通过水管理提高冷却塔效率来节约用水
尽管在世界许多地方，淡水的供应量是理所当然的，但即使在中国南方，淡水的供应也越来越不确定。水是一种宝贵的资源和商品，需要对其进行有效的管理以最大程度地减少浪费，减少能耗并控制成本，尤其是在发电方面。业界必须通过寻找更有效的用水方式来应对，例如实施水循环利用和再利用策略，尤其是对于冷却塔等关键设备。冷却塔的目的是为了节约用水。它通过对流和蒸发传热将热量排到大气中来实现其目的。当水流过冷却塔时，它会与空气接触，空气会被机械通风风扇推入或拉出填料。通过对流，一些废热从较暖的水传递到较冷的空气。其余的热量通过蒸发一小部分再循环水而除去。蒸发速率由以下公式确定：
蒸发量（E）=（0.0085）*（再循环率R）*（塔间温度差dT）
从塔中蒸发出来的水是纯净的。也就是说，它不包含任何溶解在冷却水中的矿物固体。蒸发的作用是将这些溶解的矿物质浓缩到塔水的其余部分中。然而，如果这不受限制地发生，则溶解的矿物质的溶解度极限将很快达到。当达到溶解度极限时，溶解的矿物质（最常见的是钙盐和镁盐）会以不溶性水垢或淤渣的形式沉淀出来。这是灰白色的矿物质垢，通常在热交换器，塔填料或沉淀池中发现。
为了防止塔中矿物质过分浓缩，一定比例的冷却水排到了排水口。调节排放或排污速率，以控制溶解矿物质的浓度，使其刚好低于其溶解度极限。通常通过电导率（micromhos / cm）或总溶解固体（mg / l）测量值来设置和控制此限制。
蒸发损失的水和渗出的水必须用新鲜的化妆水代替，以保持恒定的系统体积。补充剂通常是从饮用水中获取的，但也可能来自经过处理的废水或循环水供应（图7）：
补给量（MU）=蒸发量（E）+排气量（B）+不受控制的损失
7. 水平衡法。典型的电厂蒸发冷却系统必须添加补充水，以平衡蒸发和冷却塔的排污。
8.
冷却塔效率的一个指标是浓度或浓度比的循环。假设失控损耗可忽略不计，这是补充率与排放率MU / B之比。
还可以通过冷却水和补充水的比电导之比来估算浓度的循环：
浓度循环（C）= MU / B
从这些关系中，维持特定浓度循环所需的出血量取决于：
B = E /（C – 1）
如果E保持恒定，减少流失会导致周期增加。相反，增加流失会导致周期减少。以最大的浓缩周期运行冷却塔可减少排泄的水量，从而减少淡水补充需求。总体而言，浓缩周期越高，转化效率越高，这可以通过减少淡水消耗和废水排放量来衡量（图8）。
8.冷却塔基础知识。增加浓缩或冷却塔水溶解矿物质含量的循环将减少冷却塔排污，从而减少补充水的需求。但是，水中矿物质的增加会随着时间的流逝降低塔的性能。
收益递减曲线（图8）表明，通过将循环次数从两个增加到三个，可以实现节水的主要成果。但是，随着接近更高的周期，增量增益会降低。从实际的角度来看，风阻，泄漏和其他不受控制的损失将循环最多限制为大约10次。这对于大多数冷却塔而言都是一个合理的目标，并且进一步表明，在浓度低于10个循环的情况下运行的冷却塔小于100％通过补充消耗量和废水产生量来衡量效率（见表）。
冷却塔效率由浓缩周期决定。该表数据假定10个浓缩循环代表100％冷却塔效率，以进行比较。
这些数字表明，在少于五个浓缩周期（效率低于90％）下运行的冷却塔无法充分发挥其潜能，并且将从改造中受益，这些改造将减少淡水消耗并减少浪费。对于大多数应用，以六到八个循环运行的塔架是可以接受的。九至十个循环范围内的塔已达到顶峰。除非最终目标是零排放，否则要获得合理的投资回报率将很难实现10个以上的周期。
改善绩效的策略
冷却塔循环可以通过多种方式来最大化。这些措施包括pH值调节，化学水垢抑制剂和塔组成的预处理。
PH调整。传统上，在高硬度，高碱度补给水上运行的冷却塔利用硫酸调节pH值以最大程度地提高浓缩周期。需要用66°波美酸的一部分来中和碱度的一部分。将足够的酸注入到化妆品中，以将冷却水的总碱度保持在50至100 ppm的范围内，或将pH保持在6.8至7.5的水平。 实际水垢指数用作附加的控制措施，可将钙硬度，总碱度，pH，总溶解固体和温度相关联，以保持水化学处于该指数的中性点（既无水垢也无腐蚀性） 。
使用酸增加循环的问题是控制措施之一。意外的进料条件（低pH）使冷却水对系统金属非常腐蚀。并且降低M碱度消除了碳酸盐和碳酸氢盐碱度对钢具有的自然钝化作用。在pH值高于8.5的条件下运行冷却塔可创造一种使钢钝化并最大程度减少镀锌钢和铜腐蚀的环境。
与可以通过化学或机械清洁去除的水垢沉积不同，酸腐蚀造成的损坏无法逆转，修复成本非常高。此外，浓硫酸的处理，运输和进料还会带来额外的环境，健康和安全问题。
化学阻垢剂。市场上销售了各种化学添加剂和配方，它们可增强钙盐和镁盐的溶解度，同时将腐蚀控制在可接受的范围内。这些化学物质通常是膦酸酯（有机结合的磷酸盐化合物），聚合物（单，共和三价）和有机腐蚀抑制剂。这些产品可单独使用或与补充酸进料结合使用，以最大化塔循环。
经证明在实验室测试和现场有效，冷却水添加剂通常仅限于使钙和镁盐的溶解度保持在最高+2.5的朗格里尔指数值。其他化学程序声称可以保持清洁的传热表面处于更高的循环，从而突破了钙的溶解度极限，尽管沉淀了坚硬的盐，这些坚硬的盐经过化学处理变成了流体状的非粘附性污泥，并通过常规渗滤去除了这些污泥。
尽管有合理的化学处理程序有好处，但如果冷却塔的循环数限制为少于五个，则可通过提高塔架结构的质量来显着节约用水。
冷却塔组成的预处理。浓度循环的主要限制因素是钙硬度。根据一般经验，在非酸处理程序中，冷却塔中的钙硬度应保持在350至400 ppm的范围内。如果补充水含有100 ppm的钙硬度，则浓度循环应限制为3.5至4.0。这相当于75％至85％的水效率。将钙硬度降低到50 ppm，可使塔以7到8个循环运行，这相当于超过96％的水效率。
降低硬度或去除硬度可以通过石灰软化，钠离子交换（软水剂）或反渗透来实现。低硬度化妆品通常可以从回收和再利用的工厂废水中获得，例如用过的冲洗水和蒸汽冷凝水。通过控制软化水与未经处理的原水或循环水的混合，可以得到任何所需硬度的水。
浓缩周期延长的好处
最大化冷却塔循环可带来许多好处，因为它可以减少水的消耗，减少废物的产生，降低化学处理的要求并降低总体运行成本。
举一个简单的例子，一个处理能力为1,000吨的冷却塔，在3.5个浓度的循环下运行，整个冷却塔的温度下降了12F，每天的补充需求为61,775加仑。将周期增加到八个可以将补给需求减少到50,400 gpd。这样可以将化妆量减少18.4％。冷却塔产生的废水从3.5个循环时的17,640 gpd减少到8个循环时的6,336 gpd，相当于减少了64％。通过减少用水量，化学处理的消耗和处置要求也相应降低。
可能节省的成本因工厂而异，具体取决于原水成本，废物处理成本，化学处理剂量和能源。然而，除了改善环境，健康和安全外，提高冷却塔效率的投资回报通常不到一年。
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