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: 2,589 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)的用水量占整個工業(yè)用水量的70%~80%；又如某內陸核電廠僅循環(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)的降耗減排對于保護生態(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)化水質穩(wěn)定處理，系統(tǒng)清洗、預膜，在線監(jiān)測控制以及優(yōu)化冷卻水塔和水泵等。

1.1、優(yōu)化水質穩(wěn)定處理

水質穩(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，可分為化學法和物理法?；瘜W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），也有嘗試利用電、磁、超聲和光等手段處理冷卻水，如電磁阻垢技術、靜電水處理技術、超聲波技術等。有時聯(lián)合運用兩類方法，以改善循環(huán)水水質、提高系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。

目前多采用設計合成、改性、復配等方法獲取高效水質穩(wěn)定劑，同時為減少循環(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、冷卻水的水質特點、系統(tǒng)的運行工況等諸多因素，因此一般需要先對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行調研，再通過實驗室靜態(tài)研究（靜態(tài)阻垢、防腐、殺菌試驗）和動態(tài)模擬試驗，對水質穩(wěn)定劑進行初步的評價和篩選，最后通過現(xiàn)場試驗進一步驗證藥劑的可行性。

化學法具有一定的弊端，如加藥過程相對復雜、系統(tǒng)排水中的殘留藥劑污染環(huán)境等，而物理處理技術不添加化學藥劑，可同時進行阻垢、緩蝕、殺菌，國內已有一些企業(yè)嘗試應用，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)化水質穩(wěn)定處理的一些實例。

表 1?循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質穩(wěn)定處理優(yōu)化實例

由表1可知，運用高效環(huán)保的水質穩(wěn)定劑、新型環(huán)保物理技術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、降低運行成本，有利于保障系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，同時減輕對環(huán)境的危害。

1.2、系統(tǒng)的清洗、預膜

無論是新建的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)還是已運行一段時間的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)均需要進行清洗、預膜處理。對于新系統(tǒng)，設備和管道在生產(chǎn)、安裝過程中可能會有一些碎片、油污、灰塵、銹蝕等沉積物，而老系統(tǒng)投運一段時間后，可能會由于結垢、腐蝕和微生物繁殖產(chǎn)生一些污垢，這些物質將會惡化水質，降低換熱器的換熱效率，造成管道堵塞、系統(tǒng)泄漏等，嚴重影響系統(tǒng)的安全運行。清洗的目的是為了清除設備和管道中的污垢，預膜一般在系統(tǒng)清洗后進行，目的是使清洗后的金屬表面能形成一層均勻致密的保護膜，防止腐蝕。

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

長期的工程經(jīng)驗表明，清洗和預膜是延長設備壽命、保障循環(huán)冷卻水系統(tǒng)長期高效運行的一項重要措施，也對循環(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膜效果，清洗預膜方案的設計需要充分考慮污垢的成分以及系統(tǒng)本身的特點，如水質、材質、結構等。如韓啟飛采用靜態(tài)腐蝕試驗研制出了適合以地下水為補充水的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)低磷預膜劑TS-52805A，將其應用于榆林某煉油廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，效果良好。楊喻等通過對現(xiàn)場垢樣的分析和一系列評價實驗篩選出TS-271清洗劑，并應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膜中，現(xiàn)場清洗預膜效果良好。

新疆中泰化學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)過在線化學清洗預膜，換熱設備表面90%附著垢被去除，超溫超壓現(xiàn)象消除，增加了聚合反應的釜次，從而增加產(chǎn)量20t，年增加利潤36萬元，同時大幅度降低了系統(tǒng)的運行電耗和水耗。徐塘發(fā)電公司4號機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不停機在線清洗預膜后，凝汽器背壓下降0.054kPa，節(jié)約煤耗0.1944 g/（kW·h），每年可節(jié)約煤耗費用60萬元、檢修費用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)可以實時監(jiān)控循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行情況，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；可準確控制系統(tǒng)的加藥量，穩(wěn)定冷卻水水質，減少系統(tǒng)的結垢和腐蝕，避免過量藥劑的浪費；同時便于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的異常，迅速處理事故，避免處理不及時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)濟安全運行的重要保障。

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)電有限責任公司正式投入，該裝置可實時反映現(xiàn)場循環(huán)冷卻水的腐蝕結垢傾向。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)控評價設備，應用于山東兗礦集團興隆莊電廠1號機組，可實時評價水處理加藥方案，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330MW機組實施火電機組循環(huán)冷卻水節(jié)能自動控制后，年節(jié)電732.37萬kW·h、節(jié)省標煤量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，消除換熱設備泄漏事故3次，節(jié)約600萬元停車維修費用，冷卻水利用率由75%提高至97%，每小時總排污染物達標率由85%提高到98%，年減少COD排放量86t、節(jié)約排污費用10萬元，并消除了安全隱患。黃春等設計了多參數(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，通過采用水輪機技術、水泵變頻調速控制技術以及優(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阻大、冷卻效果差、運行費用高且污堵現(xiàn)象嚴重，將其改造成無填料噴霧冷卻塔，同時利用冷卻水噴淋前的剩余能量驅動冷卻塔水動力風機替代原電驅動風機，使系統(tǒng)阻力降低46%，風機節(jié)電100%，年平均節(jié)省運行費用12.4萬元。中海石油化學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。新鋼公司第一動力廠采用水泵變頻技術，使水泵機組運行節(jié)能46%，年節(jié)約電費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)的運行成本，同時有助于企業(yè)樹立良好的社會形象，因而具有重大的社會、環(huán)境與經(jīng)濟效益，是國內研究的一大熱點。

目前國內已有不少企業(yè)采用中水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補水水源。中水也稱再生水，其水質介于污水與自來水之間，指生活和工業(yè)污水經(jīng)過一定的技術處理后達到例如《循環(huán)冷卻水用再生水水質標準》（HG/T3923—2007）等國家標準的非飲用水，可回用于水質要求不高的場合，如城市景觀、農業(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、有機物等含量較高，微生物的種群復雜，堿度和硬度較高，回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時將加劇系統(tǒng)的結垢、腐蝕與微生物滋生，嚴重威脅系統(tǒng)的安全，因此中水回用前必須進行深度處理。中水深度處理技術主要包括過濾、石灰軟化、吸附氧化、曝氣生化、離子交換、膜處理等。深度處理工藝的設計需要充分考慮中水的水質水量、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質要求、濃縮倍率、系統(tǒng)材質與結構等實際條件，借鑒類似工程的運行經(jīng)驗或模擬試驗結果，進行技術經(jīng)濟綜合比較，以確定經(jīng)濟高效的中水深度處理方案，同時配合有效的阻垢、緩蝕、殺生措施，確保系統(tǒng)的安全運行。

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)的工程實例。

表 2?污水回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工程實例

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)保作貢獻的同時也獲得了經(jīng)濟效益。

3、循環(huán)冷卻水余熱回收

工業(yè)循環(huán)冷卻水中蘊含大量余熱，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，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，在國內日益普及。

表3列舉了熱泵回收工業(yè)循環(huán)冷卻水余熱的工程實例。

表 3?工業(yè)循環(huán)冷卻水余熱回收利用工程實例

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

4、結論與建議

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。實踐證明，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的降耗減排不僅對生態(tài)環(huán)境有著重大意義，同時也能降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力，社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益十分顯著。

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，甚至達到零排放。因此，國內工業(yè)企業(yè)應當不斷探索，廣泛借鑒，勇于嘗試新技術，促進工業(yè)精細化發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標。