化工廠循環(huán)水冷卻水處理方案

在化工企業(yè)中，循環(huán)冷卻水是一項常見且很重要的共用工程體系，其具有體系雜亂、用戶多、水量大等特色。相應(yīng)的循環(huán)冷卻水體系的能耗也十分高，其用水量約占企業(yè)總用水量的85%~92%，用電負荷約占企業(yè)總用電量的20%~30%。故對化工企業(yè)中循環(huán)水體系進行節(jié)能優(yōu)化，其作用對企業(yè)的節(jié)能影響甚大。本文就從循環(huán)冷卻水的體系選用、設(shè)備裝備或選用、水質(zhì)處理藥劑或技能選用等方面的節(jié)能技能展開討論，可作為實踐工程的借鑒和參閱。  Y3 b% ?4 I5 F4 G
1 循環(huán)冷卻水體系選用; R0 M7 m9 J+ N2 R

      一般狀況下，工業(yè)循環(huán)冷卻水體系分為兩大類：敞開式和密閉式體系。

      敞開式體系是指循環(huán)冷卻水與空氣直觸摸摸冷卻的循環(huán)冷卻水體系，循環(huán)回水在開式冷卻塔內(nèi)與空氣直觸摸摸來進行換熱，下降溫度。開式冷卻塔的降溫首要由水的蒸騰冷卻完成，故體系的水量丟失較大，又因為與空氣直觸摸摸，導(dǎo)致體系水質(zhì)較差，排污量增大，相應(yīng)的補水量也較大。但相較于閉式體系，在相同的處理才能下，其電耗較小，冷卻塔的總占地面積也遠小于閉式體系。

       密閉式體系是指循環(huán)冷卻水不與大氣直觸摸摸冷卻的循環(huán)冷卻水體系，循環(huán)回水在閉式冷卻塔的換熱管制內(nèi)與空氣、噴淋水間觸摸摸換熱，下降溫度。閉式冷卻的降溫首要由水的傳熱冷卻完成，故體系的水量丟失較小，又因為其循環(huán)水介質(zhì)一般為軟水(或純水)，且不與空氣觸摸，體系水質(zhì)較好，基本不排污,故體系的補水量很小。因閉式體系要求的風(fēng)量更大，且又裝備了噴淋泵，故與開式比較電耗較大。因為換熱作用的制約，閉式冷卻塔一般單塔最大的處理才能約300m3/h，如果處理才能較大,就需求并聯(lián)多臺閉式塔，設(shè)備的占地面積也會相應(yīng)增加。閉式體系內(nèi)的循環(huán)水介質(zhì)為軟水，還需裝備軟水制備體系為閉式循環(huán)水體系補水。

        綜合來說，敞開式體系的總能耗較閉式體系低，相對更節(jié)能。但如果工藝設(shè)備對水質(zhì)要求較高，或受項目建造地條件的影響(如水資源較缺少或空氣中揚塵沙土較多)，選用密閉式體系就比較合理。
2 設(shè)備選用或裝備

      一般循環(huán)冷卻水體系首要包含如下設(shè)備：冷卻塔、循環(huán)水泵，開式體系還可能有旁濾設(shè)備、加藥設(shè)備。依據(jù)項意圖運轉(zhuǎn)工況，選用適宜的設(shè)備，可以到達節(jié)能的作用。
2.1 冷卻塔2 ]2 C- [7 Q5 J: q- Z& o. n

（1）水動風(fēng)機(水輪機)冷卻塔

      為了到達要求的換熱作用，一般工業(yè)冷卻塔都為電力驅(qū)動的機械通風(fēng)式，經(jīng)過裝置在塔頂?shù)碾姍C帶動風(fēng)機旋轉(zhuǎn)，在塔內(nèi)強制使空氣活動完成換熱。跟著節(jié)能環(huán)保的認識逐步深化，水動風(fēng)機冷卻塔近年來開端得到推廣，并在一些項目中實踐運用。

       水動風(fēng)機冷卻塔的核心技能是以水輪機代替電機( 包含傳動軸、減速機)作為風(fēng)機動力源，使冷卻塔的風(fēng)機驅(qū)動辦法由電力改為水力，水輪機的輸出軸直接與風(fēng)機相連而帶動其旋轉(zhuǎn)，用水力來推進冷卻塔風(fēng)葉，到達通風(fēng)換熱意圖。現(xiàn)在，應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水體系的水動風(fēng)機冷卻塔的水輪機滾動的原動力來源于循環(huán)冷卻水體系的余壓(循環(huán)水泵的充裕揚程)，充分使用了體系本身的殷實能量，削減電耗到達節(jié)能的意圖。

       水動風(fēng)機冷卻塔若要正常運轉(zhuǎn)，上冷卻塔處的循環(huán)回水必須有足夠的壓力水頭用于推進水輪機，一般為0.1~0.3MPa。在規(guī)劃過程中，為了滿足工藝換熱設(shè)備的要求換熱作用，循環(huán)給水壓力會規(guī)劃的偏大; 另外在管網(wǎng)水頭丟失核算時也較保守。這將會使體系實踐工況點的壓力低于額外壓力，導(dǎo)致整個循環(huán)水體系長期處于超流量、低壓力的工況下運轉(zhuǎn)。此刻選用水動風(fēng)機冷卻塔不只可以節(jié)省傳統(tǒng)冷卻塔電機的電能，一起關(guān)于管網(wǎng)體系還有必定的壓力調(diào)理作用。另外在某些工業(yè)項目中，可能會有易燃易爆的工藝介質(zhì)進入循環(huán)冷卻水體系，對冷卻塔風(fēng)機有防爆要求時，那選用水動風(fēng)機代替防爆電機相對更合理經(jīng)濟。

      可是筆者以為在一般的新建工業(yè)項目中不宜立即選用水動風(fēng)機冷卻塔，新建項目中體系的能量殷實無法精確核算也不能經(jīng)過安穩(wěn)的運轉(zhuǎn)參數(shù)來判斷。如果在開端的規(guī)劃中就考慮水輪機的壓力要求，又將會使這部分動能要求轉(zhuǎn)嫁到循環(huán)水泵上，增大水泵的揚程也就是增加了循環(huán)水泵的功率。

（2）噴霧冷卻塔

        現(xiàn)在已在實踐項目中運用的噴霧冷卻塔首要為兩大類，一類為高效噴霧通風(fēng)冷卻塔，另一類為H JP型噴霧冷卻塔。高效噴霧通風(fēng)冷卻塔的核心部件是噴霧推進霧化器，其使用循環(huán)回水的余能，經(jīng)過渦流室與收擴型特別噴嘴開釋能量，構(gòu)成細小水粒、霧粒、水泡。噴頭在水平方向存在傾角，霧流脫離噴嘴在塔體內(nèi)上升的過程中，與空氣之間有很大的作用面積，因而發(fā)生了反推進力，使噴頭快速反方向運動。因而噴嘴流發(fā)生一個水平方向的相反的力，推進旋轉(zhuǎn)組織及輕質(zhì)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，發(fā)生風(fēng)力，構(gòu)成空氣在塔內(nèi)的對流，在到達下降循環(huán)水溫度的一起完成節(jié)電方針。當(dāng)循環(huán)回水的水壓在0.12~ 0.16MPa時，特別噴嘴的流速可以到達18m/s左右，風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速可以到達28m/s。

       依據(jù)實踐項目運用標(biāo)明，高效噴霧通風(fēng)冷卻塔的冷卻作用與一般冷卻塔作用恰當(dāng)，可是節(jié)省了風(fēng)機電機運轉(zhuǎn)的電耗，僅增加部分設(shè)備改造的一次性出資。

       HJP型噴霧冷卻塔的冷卻原理是使用從噴頭噴出的高速旋轉(zhuǎn)水流，在噴孔外的汽化室里構(gòu)成真空，迫使一部分水汽化，并從其他的水中取得熱量補償其汽化潛熱，即它是使用相變的原理將高溫水進行大幅度的降溫。一起，當(dāng)水噴到噴霧塔內(nèi)的空間時，又與空氣進行熱交流構(gòu)成第2次小幅度的降溫，該設(shè)備的降溫差由上述兩部分的降溫差組成。經(jīng)過噴孔汽化室汽化的水占總水量的份額，首要取決于噴頭結(jié)構(gòu)的特別規(guī)劃與進入噴頭前水的溫度。

       因為HJP型噴霧冷卻塔選用蒸騰為主的冷卻辦法，冷卻作用好，還可以經(jīng)過操控進入汽化室汽化水的份額，處理進水溫度較高的循環(huán)水。H JP型噴霧冷卻塔不但能確保降溫作用，并且因設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)部無填料、無風(fēng)機、無任何機械運動件，而節(jié)省了替換填料、定時保養(yǎng)風(fēng)機的費用和作業(yè)量。在節(jié)水上亦因無風(fēng)機的拔風(fēng)作用而削減了水量的丟失，且瀟灑的霧汽不會對周圍環(huán)境發(fā)生水淋現(xiàn)象。但因為其一次出資費用過高，現(xiàn)在在國內(nèi)的工業(yè)循環(huán)水體系中運用還不多。

（3）冷卻塔風(fēng)機的變頻

       一般工業(yè)冷卻塔的處理才能是依照工藝最大才能及夏天最大熱負荷的條件下選定的，可是在實踐設(shè)備運轉(zhuǎn)中，因為季節(jié)、溫度、作業(yè)負載等諸多因素都將改動，違背規(guī)劃的最晦氣狀況，使設(shè)備常常處于較低負荷的狀況下運轉(zhuǎn)，構(gòu)成不必要的電耗。

      溝通變頻調(diào)速技能是近幾年電氣傳動范疇鼓起的一項新技能，該設(shè)備經(jīng)過改動電源頻率來改動電機轉(zhuǎn)速。在典型的冷卻塔風(fēng)機變頻操控體系中，選用內(nèi)置PID功用的變頻器，以冷卻塔出水溫度為操控目標(biāo)組成閉環(huán)操控。在循環(huán)冷卻給水管道上裝置一個溫度傳感器，將冷卻給水溫度信號傳給變頻器，經(jīng)變頻器本身的PID操控器后，給出恰當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率給冷卻塔電機，調(diào)理風(fēng)機轉(zhuǎn)速和輸出功率或是調(diào)理風(fēng)機敞開的臺數(shù)(多臺運轉(zhuǎn)的狀況下)。這樣構(gòu)成一個閉環(huán)反饋體系，當(dāng)冷卻給水溫度下降時，減小風(fēng)機轉(zhuǎn)速或削減風(fēng)機運轉(zhuǎn)數(shù)量，然后到達節(jié)能降耗的意圖。
2.2 循環(huán)水泵的變頻調(diào)速5 ~% |5 z! y! {( B

       現(xiàn)在許多工業(yè)項意圖循環(huán)水體系經(jīng)過節(jié)省辦法來改動循環(huán)水泵的壓頭和流量，這種辦法盡管簡略易行，但在調(diào)理過程中因為人為地增加了阻力，發(fā)生了很多的能量丟失，并且實踐負荷遠離額外工況時，水泵常常違背高效區(qū)運轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

       關(guān)于循環(huán)冷卻水用水量改動較大的體系，若選用變頻調(diào)速技能，改動水泵電機轉(zhuǎn)速來調(diào)理水泵流量，既可以防止采納節(jié)省辦法的才能丟失，又可以確保水泵一直在高效區(qū)運轉(zhuǎn)，因而可以大幅度的節(jié)省電能。

       當(dāng)循環(huán)冷卻水流量改動時，直接的會引起管網(wǎng)壓力的改動。依據(jù)此特色，選用內(nèi)置PID功用的變頻器，以冷卻水壓力為操控目標(biāo)組成閉環(huán)操控。在循環(huán)冷卻給水管道上裝置一個壓力傳感器，依據(jù)管網(wǎng)的壓力信號經(jīng)變頻器本身的PID操控器后，給出恰當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率給循環(huán)水泵電機，調(diào)理電機轉(zhuǎn)速和輸出功率或是調(diào)理循環(huán)水泵敞開的臺數(shù)(多臺運轉(zhuǎn)的狀況下)。這樣構(gòu)成一個閉環(huán)反饋體系，保持冷卻給水的壓力，并使設(shè)備的啟動運轉(zhuǎn)得以改進，延長了設(shè)備的使用壽命，又下降了電耗。
3 水質(zhì)處理藥劑或技能選用
3.1 進步濃縮倍數(shù)

       循環(huán)水體系的補水量等于體系中各種蒸騰、風(fēng)吹、滲漏和排污丟失之和，進步體系運轉(zhuǎn)的濃縮倍數(shù)可以削減排污量，即削減體系的補水量，到達節(jié)水的意圖。可是過高的進步濃縮倍數(shù)，會使循環(huán)冷卻水的硬度、堿度、氯離子等的濃度過高，使水的結(jié)垢傾向、腐蝕性大大增加，就需求相應(yīng)的進步循環(huán)水的水質(zhì)安穩(wěn)處理作用。

      這就需求有用的水質(zhì)處理辦法，在考慮環(huán)保的一起，選用高效的水處理藥劑來進步濃縮倍數(shù)。以下幾種水質(zhì)安穩(wěn)處理藥劑已經(jīng)在一些工業(yè)項目中的循環(huán)水體系應(yīng)用，并且取得了明顯的效益。

      硫酸-阻垢劑處理：是指在水體中先參加硫酸使彌補水堿度降到必定程度后再參加阻垢劑如聚磷酸鹽、有機阻垢劑等。然后到達阻垢和確保循環(huán)水安穩(wěn)運轉(zhuǎn)的意圖。該法占地小、技能簡略。可是需注意SO2-4濃度過高會腐蝕混凝土，一起用有機磷處理循環(huán)冷卻水必然加強水生物的繁衍，加劇腐蝕程度，所以藥劑處理要一起考慮阻垢、緩蝕及滅菌等多方面的作用，一般可以考慮選用復(fù)合型阻垢劑。

      弱酸樹脂交流處理：可下降水中的碳酸鹽硬度及相應(yīng)的堿度，再投加緩蝕劑可防止循環(huán)水體系的腐蝕，既可進步循環(huán)水濃縮倍率，又不會增加水中硫酸根離子。該法適用于處理碳酸鹽硬度份額高的水，長處是體系簡略、運轉(zhuǎn)條件好、交流容量大、易再生、酸耗較低，從根本上處理了斷垢問題。缺陷是運轉(zhuǎn)費用高、占地面積大、廢水排放量大。

       石灰軟化-加酸：彌補水在預(yù)處理時就投加恰當(dāng)?shù)氖遥羲械腃a2+、Mg2+，原水鈣含量高而補水量又較大的循環(huán)冷卻水體系常選用這種辦法。經(jīng)石灰處理的水，盡管碳酸鹽堿度可以下降，但卻有可能呈現(xiàn)CaCO3 沉積，為消除這種不安穩(wěn)性,可增加少數(shù)H2SO4。此法長處是處理才能大，運轉(zhuǎn)費用較低。缺陷是出資大、對石灰粉純度要求高、對環(huán)境影響大。

       反滲透脫鹽處理技能：選用反滲透對循環(huán)冷卻水進行軟化、除鹽處理。其脫鹽率常在98%左右，一般95%。該處理法操作便利，易于完成自動化，并且脫鹽作用好，有利于進步循環(huán)水水質(zhì)。缺陷是出資大、膜污染嚴(yán)峻、清洗頻頻。

       臭氧水處理技能：臭氧作為水處理劑，滅菌才能強、排污量少，既能節(jié)水節(jié)能，又不必調(diào)理水的pH，無二次污染，對循環(huán)水的緩蝕、阻垢、滅菌等均有杰出的作用。
3.2 管道減阻節(jié)能劑2 V3 A' f8 W# w; N0 Q0 j) a

       減阻節(jié)能劑是用于下降流體活動阻力完成節(jié)能的化學(xué)增加劑。近年來國際環(huán)保節(jié)能組織啟動了減阻節(jié)能專項研討項目，丹麥、荷蘭、加拿大、美國、日本和新加坡等國家對表面活性減阻技能進行了很多的研討作業(yè)，取得了很大成效，管道摩擦阻力最高可削減70%以上，某些減阻節(jié)能劑種類已進入實用階段。國內(nèi)也開展了管道減阻節(jié)能的基礎(chǔ)研討，并進行了減阻節(jié)能劑的應(yīng)用研討。

       現(xiàn)在已開發(fā)了陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑為主劑的三類減阻節(jié)能劑配方。減阻節(jié)能劑應(yīng)用于循環(huán)水體系中，不只可以下降管網(wǎng)出資造價，并且能下降循環(huán)水泵日常運轉(zhuǎn)的電耗。在循環(huán)水體系中參加管道減阻節(jié)能劑是簡便易行的節(jié)能辦法，現(xiàn)有循環(huán)水體系改造無需新增大筆設(shè)備出資，具有廣