钢铁工业净环冷却水高浓缩节水技术芦云红

钢铁工业净环冷却水高浓缩节水技术芦云红,李永广,户其皋,赵立新(石家庄开发区德赛化工有限公司河北石家庄050035)摘要敞开式净循环冷却水是钢铁企业耗水的重要环节,也是钢铁企业节约水资源、减少污水排放的重点。本文介绍了循环冷却水提高浓缩倍数的常用技术方法,并进行了比较。重点介绍了pH值调节法提高浓缩倍数技术,详细描述了高浓缩倍数运行下的水处理专用药剂的特点和一体化装里的功能。关扭词敞开式净循环冷却水;浓缩倍数;节水;冶金工业;冶金企业近年来我国钢铁工业高速发展,2008年全国粗钢产量达到50,049万吨。钢铁工业作为用水大户是“节能减排”的重点行业,随着节水技术进步和各种节水减排措施的不断实施,我国钢铁工业用水量已从高速增长逐步转变为缓慢增长,节水成绩显著。但是我们还应看到,和国外钢铁企业吨钢耗新水的先进值相比还有一定的差距,且各企业之间的差距依然较大,为此我国钢铁企业的节水潜力仍然很大。1敞开式净环冷却水系统是钢铁企业的节水孟点1.1敞开式净环冷却水系统节水的皿要性钢铁企业的用水约80%以上为冷却用水,按冷却方式不同分为净循环冷却水系统和浊循环冷却水系统。净循环冷却水系统有两种形式:密闭式循环冷却水系统和敞开式净环冷却水系统〔’〕。其中敞开式净环冷却水系统是利用最广的一种方式,存在于炼焦、制氧、烧结、高炉、炼钢、轧钢以及热电等各个工序。笔者统计了国内某钢铁企业的冷却水数据,其中敞开式净环冷却水系统占79.1%,密闭软水冷却水系统占9.2%,浊环系统占n.7%。为此,敞开式净环冷却水系统的节水非常重要。1.2敞开式净环冷却水运行现状及潜力我国钢铁企业敞开式净环冷却水系统的运行浓缩倍数偏低,大多数低于2.0,发达国家的企业一般浓缩倍数控制在5.0以上。浓缩倍数是衡量节水的一个重要技术经济指标,浓缩倍数越高,所需补充的水t就越少,外排废水量也会减少,节水效果也越好。以一套循环水量为10000吨/小时的系统(温差为5℃)为例,浓缩倍数由1.5提高到5.0,年节约用水85.3万吨,节水率57%,减排率87%。由此可以看出,提高净循环水的浓缩倍数可以有效的节约水资源和减少污水排放量。《中国节水技术大纲》中明确提出:“在敞开式循环间接冷却水系统,推广浓缩倍数大于4的水处理运行技术;逐步淘汰浓缩倍数小于3的水处理运行技术;限制使用高磷锌水处理技术;开发应用环保型水处理药剂和配方。”串级补水供应技术需要是在一定浓缩倍数条件下进行的。这样运行对节水和提高经济效益均有好处2j[。2提高敞开式净环冷却水浓缩倍数的途径2.1提高浓缩倍数的常用方法常用的提高浓缩倍数的方法有:原水除盐法、软化水质法、pH值调节法。其中pH值调节法由于投资、运行成本仅为前两种的10%和30%,操作简单,稳定可靠,在国外被广泛采用。国内开展循环冷却水高浓缩倍数运行技术研究处于起步阶段,德赛化工是开展该项研究最早的单位之一,已经成功实现了工业运行。2.2循环水提高浓绷倍数的途径比较171实现方法原水除盐pH值调节法软化水质处理原理投资运行费用产水率,%水处理药剂日常维护降低水中碱度,使暂时性硬度转变为永久性硬度,减少结垢趋势30`80万元5元/小时100%需要简单通过离子交换使caZ十、MgZ十被N+a、H十代替,减少了结垢趋势30万元以上32元/小时83%需要较复杂缺点去除水中CaZ+、Mg,十、Cl一等所有离子,减少结垢和腐蚀趋势150万元一200万元75元/小时75%濡要复杂运行成本高;循环水的pH值偏低,易造成腐蚀。对水处理药剂和控制要求较严格占地面积大,软化后水质腐蚀性强。注:一次性投资和运行费用按5000吨/小时循环水量(补水为75吨/小时)计算。3pH值调节法高浓缩倍数运行技术3.1招要解决的技术问题3.1.1高性能的水质稳定剂是实现高浓缩倍数运行的基础浓缩倍数越高,循环水中的溶解盐浓度越大,结垢和腐蚀倾向加重;循环水重复利用率越高,水的停留时间越长,细菌滋生也更严重。所以高浓缩倍数运行时循环水处理技术难度更大,对化学药剂要求更高。由于现行广泛使用的水处理技术很难实现循环水的高浓缩倍数运行,因此,采用新型的水处理药剂,突破技术瓶颈,建立适应高浓缩倍数运行新的水处理技术体系,是实现循环冷却水节水的有效途径。3.1.2实现循环水pH值自动调节是高浓缩倍数运行的必然条件循环冷却水在通过冷却塔曝气的过程中,水中的C02逸出,使pH值升高,碱度增加。调节循环水的pH值,降低循环水碱度,可有效降低水的结垢趋势,能够进一步提高循环水的浓缩倍数。循环水pH值过高会引起设备结垢,过低又会引起设备腐蚀,因此,循环水pH值调节非常关键。另外,加酸点和pH值的测量点位置的设定、pH值和碱度、温度的关系等都是必须解决的技术问题。3.1.3提高循环冷却水的自控水平,是高浓缩运行的有效保障水处理行业有句行话叫“三分药剂,七分管理”,它说明了运行管理的重要性。提高浓缩倍数后,水中各种离子含量是常规方法的2一3倍,一旦发生异常情况,危害更严重。因此,循环水冷却水系统高浓缩倍数运行时要充分利用自动化控制技术和信息化技术,对整个系统参数进行在线监测和精确控制,实现循环水运行的科学管理,保证高浓缩倍数运行的稳定性和可靠性。3.2循环冷却水高浓缩倍数运行专用药剂的特点要实现循环水的高浓缩倍数运行,必须使用专用药剂。我们在对新一代水处理药剂—聚天门冬氨酸研究的基础上,开发了高浓缩倍数运行专用药剂,和普通药剂相比具有如下特点:3.2.1抗分解能力强,稳定性良好循环冷却水系统在高浓缩倍数运行情况下,系统排污量减少,必然会提高药剂的停留时间。普通药剂分解10%大约要经过24一30小时,高浓缩倍数运行专用药剂分解10%可延长至100一150小时,抗分解能力是普通药剂的3倍以上,适应循环水高浓缩倍数运行时药剂停留时间长的特点。3.2.2具有钙离子容忍度高的特点通常普通麟系药剂的钙离子容忍度在500一600mgI/,(以CaCO;),而循环冷却水系统高浓缩倍数运行时,钙离子浓度在1000一1300mg八J,在如此高的钙离子浓度下,常规药剂会形成有机瞬钙垢,水质呈现乳白色。循环水浊度增加,相应增大了系统腐蚀(主要是点蚀)和污垢沉积趋势,同时会加大药剂的消耗。3.2.3具有可生物降解性高浓缩倍数运行的专用药剂是以聚天冬氨酸为主剂研制而成的,聚天冬氨酸分子结构中含有类似蛋白质的肤键,具有很好的生物物降解性。聚天冬氨酸等“环境友好”型阻垢分散剂项目是我国在“十五”期间重点支持项目川。3.3高浓缩倍数运行一体化装t172高浓缩倍数运行一体化装置是将循环水处理技术、自动控制技术和信息化技术有效集成,开发出循环水高浓缩节水一体化装置,保障了循环冷却水系统高浓缩倍数运行的安全性和可靠性。其创新之处在于:将循环冷却水科学管理的理念物化于循环冷却水高浓缩倍数节水一体化装置;实现了循环水碱度的精确调节和药剂浓度的自动校正。主要由阻垢缓蚀药剂自动投加、杀菌剂的加人及控制、循环水pH值自动调节、浓缩倍数自控调节、循环水运行参数监测和计算机管理单元系统组成。3.3.1阻垢缓蚀药剂自动投加系统自动加药系统采用进口加药装置,可根据冷却水的补水流量和电导率的大小,实现远程控制计量泵的加药速度,实现阻垢缓蚀剂的比例式投加,保持循环冷却水中药剂浓度的稳定,完全能够满足要求。还可根据不同季节、不同负荷、不同补水量的具体要求,实时调整,减少费用,降低劳动强度。.3.32pH值自控调节系统精确控制循环水的碱度、pH值是搞好循环水高浓缩倍数运行的关键。采用在线、快速、准确、连续的监测方法,适时自动调节,自动精确计量加酸,严格控制冷却水的碱度和pH值,使pH值保持在最佳范围,保证循环冷却水系统安全、稳定运行。3.3.3浓缩倍数自控调节系统浓缩倍数的自动调节系统是由采集单元、控制单元、显示单元、执行单元组成。使补排水实时进行,加大了补排水的频率,同时降低了每次补排水的数量,确保系统参数稳定在较小范围内。3.3.4循环冷却水运行参数监测及计算机管理系统循环冷却水系统运行性能及稳定程度能够通过冷却水运行的各种参数很好的反映出来。这些参数包括冷却塔的进出口温度、电导率、pH值、集水池液位等组成。这些参数通过PLC上传到工控机,由计算机管理系统进行记录分析,通过参数的变化趋势能够反映出系统的运行状态,为循环水的管理人员提供第一手的资料,及时发现问题,排除不稳定因素。4技术应用情况本技术已在30多家企业得到应用,系统运行稳定,节水效益明显。2003年改造完成的一套循环冷却水系统,其循环水量为8000m,/h,循环冷却水的Ca,+离子(以CaCO;计)控制在1100一1300mg/IJ之间,至今已平稳运行6年,钙保有率大于95%,腐蚀速率优于国家标准的要求,年节水50多万吨。循环水高浓缩节水技术2004年7月通过河北省科学技术厅组织的专家鉴定,该技术达到国际先进水平,具有广阔的适用性和推广应用前景。参考文献【1」王绍文,钱雷,邹元龙等,钢铁工业废水资源回用技术与应用[M」,北京:冶金工业出版社,2。。8:43.【z]王维兴,钢铁工业用水和节水技术[J〕,金属世界,2008,05:4.【3〕郑书忠,膝厚开,靳晓吸.环境友好型水处理化学品发展[J〕,水处理信息导报,2009,146(3):6.173