優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù),提高設(shè)備運行效率

優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)，提高設(shè)備運行效率唐鋼氣體公司2010年9月一、 背景概況唐鋼水處理中心是華北最大的水處理中心，它是唐鋼重大循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排工程之一。從09年10月起，唐鋼關(guān)停所有深井水，實現(xiàn)廢水零排放，同時不再購買新水，采用城市中水作為唯一生產(chǎn)水源，這在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)中尚屬首家?；谶@樣的背景，我們唐鋼氣體生產(chǎn)用補充水源一律從深井水補充改變?yōu)樗幚碇行牡闹兴?。二?考慮因素水源的改變帶給我們循環(huán)水運行新的問題，由于初期中水水質(zhì)各種參數(shù)變化較大，即使變更了運行方案也要隨著不斷變化的中水進行調(diào)整，難度較大，像電導(dǎo)率、鐵離子等參數(shù)的增大，所以循環(huán)水的系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化一直在困擾著。1、循環(huán)水的主要控制指標(biāo)及對設(shè)備的影響)濁度：表示水中懸浮固體含量，所表示的顆粒粒徑為1nm-1pm，即通常所說的膠體物質(zhì)。因為膠體物質(zhì)對循環(huán)冷卻水產(chǎn)生污垢、菌藻茲生起著至關(guān)重要的作用。循環(huán)冷卻水的濁度對換熱設(shè)備的污垢熱阻和腐蝕速率影響較大，所以要求越低越好。運行的實踐證明循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)有旁濾池時，濁度可控制在5mg/l以內(nèi)，一般工廠企業(yè)的循環(huán)冷卻水的濁度可以控制在10mg/l以下，濁度不應(yīng)大于20mg/l。PH值：一般要求6.8-9.5之間，PH值范圍的控制寬窄，直接反映的是藥劑緩蝕阻垢性能的提高，控制在中性與弱堿性之間較合理。）鈣硬度+甲基橙堿度：采用綜合指標(biāo)兩項合計更加科學(xué)。CO32-是隨著H+的濃度而改變的，當(dāng)H+高時，CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3-,而增大了溶解度，因此導(dǎo)致CaCO3沉淀是由兩個因素構(gòu)成的，即H+濃度（堿度）和Ca2+含量兩個因素構(gòu)成的。）總鐵：鐵離子為天然水中的微量離子，錳離子含量更少，約為鐵離子的十分之一。一般二者共存，不易分離，故常以鐵含量來代表鐵和錳離子總量。水中的總鐵含量包括膠態(tài)鐵和亞鐵離子兩部分。膠態(tài)鐵為三價鐵，通常以氫氧化鐵或鐵氧化物的水合物呈膠體狀態(tài)懸浮于水中。在循環(huán)水系統(tǒng)中，會沉積在水冷器表面上，形成黏著性強、難清除的污垢，并能導(dǎo)致垢下腐蝕。亞鐵離子為溶解性離子，在循環(huán)水系統(tǒng)中，能促進碳酸鈣結(jié)晶并沉積，在采用磷系水穩(wěn)定劑時，有可能行成黏結(jié)性很強的磷酸亞鐵污垢，還是鐵細菌繁殖的營養(yǎng)源。一般對補充水總鐵含量要求V0.2?0.5mg/L。根據(jù)不少系統(tǒng)的統(tǒng)計資料來看，控制總鐵＜0.5mg/L是完全可以做到的，這種水的腐蝕速率都很低。總鐵如達到1.5mg/L或2.0mg/L時，實際上腐蝕速度已經(jīng)超標(biāo)?？刂蒲h(huán)水的總鐵量除需控制補充水的總鐵量之外，主要改善水的緩蝕性能。國內(nèi)很多廠的運行數(shù)據(jù)，總鐵均在1mg/L以下。5）氯離子：對于循環(huán)冷卻水中氯離子指標(biāo)，不僅國內(nèi)而且在國際上也是眾說紛紜、指標(biāo)各異，氯離子指標(biāo)對循環(huán)冷卻水處理影響很大，指標(biāo)不切實際將導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕損壞或水處理費用增加，氯離子-有極高的極性，促進腐蝕反應(yīng)，又有很強的穿透性，容易穿透金屬表面的保護膜，造成縫隙腐蝕和孔蝕，危害很大，能使水冷器在短期內(nèi)報廢。國際上還沒有一個統(tǒng)一的循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準，只是根據(jù)經(jīng)驗確定的。高低不一，有的公司限制很嚴，規(guī)定應(yīng)小于100mg/L，甚至小于50mg/L，但有的公司則不太嚴，規(guī)定為＜400mg/L，還有的公司則不限制。我國最終氯離子指標(biāo)修訂值由現(xiàn)行規(guī)范300mg/L提高至700mg/L，雖然現(xiàn)有工廠運行的氯離子指標(biāo)高達1000mg/L以上，但畢竟不太普遍，為穩(wěn)妥起見，采用平均偏上的指標(biāo)。總之，氯離子的腐蝕不是單一的因素，要綜合考慮濁度、pH值、菌藻數(shù)量等因素。2、污垢和微生物的影響1） 水垢：由于循環(huán)冷卻水在冷卻過程中不斷蒸發(fā)，使水中含鹽濃度不斷增高，超過某些鹽類的溶解度而沉淀。常見有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的質(zhì)地比較致密，可以防止對金屬面的腐蝕，但是卻大大的降低了傳熱效率，0.6毫米的垢厚就使傳熱系數(shù)降低了17.9%。2） 污垢：污垢主要由水中的有機物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構(gòu)成，垢的質(zhì)地松軟，不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕。3） 腐蝕：循環(huán)冷卻水對換熱設(shè)備的腐蝕，主要是電化腐蝕，產(chǎn)生的原因有設(shè)備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蝕的后果十分嚴重，不加控制極短的時間即使設(shè)備報廢。4）微生物的孳生：因為循環(huán)冷卻水中有充足的氧氣、合適的溫度及豐富的營養(yǎng)，很適合微生物的生長繁殖，如不及時控制將迅速導(dǎo)致水質(zhì)惡化、發(fā)臭、變黑，大量黏垢沉積，設(shè)備腐蝕加劇。因此循環(huán)冷卻水處理的關(guān)鍵即是控制微生物的繁殖。三、水質(zhì)判斷分析：1、一般用兩個指數(shù)來判斷，即飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)）Langlier（朗格利爾指數(shù)又稱飽和指數(shù)）Is=pH-pHsIs>0碳酸鈣過飽和；Isv。碳酸鈣不飽和；Is=0飽和狀態(tài)。但是由于碳酸鈣結(jié)晶時介穩(wěn)區(qū)的影響，上述判斷有誤差，實踐經(jīng)驗指數(shù)為Is=0.5?2.5穩(wěn)定；Isv0.5腐蝕；Is>0.5結(jié)垢。）穩(wěn)定指數(shù)S=2pHs-pH S=6.0穩(wěn)定；Sv3.7嚴重結(jié)垢；3.7vSv6.0結(jié)垢；6.0vSv7.5腐蝕；S>7.5嚴重腐蝕。）碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)RSI23.3，這也是控制碳酸鈣沉淀的一個指標(biāo)，它是根據(jù)碳酸鈣飽和指數(shù)計算得出。有多個計算式，推薦計算公式為：pHs=9.70+A+B-C-DA—總?cè)芙夤腆w系數(shù)B—溫度系數(shù)C一鈣硬系數(shù)D一堿度系數(shù)2、對煉鋼分公司不同時期水質(zhì)的判斷情況：表一09年08月份數(shù)據(jù)水質(zhì)PH電導(dǎo)率us/cm總硬度mg/lCa2+mg/lCl-mg/l總堿mg/l總磷mg/l老系統(tǒng)循環(huán)水8.331383.0776.0540.0222.0333.03.0補充水7.5851480324128194/新系統(tǒng)循環(huán)水8.412016524721663223.5補充水7.5761452324118228/注：表中總硬、鈣硬、總堿均已CaCO3計。pHs=9.70+A+B-C-D=6.98Is=pH-pHs=0.58S=2pHs-pH=6.4表中可以看出，補水水質(zhì)指標(biāo)偏高，鈣硬、總堿和氯離子指標(biāo)都較高，濃縮后極易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，從飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)判定，冷卻水的水源水屬于結(jié)垢腐蝕型水質(zhì)。3、其后分別不同時期對循環(huán)水和補水進行分析：2009年12月9日分析結(jié)果：Is=0.89 S=6.0判斷為結(jié)垢性水質(zhì)，此時未使用中水。2010年3月9日分析，此時使用中水不到2個月時間，Is=-0.43S=8.26判斷為腐蝕性水質(zhì)。2010年7月7日分析使用中水5個月時間，Is=-0.09 S=7.68判斷為腐蝕性水質(zhì)。2011年8月16日分析，使用中水一年半時間，Is=0.11 S=7.2判斷為腐蝕性水質(zhì)。從水質(zhì)跟蹤情況看，雖然從結(jié)垢性向腐蝕性的改變，但腐蝕趨勢也在使用中水后逐漸在降低，從節(jié)水節(jié)藥上和加藥處理上有了很大的提高補充水用量和藥劑用量呈現(xiàn)下降趨勢，并逐年走低。只是在去年底開始分公司加入剝離劑適當(dāng)增加了藥劑費用。四、從節(jié)水節(jié)藥方面所做的工作制氧系統(tǒng)的循環(huán)水處理主要是沉積物控制、腐蝕控制和微生物控制，處理方法的確定常常與補水的水量和水質(zhì)有關(guān)，與設(shè)備的性質(zhì)和材質(zhì)也有關(guān)。雖然《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范GB50050-2007》從節(jié)水角度將濃縮倍數(shù)提高到5，提高循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)雖是一種既經(jīng)濟又環(huán)保的措施，但應(yīng)該針對補充水的水質(zhì)來確定，如果補充水使用地下水、自來水提高濃縮倍數(shù)有著很大的空間，但也要辯證的動態(tài)的看待這個問題，不必一味的追求高濃縮倍數(shù)。我們在使用處理過的中水作為補充水的這幾年里也做了些工作如下：1、首先系統(tǒng)保有水量較大制約了濃縮倍數(shù)的進一步提高。目前我公司循環(huán)水系統(tǒng)的保有水量普遍過大，其保有水量與循環(huán)水量之比一般為1/2，這與一些較先進企業(yè)保有水量與循環(huán)水量之比已達1/3?1/5相差較多。從濃縮倍數(shù)的定義式可知，濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水的含鹽量與其補充水的含鹽量之比，我們一般用循環(huán)水氯離子（電導(dǎo)率）與補充水的氯離子（電導(dǎo)率）之比。循環(huán)水中鹽的濃度大小直接影響著濃縮倍數(shù)的高低。如果系統(tǒng)的循環(huán)供水量一定，在一定的時間內(nèi)蒸發(fā)量也一定時，當(dāng)系統(tǒng)的保有水量越小時，則此時體系中鹽濃度越大，濃縮倍數(shù)就越大；反之，保有水量越大，則濃縮倍數(shù)就越小。因而保有水量與循環(huán)水量的比值過大，在一定程度上制約了濃縮倍數(shù)的進一步提高。不過在保證系統(tǒng)機組正常運行的情況下降低系統(tǒng)的保有水位，使得目前保有水量與循環(huán)量之比可以達到1/3.5，也使得保有量的減少有害離子的濃度也會降低。2、 使用經(jīng)過再處理水作為系統(tǒng)補充水。唐鋼在2009年底建成了一座國內(nèi)最大領(lǐng)先的污水處理中心，我公司的水源補充全部來自于處理中水，未再使用自來水和深井水，來水的氯離子均在200-300mg/l之間，且中水電導(dǎo)率不穩(wěn)定一般在1500-1800us/cm，使得循環(huán)水的處理難度加大，雖然目前我們濃縮倍數(shù)控制在2左右，對設(shè)備的運行也是一個嚴峻的考驗，與實際運行使用自來水地下水資源濃縮倍數(shù)在4-5的已經(jīng)是非常大的節(jié)水貢獻了。3、 合理改造旁濾設(shè)施，提高處理效率。目前此分公司有兩套旁濾設(shè)施，其中拆除了一套處理能力不足效果不明顯的旁濾設(shè)施，大大提高旁濾池的截污能力，使循環(huán)水過濾后濁度降低，濁度18-20mg/l降低到11-13mg/l之間，降低幅度達37%，從而降低了循環(huán)冷卻系統(tǒng)的濁度，改善了設(shè)備對水質(zhì)的要求。4、 合理選擇檢測方法，真實反映出系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。目前我公司在日常監(jiān)測中由氯離子適當(dāng)每季度加入了鉀離子計算濃縮倍數(shù)，由于鉀離子性質(zhì)穩(wěn)定、溶解度大，且循環(huán)水中又無此來源，在輔助用監(jiān)測鈣離子和電導(dǎo)率作為系統(tǒng)提高濃縮倍數(shù)下運行時結(jié)垢和腐蝕的判定依據(jù)。目前補水鈣離子一般在280-360之間，根據(jù)Lanylier飽和指數(shù)和Ryzner穩(wěn)定指數(shù)對我們的水質(zhì)判斷得出穩(wěn)定指數(shù)S是從6.2慢慢運行到7.2了瀉也從0.5逐步將到0.11，由此可以判斷水質(zhì)的結(jié)垢腐蝕傾向。5、 系統(tǒng)清洗對濃縮倍數(shù)的影響。前段時間每月進行一次系統(tǒng)的粘泥剝離和夏季每月兩次的剝離，造成了系統(tǒng)循環(huán)水的大排和補充水的大補，每次進行至少5天，使得濃縮倍數(shù)下降且不利于節(jié)水節(jié)藥。于是重新優(yōu)化了水處理方案，并且在每周一次的投加非氧化型殺菌劑時不強制性的進行大量排水，直接轉(zhuǎn)入正常運行，且剝離劑由每月的沖擊性投加改為日常加藥。五、四套水循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水量18000m3/h，系統(tǒng)水容積9200m3。其工藝流程為：1、控制指標(biāo)以及加藥處理循環(huán)水系統(tǒng)水處理指標(biāo)參照《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》GB50050—2007標(biāo)準，每天對水樣中的總硬、鈣硬、氯離子、電導(dǎo)率、PH值、總堿、總鐵、濁度、總磷進行：循環(huán)冷卻水主要水質(zhì)控制指標(biāo)項目濁度總硬度鈣硬氯離子電導(dǎo)率PH值總堿總鐵總磷單位NTUmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L控制指標(biāo)<15<700<500<400<26007.0-8.8<300<13.5-5.02、分析頻次與加藥處理水系統(tǒng)監(jiān)測項目及頻率序號監(jiān)測項目監(jiān)測頻率1pH每天一次2電導(dǎo)每天一次3濁度每天一次4總硬度每天一次5鈣硬度每天一次6總堿度每天一次7氯離子每天一次8總鐵每天一次9總磷每天一次3、加藥方法：X日常加藥緩蝕阻垢劑有兩種026與602每天投加量按照公式=日補水量*(0.05-0.07)kg/m3X殺菌滅藻劑主要采用氧化性殺菌劑，輔以非氧化性殺菌劑。采用990型氧化性殺菌劑和2A型非氧化性殺菌劑交替使用，濃度為0.1kg/m3，按照保有水量投加，投加頻率夏季4次/月，冬季3次/月，因為目前使用的為中水，殺菌問題特別關(guān)注。X粘泥剝離劑：因采用中水，系統(tǒng)粘泥危害增加，目前水走殼程的換熱器污垢較多，使用991型粘泥剝離劑，通過投加逐漸將系統(tǒng)中粘泥污垢剝離下來隨循環(huán)水排出系統(tǒng)，控制新的粘泥形成，剝離過程中視起沫情況投加消泡劑，保證系統(tǒng)的安全。投加濃度0