純堿生產中循環冷卻水處理新思路

時金甫

(連云港堿業有限公司，江蘇連云港 222042)

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純堿生產中循環冷卻水處理新思路

時金甫

(連云港堿業有限公司，江蘇連云港 222042)

簡要分析了純堿生產過程中循環冷卻水處理的現狀，存在的問題，并介紹了循環水的電化學處理技術及其應用，為純堿廠提高循環水處理水平，延長純堿裝置換熱器設備壽命，降低純堿生產消耗提供了新思路。

純堿；循環冷卻水；電化學處理；殺菌；換熱器

1 簡 述

純堿生產過程中需要大量使用循環冷卻水，現有的處理方法通常是化學處理技術，一般是阻垢劑、分散劑、殺菌劑三種，該技術有一定局限性，在碳化冷卻箱、氨冷卻器、氨鹽水換熱器、壓縮機中末冷器都不同程度存在結垢、粘泥現象，每年對關鍵設備都要進行酸洗，既增加了運行成本，又縮短了設備壽命。主要問題如下：

1)濃縮倍數受限，存在排污。

按水質控制要求及滿足生產需要循環水的濃縮倍數受到限制，這是由于循環水中結垢性離子濃度和氯離子濃度決定的。

2)微生物滋生和粘泥。

菌藻的耐藥性決定了經常需要沖擊加藥，造成水質出現波動，結垢性指數有超標現象，在循環水池、較細的換熱器管中沉積的大量污泥正是殺死的菌藻沉積。

3)系統仍然存在結垢現象，特別是高溫換熱器。

這是由于加藥處理的原理決定的。一方面以重碳酸鹽為代表的結垢性離子只是被分散在水中，在換熱的地方出現不穩定現象，比如在填料上結垢，需要經常更換填料。另一方面，加藥量與濃縮倍數之間的關系是在一定設定條件下確定的，在復雜的循環水系統中，換熱器非常多，工況存在差異，有時存在部分高溫換熱設備，理論上對不同工藝條件的換熱器水質的控制標準要求也不一樣，在一個大系統中就無法兩全其美，不可能照顧到所有換熱器，只能是一部分換熱器運行在較佳工況。即使是最簡單的電廠冷卻系統，也會因為負荷、季節變化，換熱器工作條件也在變化。即使在純堿生產碳化裝置最關鍵部位，換熱溫度并不高，在檢修時也發現有明顯的結垢。

4)為了保證生產換熱需要，每年還需要對換熱器進行酸洗，對設備壽命產生不利影響。

5)結垢影響傳熱效率，降低了能源利用效率。在電廠凝器中，即使是投用了膠球清洗，也難免出現結垢，還是要定期酸洗或機械清洗，就是半邊清洗，對發電的影響也是巨大的。

2 電化學設備工作原理與優勢

電化學設備是利用水及水中礦物質的電化學特性，通過電化學來調節水中礦物質的平衡，而實現去除結垢物質、防腐和防治微生物的目的。是一種清潔的循環冷卻水處理技術。

2.1 電化學設備中陰極電化學反應

反應室中維持的工作電流大概為直流50～90 A。在陰極(反應室內壁)附近形成高濃度的氫氧根，這種升高的pH環境(pH高達13)，讓易結垢的礦物質預先結垢，并從水中析出。實際上，陰極附近局部的高氫氧根濃度形成的化學環境，和用石灰處理形成的冷石灰軟化環境類似。

鈣離子可能形成

氫氧化鈣: Ca(OH)2(垢)

碳酸鈣: CaCO3(垢)

2.2 電化學設備中陽極電化學反應

電流也將一部分的氯離子轉化成氯氣，在冷卻水中形成持續殺菌效果的次氯酸。同時產生臭氧、氧自由基、氫氧根自由基和雙氧水。這一系列產物提供了殺生效應，結合安培電流及局部高的和低的(陽極)pH區域，維持了電化學設備內部一個實時的消毒環境。

2.3 電化學設備優勢

1)安全可靠。設備全自動操作，避免接觸危險化學品。

2)一機多能，同時解決結垢、微生物、生物粘泥和腐蝕問題，不需要添加化學藥劑，不向環境中排放任何化學藥劑，不會對環境帶來污染。由于移除了結垢性因子，系統結垢的可能性大大降低，設備運行周期得到延長，能源利用率得到提高。多重殺菌條件有效控制了菌藻的滋生。

3)運行成本低。單臺設備系統總功率最大3 kW。

4)通過合理安裝電化學設備電解水處理設備，徹底破壞微生物滋生的塔池底部的粘泥。

5)根據電導率的變化動態調節循環水系統的LSI指數，自動適應水質的變化，確保循環系統的安全穩定的運行。

6)電化學系統由微電腦控制，全自動化操作；維護方便簡單。

7)電化學系統設備占地面積小，重量輕，安裝方便靈活。

8)大幅度降低排污。除自動清垢會帶出少量水外，基本不需要排污，且這部分水集中后還可以回收進系統。

圖1 電化學設備安裝示意圖

3 電化學處理技術在循環冷卻水中的應用

3.1 應用實例

以下是某廠循環冷卻水加藥處理與電化學處理的部分數據對比。

表1 某廠循環冷卻水加藥處理與電化學處理的數據

3.2 循環冷卻水系統的日常運行與控制

3.2.1 循環水水質運行控制指標

表2 循環水水質運行控制指標

(續表)

3.2.2 水處理運行效果標準

循環冷卻水經電化學和化學處理后，其效果應達到國家《工業循環冷卻水處理設計規范GB50050—2007》的要求。

3.2.3 污垢沉積控制

水側污垢熱阻值<3.44×10-4m2·K/W

黏泥量<3 mL/m3

3.2.4 設備腐蝕控制

不銹鋼腐蝕速率<0.005 mm/a

銅及銅合金腐蝕速率<0.005 mm/a

碳鋼腐蝕速率<0.075 mm/a

3.2.5 微生物控制

異養菌<1×105個/mL，每月分析一次。

4 經濟與社會效益

1)免加化學藥劑。有些情況下pH值偏高需要略加酸調節，如果廠內有別處用水可以從循環水池分流。在加藥的情況下，分流會引起加藥費用增加。

2)節省排污費用。該方法按零排放設計，在設備自動排污時會帶出少量循環水，這部分水可以集中回收，水質與循環水系統完全一致。

3)節能效益。由于結垢速度大幅度下降，換熱器使用效率、熱效率、產量等都受益。

4)大幅度減少設備清理與酸洗費用，延長設備使用壽命。

5)化學藥劑的生產與使用過程均存在環境污染問題。由于不使用化學藥劑，避免了環境污染。

5 結 論

循環水電化學處理技術原理科學，有效地將阻垢、殺菌、防腐功能集成，通過合理配置，每天的循環處理量超過系統循環量，提前移除結垢性離子，看得見效果，實踐證明，該方法完全適用于純堿生產過程的循環冷卻水處理，能大大減緩換熱器結垢速度，延長設備運行周期和運行效率，碳化冷卻箱、氨冷卻器、氨鹽水換熱器、壓縮機中末冷器運行工況得在明顯改善，對實現增產降耗，降低生產成本是一種有益的新思路，在所有的循環冷卻水系統均可以運用。

TQ085.2

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1005-8370(2016)03-09-04

2016-03-28

時金甫(1965—)，連云港堿業有限公司副總工程師，高級工程師。