化工厂循环水冷却水处理方案

在化工企业中，循环冷却水是一项常见且很重要的共用工程体系，其具有体系杂乱、用户多、水量大等特色。相应的循环冷却水体系的能耗也十分高，其用水量约占企业总用水量的85%~92%，用电负荷约占企业总用电量的20%~30%。故对化工企业中循环水体系进行节能优化，其作用对企业的节能影响甚大。本文就从循环冷却水的体系选用、设备装备或选用、水质处理药剂或技能选用等方面的节能技能展开讨论，可作为实践工程的借鉴和参阅。  Y3 b% ?4 I5 F4 G
1 循环冷却水体系选用; R0 M7 m9 J+ N2 R

      一般状况下，工业循环冷却水体系分为两大类：敞开式和密闭式体系。

      敞开式体系是指循环冷却水与空气直触摸摸冷却的循环冷却水体系，循环回水在开式冷却塔内与空气直触摸摸来进行换热，下降温度。开式冷却塔的降温首要由水的蒸腾冷却完成，故体系的水量丢失较大，又因为与空气直触摸摸，导致体系水质较差，排污量增大，相应的补水量也较大。但相较于闭式体系，在相同的处理才能下，其电耗较小，冷却塔的总占地面积也远小于闭式体系。

       密闭式体系是指循环冷却水不与大气直触摸摸冷却的循环冷却水体系，循环回水在闭式冷却塔的换热管制内与空气、喷淋水间触摸摸换热，下降温度。闭式冷却的降温首要由水的传热冷却完成，故体系的水量丢失较小，又因为其循环水介质一般为软水(或纯水)，且不与空气触摸，体系水质较好，基本不排污,故体系的补水量很小。因闭式体系要求的风量更大，且又装备了喷淋泵，故与开式比较电耗较大。因为换热作用的制约，闭式冷却塔一般单塔最大的处理才能约300m3/h，如果处理才能较大,就需求并联多台闭式塔，设备的占地面积也会相应增加。闭式体系内的循环水介质为软水，还需装备软水制备体系为闭式循环水体系补水。

        综合来说，敞开式体系的总能耗较闭式体系低，相对更节能。但如果工艺设备对水质要求较高，或受项目建造地条件的影响(如水资源较缺少或空气中扬尘沙土较多)，选用密闭式体系就比较合理。
2 设备选用或装备

      一般循环冷却水体系首要包含如下设备：冷却塔、循环水泵，开式体系还可能有旁滤设备、加药设备。依据项意图运转工况，选用适宜的设备，可以到达节能的作用。
2.1 冷却塔2 ]2 C- [7 Q5 J: q- Z& o. n

（1）水动风机(水轮机)冷却塔

      为了到达要求的换热作用，一般工业冷却塔都为电力驱动的机械通风式，经过装置在塔顶的电机带动风机旋转，在塔内强制使空气活动完成换热。跟着节能环保的认识逐步深化，水动风机冷却塔近年来开端得到推广，并在一些项目中实践运用。

       水动风机冷却塔的核心技能是以水轮机代替电机( 包含传动轴、减速机)作为风机动力源，使冷却塔的风机驱动办法由电力改为水力，水轮机的输出轴直接与风机相连而带动其旋转，用水力来推进冷却塔风叶，到达通风换热意图。现在，应用于工业循环冷却水体系的水动风机冷却塔的水轮机滚动的原动力来源于循环冷却水体系的余压(循环水泵的充裕扬程)，充分使用了体系本身的殷实能量，削减电耗到达节能的意图。

       水动风机冷却塔若要正常运转，上冷却塔处的循环回水必须有足够的压力水头用于推进水轮机，一般为0.1~0.3MPa。在规划过程中，为了满足工艺换热设备的要求换热作用，循环给水压力会规划的偏大; 另外在管网水头丢失核算时也较保守。这将会使体系实践工况点的压力低于额外压力，导致整个循环水体系长期处于超流量、低压力的工况下运转。此刻选用水动风机冷却塔不只可以节省传统冷却塔电机的电能，一起关于管网体系还有必定的压力调理作用。另外在某些工业项目中，可能会有易燃易爆的工艺介质进入循环冷却水体系，对冷却塔风机有防爆要求时，那选用水动风机代替防爆电机相对更合理经济。

      可是笔者以为在一般的新建工业项目中不宜立即选用水动风机冷却塔，新建项目中体系的能量殷实无法精确核算也不能经过安稳的运转参数来判断。如果在开端的规划中就考虑水轮机的压力要求，又将会使这部分动能要求转嫁到循环水泵上，增大水泵的扬程也就是增加了循环水泵的功率。

（2）喷雾冷却塔

        现在已在实践项目中运用的喷雾冷却塔首要为两大类，一类为高效喷雾通风冷却塔，另一类为H JP型喷雾冷却塔。高效喷雾通风冷却塔的核心部件是喷雾推进雾化器，其使用循环回水的余能，经过涡流室与收扩型特别喷嘴开释能量，构成细小水粒、雾粒、水泡。喷头在水平方向存在倾角，雾流脱离喷嘴在塔体内上升的过程中，与空气之间有很大的作用面积，因而发生了反推进力，使喷头快速反方向运动。因而喷嘴流发生一个水平方向的相反的力，推进旋转组织及轻质风叶旋转，发生风力，构成空气在塔内的对流，在到达下降循环水温度的一起完成节电方针。当循环回水的水压在0.12~ 0.16MPa时，特别喷嘴的流速可以到达18m/s左右，风筒内风速可以到达28m/s。

       依据实践项目运用标明，高效喷雾通风冷却塔的冷却作用与一般冷却塔作用恰当，可是节省了风机电机运转的电耗，仅增加部分设备改造的一次性出资。

       HJP型喷雾冷却塔的冷却原理是使用从喷头喷出的高速旋转水流，在喷孔外的汽化室里构成真空，迫使一部分水汽化，并从其他的水中取得热量补偿其汽化潜热，即它是使用相变的原理将高温水进行大幅度的降温。一起，当水喷到喷雾塔内的空间时，又与空气进行热交流构成第2次小幅度的降温，该设备的降温差由上述两部分的降温差组成。经过喷孔汽化室汽化的水占总水量的份额，首要取决于喷头结构的特别规划与进入喷头前水的温度。

       因为HJP型喷雾冷却塔选用蒸腾为主的冷却办法，冷却作用好，还可以经过操控进入汽化室汽化水的份额，处理进水温度较高的循环水。H JP型喷雾冷却塔不但能确保降温作用，并且因设备结构内部无填料、无风机、无任何机械运动件，而节省了替换填料、定时保养风机的费用和作业量。在节水上亦因无风机的拔风作用而削减了水量的丢失，且潇洒的雾汽不会对周围环境发生水淋现象。但因为其一次出资费用过高，现在在国内的工业循环水体系中运用还不多。

（3）冷却塔风机的变频

       一般工业冷却塔的处理才能是依照工艺最大才能及夏天最大热负荷的条件下选定的，可是在实践设备运转中，因为季节、温度、作业负载等诸多因素都将改动，违背规划的最晦气状况，使设备常常处于较低负荷的状况下运转，构成不必要的电耗。

      沟通变频调速技能是近几年电气传动范畴鼓起的一项新技能，该设备经过改动电源频率来改动电机转速。在典型的冷却塔风机变频操控体系中，选用内置PID功用的变频器，以冷却塔出水温度为操控目标组成闭环操控。在循环冷却给水管道上装置一个温度传感器，将冷却给水温度信号传给变频器，经变频器本身的PID操控器后，给出恰当的电压和频率给冷却塔电机，调理风机转速和输出功率或是调理风机敞开的台数(多台运转的状况下)。这样构成一个闭环反馈体系，当冷却给水温度下降时，减小风机转速或削减风机运转数量，然后到达节能降耗的意图。
2.2 循环水泵的变频调速5 ~% |5 z! y! {( B

       现在许多工业项意图循环水体系经过节省办法来改动循环水泵的压头和流量，这种办法尽管简略易行，但在调理过程中因为人为地增加了阻力，发生了很多的能量丢失，并且实践负荷远离额外工况时，水泵常常违背高效区运转，呈现“大马拉小车”的现象。

       关于循环冷却水用水量改动较大的体系，若选用变频调速技能，改动水泵电机转速来调理水泵流量，既可以防止采纳节省办法的才能丢失，又可以确保水泵一直在高效区运转，因而可以大幅度的节省电能。

       当循环冷却水流量改动时，直接的会引起管网压力的改动。依据此特色，选用内置PID功用的变频器，以冷却水压力为操控目标组成闭环操控。在循环冷却给水管道上装置一个压力传感器，依据管网的压力信号经变频器本身的PID操控器后，给出恰当的电压和频率给循环水泵电机，调理电机转速和输出功率或是调理循环水泵敞开的台数(多台运转的状况下)。这样构成一个闭环反馈体系，保持冷却给水的压力，并使设备的启动运转得以改进，延长了设备的使用寿命，又下降了电耗。
3 水质处理药剂或技能选用
3.1 进步浓缩倍数

       循环水体系的补水量等于体系中各种蒸腾、风吹、渗漏和排污丢失之和，进步体系运转的浓缩倍数可以削减排污量，即削减体系的补水量，到达节水的意图。可是过高的进步浓缩倍数，会使循环冷却水的硬度、碱度、氯离子等的浓度过高，使水的结垢倾向、腐蚀性大大增加，就需求相应的进步循环水的水质安稳处理作用。

      这就需求有用的水质处理办法，在考虑环保的一起，选用高效的水处理药剂来进步浓缩倍数。以下几种水质安稳处理药剂已经在一些工业项目中的循环水体系应用，并且取得了明显的效益。

      硫酸-阻垢剂处理：是指在水体中先参加硫酸使弥补水碱度降到必定程度后再参加阻垢剂如聚磷酸盐、有机阻垢剂等。然后到达阻垢和确保循环水安稳运转的意图。该法占地小、技能简略。可是需注意SO2-4浓度过高会腐蚀混凝土，一起用有机磷处理循环冷却水必然加强水生物的繁衍，加剧腐蚀程度，所以药剂处理要一起考虑阻垢、缓蚀及灭菌等多方面的作用，一般可以考虑选用复合型阻垢剂。

      弱酸树脂交流处理：可下降水中的碳酸盐硬度及相应的碱度，再投加缓蚀剂可防止循环水体系的腐蚀，既可进步循环水浓缩倍率，又不会增加水中硫酸根离子。该法适用于处理碳酸盐硬度份额高的水，长处是体系简略、运转条件好、交流容量大、易再生、酸耗较低，从根本上处理了断垢问题。缺陷是运转费用高、占地面积大、废水排放量大。

       石灰软化-加酸：弥补水在预处理时就投加恰当的石灰，除掉水中的Ca2+、Mg2+，原水钙含量高而补水量又较大的循环冷却水体系常选用这种办法。经石灰处理的水，尽管碳酸盐碱度可以下降，但却有可能呈现CaCO3 沉积，为消除这种不安稳性,可增加少数H2SO4。此法长处是处理才能大，运转费用较低。缺陷是出资大、对石灰粉纯度要求高、对环境影响大。

       反渗透脱盐处理技能：选用反渗透对循环冷却水进行软化、除盐处理。其脱盐率常在98%左右，一般95%。该处理法操作便利，易于完成自动化，并且脱盐作用好，有利于进步循环水水质。缺陷是出资大、膜污染严峻、清洗频频。

       臭氧水处理技能：臭氧作为水处理剂，灭菌才能强、排污量少，既能节水节能，又不必调理水的pH，无二次污染，对循环水的缓蚀、阻垢、灭菌等均有杰出的作用。
3.2 管道减阻节能剂2 V3 A' f8 W# w; N0 Q0 j) a

       减阻节能剂是用于下降流体活动阻力完成节能的化学增加剂。近年来国际环保节能组织启动了减阻节能专项研讨项目，丹麦、荷兰、加拿大、美国、日本和新加坡等国家对表面活性减阻技能进行了很多的研讨作业，取得了很大成效，管道摩擦阻力最高可削减70%以上，某些减阻节能剂种类已进入实用阶段。国内也开展了管道减阻节能的基础研讨，并进行了减阻节能剂的应用研讨。

       现在已开发了阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂为主剂的三类减阻节能剂配方。减阻节能剂应用于循环水体系中，不只可以下降管网出资造价，并且能下降循环水泵日常运转的电耗。在循环水体系中参加管道减阻节能剂是简便易行的节能办法，现有循环水体系改造无需新增大笔设备出资，具有广