工业循环冷却水系统降耗减排综述

发表于: 2017-06-05 / 分类: 公司新闻 / 浏览: 1,950 views 次

随着我国工业的迅猛发展，水资源问题、能源问题和污水排放问题日益突出，为保护生态环境，国家制定了一系列节能、节水、减排的政策、法规，督促工业企业进行降耗减排。

循环冷却水系统是工业生产中的重要组成部分，也是水耗、能耗较高的部分，如循环冷却水系统的用水量占整个工业用水量的70%~80%；又如某内陆核电厂仅循环水泵耗电量就占厂用电量的20%~30%。因此，循环冷却水系统的降耗减排对工业的降耗减排意义重大。

笔者分别从优化循环冷却水系统、污水深度处理回用以及冷却水余热回收等方面介绍了近年来国内工业循环冷却水系统的降耗减排措施，举例说明了工业循环冷却水系统的降耗减排对于保护生态环境、降低生产成本、提高企业竞争力的巨大作用。

1、优化循环冷却水系统

优化循环冷却水系统是工业企业降耗减排的有效途径，主要包括：优化水质稳定处理，系统清洗、预膜，在线监测控制以及优化冷却水塔和水泵等。

1.1、优化水质稳定处理

水质稳定处理是提高循环冷却水系统浓缩倍数的常用方法，主要包括阻垢、缓蚀和杀生处理，可分为化学法和物理法。化学法主要指向循环冷却水中投加阻垢剂、缓蚀剂和杀菌剂等水质稳定剂、加酸处理，以及软化处理（离子交换、石灰软化）等；物理法主要有胶球擦洗、旁流过滤（包括膜过滤），也有尝试利用电、磁、超声和光等手段处理冷却水，如电磁阻垢技术、静电水处理技术、超声波技术等。有时联合运用两类方法，以改善循环水水质、提高系统的浓缩倍数。

目前多采用设计合成、改性、复配等方法获取高效水质稳定剂，同时为减少循环冷却水排水中的磷含量，一般选用低磷或无磷药剂。水质稳定剂的使用效果取决于药剂本身的性能、冷却水的水质特点、系统的运行工况等诸多因素，因此一般需要先对工业循环冷却水系统进行调研，再通过实验室静态研究（静态阻垢、防腐、杀菌试验）和动态模拟试验，对水质稳定剂进行初步的评价和筛选，最后通过现场试验进一步验证药剂的可行性。

化学法具有一定的弊端，如加药过程相对复杂、系统排水中的残留药剂污染环境等，而物理处理技术不添加化学药剂，可同时进行阻垢、缓蚀、杀菌，国内已有一些企业尝试应用，并取得了一定的效果。

表 1列举了工业企业循环冷却水系统优化水质稳定处理的一些实例。

表 1 循环冷却水系统水质稳定处理优化实例

由表1可知，运用高效环保的水质稳定剂、新型环保物理技术以及高效旁滤等措施，可以提高系统的浓缩倍数、节水减排、降低运行成本，有利于保障系统的安全、经济运行，同时减轻对环境的危害。

1.2、系统的清洗、预膜

无论是新建的循环冷却水系统还是已运行一段时间的循环冷却水系统均需要进行清洗、预膜处理。对于新系统，设备和管道在生产、安装过程中可能会有一些碎片、油污、灰尘、锈蚀等沉积物，而老系统投运一段时间后，可能会由于结垢、腐蚀和微生物繁殖产生一些污垢，这些物质将会恶化水质，降低换热器的换热效率，造成管道堵塞、系统泄漏等，严重影响系统的安全运行。清洗的目的是为了清除设备和管道中的污垢，预膜一般在系统清洗后进行，目的是使清洗后的金属表面能形成一层均匀致密的保护膜，防止腐蚀。

清洗一般包括物理清洗和化学清洗，预膜一般采用具有缓蚀效果的预膜剂处理金属表面。两者密切相关，相辅相成。

长期的工程经验表明，清洗和预膜是延长设备寿命、保障循环冷却水系统长期高效运行的一项重要措施，也对循环冷却水系统节水节能有着重要影响。

为获得良好的清洗预膜效果，清洗预膜方案的设计需要充分考虑污垢的成分以及系统本身的特点，如水质、材质、结构等。如韩启飞采用静态腐蚀试验研制出了适合以地下水为补充水的循环冷却水系统低磷预膜剂TS-52805A，将其应用于榆林某炼油厂循环冷却水系统，效果良好。杨喻等通过对现场垢样的分析和一系列评价实验筛选出TS-271清洗剂，并应用于石家庄某公司循环冷却水系统停车检修期间的清洗预膜中，现场清洗预膜效果良好。

新疆中泰化学股份有限公司山西事业部聚氯乙烯装置循环冷却水系统经过在线化学清洗预膜，换热设备表面90%附着垢被去除，超温超压现象消除，增加了聚合反应的釜次，从而增加产量20t，年增加利润36万元，同时大幅度降低了系统的运行电耗和水耗。徐塘发电公司4号机组循环冷却水系统不停机在线清洗预膜后，凝汽器背压下降0.054kPa，节约煤耗0.1944 g/（kW·h），每年可节约煤耗费用60万元、检修费用20万元。

1.3、在线监测控制

工业循环冷却水系统的水量大、流程长，建立在线监测控制系统可以实时监控循环冷却水系统的运行情况，减少现场工作人员手工分析的工作量，解决人工分析的滞后性和片面性；可准确控制系统的加药量，稳定冷却水水质，减少系统的结垢和腐蚀，避免过量药剂的浪费；同时便于及时发现系统的异常，迅速处理事故，避免处理不及时造成冷却水的大置换排放损失与污水排放危害，因此建立循环冷却水系统在线监测控制系统是节水节能、经济安全运行的重要保障。

如孙墨杰等采用C8051F020微控制器研制了工业循环冷却水水质稳定性的在线监测装置，并在神华国华三河发电有限责任公司正式投入，该装置可实时反映现场循环冷却水的腐蚀结垢倾向。曹生现等开发了一种新型循环冷却水处理在线监控评价设备，应用于山东兖矿集团兴隆庄电厂1号机组，可实时评价水处理加药方案，有效抑制污垢、减轻腐蚀，系统的浓缩倍数由2提高至4。天津国电津能热电有限公司2台330MW机组实施火电机组循环冷却水节能自动控制后，年节电732.37万kW·h、节省标煤量2 490 t，年减少CO2排放量6 486 t、粉尘排放量3.68t。兖矿集团有限公司煤化分公司采用信息化控制循环水污染物浓度，消除换热设备泄漏事故3次，节约600万元停车维修费用，冷却水利用率由75%提高至97%，每小时总排污染物达标率由85%提高到98%，年减少COD排放量86t、节约排污费用10万元，并消除了安全隐患。黄春等设计了多参数监测的新型循环冷却水智能加药系统替换传统加药方式，药剂费用下降25%，能耗降低20%，水资源节约31%，每年节省225万元。

1.4、优化冷却水塔和水泵

冷却水塔和水泵是循环冷却水系统的重要组成部分，通过采用水轮机技术、水泵变频调速控制技术以及优化改造冷却水塔等措施，可以显著降低系统的水耗、能耗。

如乌鲁木齐某炼油厂原逆流式填料冷却塔风阻大、冷却效果差、运行费用高且污堵现象严重，将其改造成无填料喷雾冷却塔，同时利用冷却水喷淋前的剩余能量驱动冷却塔水动力风机替代原电驱动风机，使系统阻力降低46%，风机节电100%，年平均节省运行费用12.4万元。中海石油化学股份有限公司一期循环冷却水系统将原横流冷却塔改造为逆流塔，并合理配置配水系统和收水系统，年节电143.68万kW·h、节水29 568 m3。新钢公司第一动力厂采用水泵变频技术，使水泵机组运行节能46%，年节约电费93万元。

2、污水深度处理回用

污水回用循环冷却水系统已经成为目前解决水资源供求矛盾的重要举措，一方面可以节约水资源，实现水资源的回收利用，另一方面可有效减轻污水排放危害环境，并在一定程度上降低循环冷却水系统的运行成本，同时有助于企业树立良好的社会形象，因而具有重大的社会、环境与经济效益，是国内研究的一大热点。

目前国内已有不少企业采用中水作为循环冷却水系统的补水水源。中水也称再生水，其水质介于污水与自来水之间，指生活和工业污水经过一定的技术处理后达到例如《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T3923—2007）等国家标准的非饮用水，可回用于水质要求不高的场合，如城市景观、农业灌溉、工业循环冷却水等。中水量大、集中，受气候条件、洪枯水期等因素影响小，但中水中的悬浮物、含盐量、有机物等含量较高，微生物的种群复杂，碱度和硬度较高，回用于循环冷却水系统时将加剧系统的结垢、腐蚀与微生物滋生，严重威胁系统的安全，因此中水回用前必须进行深度处理。中水深度处理技术主要包括过滤、石灰软化、吸附氧化、曝气生化、离子交换、膜处理等。深度处理工艺的设计需要充分考虑中水的水质水量、循环冷却水系统的水质要求、浓缩倍率、系统材质与结构等实际条件，借鉴类似工程的运行经验或模拟试验结果，进行技术经济综合比较，以确定经济高效的中水深度处理方案，同时配合有效的阻垢、缓蚀、杀生措施，确保系统的安全运行。

其他污水，如工业生产废水、循环冷却水排污水和厂区生活污水等，经合适的深度处理工艺也可回用于循环冷却水系统。

表2列举了一些污水回用循环冷却水系统的工程实例。

表 2 污水回用循环冷却水系统的工程实例

由表2可知，污水回用循环冷却水系统是一种有效的节水减排途径，企业在为我国环保作贡献的同时也获得了经济效益。

3、循环冷却水余热回收

工业循环冷却水中蕴含大量余热，如火电厂循环冷却水带走的热量约占电厂总能耗的10%~30%。若不回收此部分余热，一方面将造成巨大的能源浪费，另一方面将产生热污染，影响周边生态环境。

采用循环冷却水余热回收技术可以提高工业能源利用率，替代部分常规供热，既减少供热所需的能源（煤、天然气等）消耗和污染物排放，同时又减少了系统的热排放，降低冷却水的蒸发量，节约水资源。

循环冷却水温度一般在50 ℃以下，属于低品位能量，而热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的节能装置，一般分为压缩式热泵和吸收式热泵。热泵技术回收工业循环冷却水的低品位热能是一种绿色环保、高效节能、安全可靠的技术，在国内日益普及。

表3列举了热泵回收工业循环冷却水余热的工程实例。

表 3 工业循环冷却水余热回收利用工程实例

由表3可知，采用热泵技术回收循环冷却水余热在技术和经济上是可行的，能在“节能减排”中发挥重要作用。

4、结论与建议

分别从优化循环冷却水系统、污水深度处理回用以及冷却水余热回收等方面介绍了近年来国内工业循环冷却水系统在节能、节水、减排方面的优化措施。实践证明，工业循环冷却水系统的降耗减排不仅对生态环境有着重大意义，同时也能降低企业的生产成本，提高企业的竞争力，社会、环境和经济效益十分显著。

虽然我国工业企业在循环冷却水系统降耗减排方面已经取得了一定的成就，但仍具有很大发展空间，如我国的工业循环冷却水系统浓缩倍数仍然较低，而国外循环冷却水系统的浓缩倍数很高，甚至达到零排放。因此，国内工业企业应当不断探索，广泛借鉴，勇于尝试新技术，促进工业精细化发展，实现可持续发展的战略目标。