工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)降耗減排綜述

發(fā)表于: 2017-06-05 / 分類: 公司新聞 / 瀏覽: 2,152 views 次

隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，水資源問題、能源問題和污水排放問題日益突出，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國家制定了一系列節(jié)能、節(jié)水、減排的政策、法規(guī)，督促工業(yè)企業(yè)進(jìn)行降耗減排。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分，也是水耗、能耗較高的部分，如循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的用水量占整個(gè)工業(yè)用水量的70%~80%；又如某內(nèi)陸核電廠僅循環(huán)水泵耗電量就占廠用電量的20%~30%。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的降耗減排對(duì)工業(yè)的降耗減排意義重大。

筆者分別從優(yōu)化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、污水深度處理回用以及冷卻水余熱回收等方面介紹了近年來國內(nèi)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的降耗減排措施，舉例說明了工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的降耗減排對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)競爭力的巨大作用。

1、優(yōu)化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

優(yōu)化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是工業(yè)企業(yè)降耗減排的有效途徑，主要包括：優(yōu)化水質(zhì)穩(wěn)定處理，系統(tǒng)清洗、預(yù)膜，在線監(jiān)測控制以及優(yōu)化冷卻水塔和水泵等。

1.1、優(yōu)化水質(zhì)穩(wěn)定處理

水質(zhì)穩(wěn)定處理是提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的常用方法，主要包括阻垢、緩蝕和殺生處理，可分為化學(xué)法和物理法?；瘜W(xué)法主要指向循環(huán)冷卻水中投加阻垢劑、緩蝕劑和殺菌劑等水質(zhì)穩(wěn)定劑、加酸處理，以及軟化處理（離子交換、石灰軟化）等；物理法主要有膠球擦洗、旁流過濾（包括膜過濾），也有嘗試?yán)秒姟⒋?、超聲和光等手段處理冷卻水，如電磁阻垢技術(shù)、靜電水處理技術(shù)、超聲波技術(shù)等。有時(shí)聯(lián)合運(yùn)用兩類方法，以改善循環(huán)水水質(zhì)、提高系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。

目前多采用設(shè)計(jì)合成、改性、復(fù)配等方法獲取高效水質(zhì)穩(wěn)定劑，同時(shí)為減少循環(huán)冷卻水排水中的磷含量，一般選用低磷或無磷藥劑。水質(zhì)穩(wěn)定劑的使用效果取決于藥劑本身的性能、冷卻水的水質(zhì)特點(diǎn)、系統(tǒng)的運(yùn)行工況等諸多因素，因此一般需要先對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，再通過實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)研究（靜態(tài)阻垢、防腐、殺菌試驗(yàn)）和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定劑進(jìn)行初步的評(píng)價(jià)和篩選，最后通過現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證藥劑的可行性。

化學(xué)法具有一定的弊端，如加藥過程相對(duì)復(fù)雜、系統(tǒng)排水中的殘留藥劑污染環(huán)境等，而物理處理技術(shù)不添加化學(xué)藥劑，可同時(shí)進(jìn)行阻垢、緩蝕、殺菌，國內(nèi)已有一些企業(yè)嘗試應(yīng)用，并取得了一定的效果。

表 1列舉了工業(yè)企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化水質(zhì)穩(wěn)定處理的一些實(shí)例。

表 1?循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定處理優(yōu)化實(shí)例

由表1可知，運(yùn)用高效環(huán)保的水質(zhì)穩(wěn)定劑、新型環(huán)保物理技術(shù)以及高效旁濾等措施，可以提高系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)、節(jié)水減排、降低運(yùn)行成本，有利于保障系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境的危害。

1.2、系統(tǒng)的清洗、預(yù)膜

無論是新建的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)還是已運(yùn)行一段時(shí)間的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)均需要進(jìn)行清洗、預(yù)膜處理。對(duì)于新系統(tǒng)，設(shè)備和管道在生產(chǎn)、安裝過程中可能會(huì)有一些碎片、油污、灰塵、銹蝕等沉積物，而老系統(tǒng)投運(yùn)一段時(shí)間后，可能會(huì)由于結(jié)垢、腐蝕和微生物繁殖產(chǎn)生一些污垢，這些物質(zhì)將會(huì)惡化水質(zhì)，降低換熱器的換熱效率，造成管道堵塞、系統(tǒng)泄漏等，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。清洗的目的是為了清除設(shè)備和管道中的污垢，預(yù)膜一般在系統(tǒng)清洗后進(jìn)行，目的是使清洗后的金屬表面能形成一層均勻致密的保護(hù)膜，防止腐蝕。

清洗一般包括物理清洗和化學(xué)清洗，預(yù)膜一般采用具有緩蝕效果的預(yù)膜劑處理金屬表面。兩者密切相關(guān)，相輔相成。

長期的工程經(jīng)驗(yàn)表明，清洗和預(yù)膜是延長設(shè)備壽命、保障循環(huán)冷卻水系統(tǒng)長期高效運(yùn)行的一項(xiàng)重要措施，也對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能有著重要影響。

為獲得良好的清洗預(yù)膜效果，清洗預(yù)膜方案的設(shè)計(jì)需要充分考慮污垢的成分以及系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，如水質(zhì)、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等。如韓啟飛采用靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)研制出了適合以地下水為補(bǔ)充水的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)低磷預(yù)膜劑TS-52805A，將其應(yīng)用于榆林某煉油廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，效果良好。楊喻等通過對(duì)現(xiàn)場垢樣的分析和一系列評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)篩選出TS-271清洗劑，并應(yīng)用于石家莊某公司循環(huán)冷卻水系統(tǒng)停車檢修期間的清洗預(yù)膜中，現(xiàn)場清洗預(yù)膜效果良好。

新疆中泰化學(xué)股份有限公司山西事業(yè)部聚氯乙烯裝置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)過在線化學(xué)清洗預(yù)膜，換熱設(shè)備表面90%附著垢被去除，超溫超壓現(xiàn)象消除，增加了聚合反應(yīng)的釜次，從而增加產(chǎn)量20t，年增加利潤36萬元，同時(shí)大幅度降低了系統(tǒng)的運(yùn)行電耗和水耗。徐塘發(fā)電公司4號(hào)機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不停機(jī)在線清洗預(yù)膜后，凝汽器背壓下降0.054kPa，節(jié)約煤耗0.1944 g/（kW·h），每年可節(jié)約煤耗費(fèi)用60萬元、檢修費(fèi)用20萬元。

1.3、在線監(jiān)測控制

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水量大、流程長，建立在線監(jiān)測控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，減少現(xiàn)場工作人員手工分析的工作量，解決人工分析的滯后性和片面性；可準(zhǔn)確控制系統(tǒng)的加藥量，穩(wěn)定冷卻水水質(zhì)，減少系統(tǒng)的結(jié)垢和腐蝕，避免過量藥劑的浪費(fèi)；同時(shí)便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的異常，迅速處理事故，避免處理不及時(shí)造成冷卻水的大置換排放損失與污水排放危害，因此建立循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在線監(jiān)測控制系統(tǒng)是節(jié)水節(jié)能、經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的重要保障。

如孫墨杰等采用C8051F020微控制器研制了工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定性的在線監(jiān)測裝置，并在神華國華三河發(fā)電有限責(zé)任公司正式投入，該裝置可實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場循環(huán)冷卻水的腐蝕結(jié)垢傾向。曹生現(xiàn)等開發(fā)了一種新型循環(huán)冷卻水處理在線監(jiān)控評(píng)價(jià)設(shè)備，應(yīng)用于山東兗礦集團(tuán)興隆莊電廠1號(hào)機(jī)組，可實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)水處理加藥方案，有效抑制污垢、減輕腐蝕，系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)由2提高至4。天津國電津能熱電有限公司2臺(tái)330MW機(jī)組實(shí)施火電機(jī)組循環(huán)冷卻水節(jié)能自動(dòng)控制后，年節(jié)電732.37萬kW·h、節(jié)省標(biāo)煤量2 490 t，年減少CO2排放量6 486 t、粉塵排放量3.68t。兗礦集團(tuán)有限公司煤化分公司采用信息化控制循環(huán)水污染物濃度，消除換熱設(shè)備泄漏事故3次，節(jié)約600萬元停車維修費(fèi)用，冷卻水利用率由75%提高至97%，每小時(shí)總排污染物達(dá)標(biāo)率由85%提高到98%，年減少COD排放量86t、節(jié)約排污費(fèi)用10萬元，并消除了安全隱患。黃春等設(shè)計(jì)了多參數(shù)監(jiān)測的新型循環(huán)冷卻水智能加藥系統(tǒng)替換傳統(tǒng)加藥方式，藥劑費(fèi)用下降25%，能耗降低20%，水資源節(jié)約31%，每年節(jié)省225萬元。

1.4、優(yōu)化冷卻水塔和水泵

冷卻水塔和水泵是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的重要組成部分，通過采用水輪機(jī)技術(shù)、水泵變頻調(diào)速控制技術(shù)以及優(yōu)化改造冷卻水塔等措施，可以顯著降低系統(tǒng)的水耗、能耗。

如烏魯木齊某煉油廠原逆流式填料冷卻塔風(fēng)阻大、冷卻效果差、運(yùn)行費(fèi)用高且污堵現(xiàn)象嚴(yán)重，將其改造成無填料噴霧冷卻塔，同時(shí)利用冷卻水噴淋前的剩余能量驅(qū)動(dòng)冷卻塔水動(dòng)力風(fēng)機(jī)替代原電驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，使系統(tǒng)阻力降低46%，風(fēng)機(jī)節(jié)電100%，年平均節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用12.4萬元。中海石油化學(xué)股份有限公司一期循環(huán)冷卻水系統(tǒng)將原橫流冷卻塔改造為逆流塔，并合理配置配水系統(tǒng)和收水系統(tǒng)，年節(jié)電143.68萬kW·h、節(jié)水29 568 m3。新鋼公司第一動(dòng)力廠采用水泵變頻技術(shù)，使水泵機(jī)組運(yùn)行節(jié)能46%，年節(jié)約電費(fèi)93萬元。

2、污水深度處理回用

污水回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)已經(jīng)成為目前解決水資源供求矛盾的重要舉措，一方面可以節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)水資源的回收利用，另一方面可有效減輕污水排放危害環(huán)境，并在一定程度上降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行成本，同時(shí)有助于企業(yè)樹立良好的社會(huì)形象，因而具有重大的社會(huì)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益，是國內(nèi)研究的一大熱點(diǎn)。

目前國內(nèi)已有不少企業(yè)采用中水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水水源。中水也稱再生水，其水質(zhì)介于污水與自來水之間，指生活和工業(yè)污水經(jīng)過一定的技術(shù)處理后達(dá)到例如《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T3923—2007）等國家標(biāo)準(zhǔn)的非飲用水，可回用于水質(zhì)要求不高的場合，如城市景觀、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)循環(huán)冷卻水等。中水量大、集中，受氣候條件、洪枯水期等因素影響小，但中水中的懸浮物、含鹽量、有機(jī)物等含量較高，微生物的種群復(fù)雜，堿度和硬度較高，回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時(shí)將加劇系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕與微生物滋生，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全，因此中水回用前必須進(jìn)行深度處理。中水深度處理技術(shù)主要包括過濾、石灰軟化、吸附氧化、曝氣生化、離子交換、膜處理等。深度處理工藝的設(shè)計(jì)需要充分考慮中水的水質(zhì)水量、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)要求、濃縮倍率、系統(tǒng)材質(zhì)與結(jié)構(gòu)等實(shí)際條件，借鑒類似工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或模擬試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，以確定經(jīng)濟(jì)高效的中水深度處理方案，同時(shí)配合有效的阻垢、緩蝕、殺生措施，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

其他污水，如工業(yè)生產(chǎn)廢水、循環(huán)冷卻水排污水和廠區(qū)生活污水等，經(jīng)合適的深度處理工藝也可回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

表2列舉了一些污水回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工程實(shí)例。

表 2?污水回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工程實(shí)例

由表2可知，污水回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是一種有效的節(jié)水減排途徑，企業(yè)在為我國環(huán)保作貢獻(xiàn)的同時(shí)也獲得了經(jīng)濟(jì)效益。

3、循環(huán)冷卻水余熱回收

工業(yè)循環(huán)冷卻水中蘊(yùn)含大量余熱，如火電廠循環(huán)冷卻水帶走的熱量約占電廠總能耗的10%~30%。若不回收此部分余熱，一方面將造成巨大的能源浪費(fèi)，另一方面將產(chǎn)生熱污染，影響周邊生態(tài)環(huán)境。

采用循環(huán)冷卻水余熱回收技術(shù)可以提高工業(yè)能源利用率，替代部分常規(guī)供熱，既減少供熱所需的能源（煤、天然氣等）消耗和污染物排放，同時(shí)又減少了系統(tǒng)的熱排放，降低冷卻水的蒸發(fā)量，節(jié)約水資源。

循環(huán)冷卻水溫度一般在50 ℃以下，屬于低品位能量，而熱泵是一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的節(jié)能裝置，一般分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵。熱泵技術(shù)回收工業(yè)循環(huán)冷卻水的低品位熱能是一種綠色環(huán)保、高效節(jié)能、安全可靠的技術(shù)，在國內(nèi)日益普及。

表3列舉了熱泵回收工業(yè)循環(huán)冷卻水余熱的工程實(shí)例。

表 3?工業(yè)循環(huán)冷卻水余熱回收利用工程實(shí)例

由表3可知，采用熱泵技術(shù)回收循環(huán)冷卻水余熱在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的，能在“節(jié)能減排”中發(fā)揮重要作用。

4、結(jié)論與建議

分別從優(yōu)化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、污水深度處理回用以及冷卻水余熱回收等方面介紹了近年來國內(nèi)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在節(jié)能、節(jié)水、減排方面的優(yōu)化措施。實(shí)踐證明，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的降耗減排不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境有著重大意義，同時(shí)也能降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力，社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

雖然我國工業(yè)企業(yè)在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)降耗減排方面已經(jīng)取得了一定的成就，但仍具有很大發(fā)展空間，如我國的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)仍然較低，而國外循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)很高，甚至達(dá)到零排放。因此，國內(nèi)工業(yè)企業(yè)應(yīng)當(dāng)不斷探索，廣泛借鑒，勇于嘗試新技術(shù)，促進(jìn)工業(yè)精細(xì)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。