘运浩．等：循环冷却水中物理阻垢技术的比较 的稳定与可靠。试验段采用套管式结构，外套管中 间部分采用透明玻璃管，采用高倍摄影体式显微镜 对换热表面的结垢过程进行实时拍摄，实现了结垢 一为直流电压的高压静电发生器，其二为离子棒 棒体，作为产生高压静电场的阳极。离子棒的电极 棒探头上面涂有特氟隆绝缘层．不产生电流，安全 过程的可视化。为了验证试验装置及测量方法的可 性好。采用带锥度螺纹连接，安装简单，拆卸方 便。试验采用８０００Ｖ电压。 低压电子阻垢装置由电源和处理器两部分组 成。电源为具有两路输出的直流稳压电源或稳流电 源。阳极为一根钛涂钌的电极棒，阴极为不锈钢管 靠性，对光滑传热管进行了水一水对流换热性能测 试。根据传热学基本原理，利用紊流换热经验公式 理论计算的结果与试验测量的结果进行比较。结果 表明由经验公式计算的对流换热Ｎｕ数与试验结果 相吻合，其最大偏差小于１０％：试验段热平衡偏 差最大小于ｌ０％ 图ｌ 污垢动态监测装置示意 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｏｎ—ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｏｆ ｆｏｕｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ １．２物理阻垢装置 采用自行设计研发的３种典型的物理阻垢装置 进行了阻垢性能试验，分别为电磁、高压静电及低 压电子阻垢装置。这些物理阻垢装置设计简单，制 造费用低，无污染。而且，一旦正确安装，运行可 靠，不需要特别精细的日常维护。 电磁阻垢装置如图２所示，从电磁信号发生器 上引出导线缠绕在试验段的入口管线上。电磁信号 发生器通过交变的电场在管线内部产生交变的磁 场，而交变的磁场在管线内部产生交变的感应电 场。试验采用频率为５００ Ｈｚ、电流为０．２ Ａ的方波 信号。 管道 水流 图２电磁抗垢器示意 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ 高压静电阻垢装置的构造主要有两大部件，其 制成的壳体。处理介质在阳极和阴极之间的腔体内 流动。试验处理电流为０．５０ Ａ，电流密度为１．８ ｍＡ／ｃｍ 。 １．３试验方法 每组试验前取新的试验管清洗晾干后称重。分 别采用２００ ｍＬ纯净水在污垢热阻动态监测装置的 冷、热水侧循环运行。控制冷水人口温度为（２３± ０．２）℃，流量为７８０ Ｌ／ｈ（相应流速为１．２ ｍ／ｓ）。热 水人口温度为（７０±０．０５）ｏＣ，流量为８２０ Ｌ／ｈ（相应 流速为２．０ ｍ／ｓ）。待整个试验段达到热平衡后，采 用ＣａＣ１ 和ＮａＨＣＯ，按１：２的量比在冷水侧配制成 硬度及碱度均为３００ ｍｇ／Ｌ（均以ＣａＣＯ，计，下同）， ｐＨ值为８．０的试验水样，开始试验。试验过程中， 由计算机每５ ｍｉｎ自动采集各监测点参数。试验结 束后拆下试验段，取出测试管，晾干后称重并取样 分析。 阻垢效果由阻垢率表示： Ｔｉ＝１一 ｆ ／Ｒｆ （１） 式中： ——以污垢热阻表示的阻垢率，％； ｆ ——阻垢试验的污垢热阻，ｍｚ・Ｋ／Ｗ； 风——空白试验的污垢热阻，ｍ ｚ－Ｋ／Ｗ。 由污垢热阻的定义可知： Ｒｒ＝１／ｋ －１／ｋ （２） 式中：ｋ ——换热表面在结垢状态下的总传热系 数，Ｗ／（ｍ ・Ｋ）； ｋ ——换热表面在洁净状态下的总传热系 数，Ｗ／（ｍ ・Ｋ）。 总传热系数可以通过监测冷、热水的流量及 进、出口温度来计算 。 ２结果与分析 ２．１ 电磁阻垢 就施加交变电磁场前后碳酸钙在换热面的结垢 行为进行了试验研究。图３为电磁处理前后污垢热 阻随时间变化的对比曲线，试验结束时阻垢率接近 ・７３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ 工业用水与废水 ５０％。应用扫描电镜技术对碳酸钙晶体形态进行了 研究，发现交变电磁场处理前后污垢晶体的形态并 未发生变化。应用激光光散射粒度分析技术对水样 中晶粒尺寸的分布进行了分析。结果发现电磁场处 理能使水样中晶粒的尺寸增大。在未经电磁处理 时，水样开始自结晶形成的颗粒直径较大，但是晶 粒的生长较慢。水样经电磁处理时开始形成大量的 微晶，但是尺寸较小，在电磁场的作用下，微晶之 间的碰撞速率和碰撞效率增大，小的微晶不断絮凝 生长成大的颗粒。由于水样中的微晶与换热表面争 夺水样中的离子，导致水样中的成垢离子浓度降 低，换热表面沉积减少。 ２５ ：、 ２０ 置１５ 薹 ？＋ ５ ０ ０ ０ －５ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ 时间／ｈ 图３ 电磁处理对污垢热阻的影响 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｆｏｕｌｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ２．２高压静电阻垢 图４给出高压静电阻垢试验与空白试验的污垢 热阻陆线。可以看出，阻垢试验的结垢诱导期延 长，污垢热阻增加缓慢，试验结束时阻垢率达到 ６０％。应用扫描电镜技术对高压静电处理前后换热 表面碳酸钙晶体形态进行了研究，经高压静电处理 后形成的污垢晶体的形态发生了变化。由质地坚硬 难以剥离的文石转变为不定型体，如图５所示。这 种不定型体的污垢比较容易从换热表面剥离，导致 换热表面的污垢减少。 ２５ ２０ 霎 。号１５ 爱 ５ — ０ ０ ２ ４ ６ ８ １Ｏ １２ 时间／ｈ 图４高压静电处理对污垢热阻的影响 Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｆｏｕｌｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ・７４・ （ａ）未处理 （ｂ）处理 图５水样经高压静电处理前后碳酸钙晶体 的扫描电镜照片（×４ ０００】 Ｆｉｇ．５ ＳＥＭ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（×４ ０００】 为了进一步验证试验效果及进行抗垢机理分 析。进行了静态对比试验。取硬度为３００ ｍｇ／Ｌ的 试验水样２份放置在３０℃的水浴中。其中一份进 行高压静电处理，３６ ｈ后分别将水样过滤，再将过 滤后的水样放人６０℃的水浴中加热１２ ｈ。结果未 进行高压静电处理的水样在容器底部形成细小的粉 末状污垢，附着力很强不易清洗。而经高压静电处 理过的水样在容器底部析出的污垢颗粒呈絮状，附 着力大大减小，极易去除。由此可见，高压静电场 处理可以改变污垢晶体的形态，减小污垢的附着 力．从而起到阻垢的作用。 ２．３低压电子阻垢 图６给出低压电子处理前后污垢热阻随时间变 化的对比曲线。未处理水样的结垢试验在１２ ｈ试 验结束时换热表面有一层垢，而经过处理的水样在 换热表面没有形成污垢沉积，阻垢率达到１００％。 水质分析测试的结果表明水样经过低压电子处 理后，硬度、碱度、电导率及ｐＨ值均比未处理时 低。而且电流密度越大，降低的速度越快。可见， 维普资讯 http://www.cqvip.com 全贞花，陈永昌，刘运洁，等：循环冷却水中物理阻垢技术的比较 ２５ —此种方法与其它物理阻垢方法不同，能主动降低水 的硬度及碱度．被称之为主动阻垢技术。由于被处 理水中有微电流的存在．在电极附近发生电化学反 应．有更多的垢质发生在电极附近的水样中或处理 器的外壳上。图７（ａ）为未经处理试验中沉积在水 ２Ｏ 亭１５ 羹 。 般 ５ 一 Ｏ Ｏ ２ ４ ６ ８ １０ １２ 箱底部的ＣａＣＯ 晶体扫描电镜照片。图７（ｂ）为经 过处理积聚在处理器电极上的ＣａＣＯ 晶体的扫描 电镜照片。可以看出污垢晶体被强行聚集并生长在 时间／ｈ 图６低压电子处理对污垢热阻的影响 Ｆｉｇ．６ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 处理器中．而不是沉积在换热表面，从而起到阻垢 ｏｎ ｆｏｕｌｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 作用 （ａ）未处理前（×２ ｏｏｏ） （ｂ）处理后（Ｘ １ ０００） 图７水样经低压电子处理前后碳酸钙晶体的扫描电镜照片 Ｆｉｇ．７ ＳＥＭ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ—－ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ３结论 参考文献： 利用污垢热阻动态监测装置对电磁阻垢、高压 ［１］徐寿昌．工业冷却水处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社， 静电阻垢及低压电子阻垢３种典型的物理阻垢技术 １９８４． 进行了对比性试验研究，结果表明，在水样的硬度 ［２］杨善让，徐志明．换热设备的污垢与对策［Ｍ］．北京：科学出 版社．２００４． 及碱度均为３００ ｍｇ／Ｌ，流量为７８０ Ｌ／ｈ（相应流速 ［３］周军，窦照英．绿色防垢技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社， 为１．２ ｍ／ｓ）的试验条件下，电磁处理与高压静电处 ２００３． 理具有较好的阻垢效果，阻垢率都达到５０％～ ［４］杨世铭，陶文铨．传热学（第三版）［Ｍ］．北京：高等教育出版 ６０％：低压电子阻垢技术性能最优，阻垢率达到 社．１９９８． １００％。这些物理阻垢技术符合节能、环保的需求． 作者简介：全贞花（１９７２一），女，吉林柳河人，讲师，博士，主 只要对其掌握控制适度，可以广泛应用于各行业的 要从事强化传热及其在高新技术领域中应用研究，（电话）０１０— 循环冷却水处理中。 ６７３９１６０８—８０９（电子信箱）ｑｕａｎｚｈ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿量＋＿ ＋＿ ＋＿ ＋＿量＋＿量＋＿量 ＋＿量＋＿ ＋＿ ＋＿量 ・信息与动态・ 以当量数最大的前３种污染物当量累加计征排污费 关于征收污水排污费的有关问题，环境保护部做出解释，《排污费征收标准及计算方法》规定：“对每一排放口征收污水 （废气）排污费的污染物种类数，以污染当量数从多到少的顺序排序，最多不超过３项”。 按照上述规定，对每一排放口计征排污费时，若同一排放口排放多种污染物，应将各污染物的排放量分别折算成污染 ＂３量数，再将污染＇－３量数最大的前３种污染物的污染＂－３量数累加计算应征排污费。－ 摘自２００８年０５月１５日的《中国环境报》 ・７５・
