循環水系統穩定運行的可行性分析

王春燕， 朱耀斌

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

根據陽煤太化新材料有限公司循環水設計情況，結合園區目前存在的問題，比較分析不同運行方式的特點，提出了循環水系統運行方式的優化方法，以實現循環水運行穩定，提高經濟效益及環保效益。

循環水；補水量；水質；穩定運行

1 概述

陽煤集團太原化工新材料有限公司園區水系統設計為零排放。原水經沉淀過濾，一部分經脫鹽處理后供全園區循環用水，另一部分供化學水裝置。化學水供全廠的生產用水及鍋爐用水。全園區的生產廢水、生活污水及初期雨水進行處理，處理后的合格產水送往中水回用系統，產水補入循環水系統，達到廢水的循環利用。水系統產生的濃鹽水送入零排放裝置，零排放產水用于循環水補水。

1.1 園區循環水站介紹

園區循環水站有空分循環水站、凈化合成硝酸硝銨循環水站、硫酸循環水站、己內酰胺循環水站、己二酸循環水站。

根據《GB/T50648-2011 化學工業循環冷卻水系統設計規范》可計算出各循環水站在濃縮倍數為5時的需補水量[1]。詳見表1。

由表1可知，園區循環水站的設計補水量2 325 t/h；各裝置正常運行時，一般補水量是1 716 t/h。

1.2 循環水水質標準

參照《GB50050-2007 工業循環冷卻水處理設計規范》，循環水具體水質指標如表2[2]。

表1 循環水裝置循環量及補水量 t/h

表2 循環水水質指標

根據循環水水質要求，可以確定循環水補水的水質(濃縮倍數按5計算)。其中，循環水中氯離子質量濃度要求≤250 mg/L，則循環水補水要求氯離子質量濃度≤50 mg/L。以下均以氯離子質量濃度為例進行分析。

1.3 園區循環水站補水水源

園區水系統設計為零排放，故園區脫鹽水(4J)、生產水脫鹽濃水、三套中水回用產水、生產水脫鹽濃水零排放產水、化學水濃水零排放產水、三套中水回用零排放產水均作為循環水補水水源。以上系統產水量及產水中氯離子質量濃度見表3。

表3 循環水站補水水源情況

由表3可知，各裝置產水總量3 872 t/h，超出循環水站總補水量。若裝置的脫鹽率按90%計，生產水脫鹽濃水、全部零排放產水以及含泥污水的氯離子質量濃度指標超出了循環水補水要求指標。

2 理想運行方案

2.1 最經濟補水方案

若生產水脫鹽裝置不運行，不產生反洗水，則含泥污水產水量612 t/h。從表1～表3看出，3套中水裝置、除脫鹽濃水零排放外的4套零排放裝置以及含泥污水總產量1 717 t/h，基本與循環水需補水量持平；氯離子質量濃度為78.44 mg/L，超出了循環水補水氯離子質量濃度指標50 mg/L的要求[3]。

在充分利用了回用水作為循環水補充水源且滿足循環水補水氯離子質量濃度要求的前提下，開2套生產水脫鹽系統，產水量330 t/h，脫鹽濃水產水量100 t/h；降低含泥污水回用量至335 t/h，零排放產水不補入循環水，則循環水可補水總量1 716 t/h，補水氯離子質量濃度為41.73 mg/L，滿足循環水補水氯離子質量濃度≤50 mg/L的要求。詳見表4。

表4 最經濟循環水站補水水源情況

2.2 脫鹽水補水優先

將循環水水源之一生產水脫鹽裝置滿負荷運行，保證循環水水質合格，則脫鹽水及脫鹽濃水產水總量1 724 t/h，已滿足循環水補水需求；補水氯離子質量濃度為35.47 mg/L，滿足循環水補水氯離子質量濃度≤50 mg/L的要求。表5為優先脫鹽水補入循環水情況。

表5 優先脫鹽水補入循環水情況

2.3 補水水質最優方案

經計算，開4套生產水脫鹽系統，零排放產水及含泥污水產水不作為循環水補水利用，保證循環水水質最優，使循環水在良性狀態下運行，則脫鹽水、脫鹽濃水產水及3套中水回用產水總量1 811 t/h，已滿足循環水補水需求；補水氯離子質量濃度為21.38 mg/L，滿足循環水補水氯離子質量濃度≤50 mg/L要求。第67頁表6為補水水質最優情況。

以上3種方案前提是各裝置產水量及產水水質滿足設計要求，根據園區水系統各裝置現狀，循環水站運行方案需作出適當調整。

表6 補水水質最優情況

3 園區水系統現狀

3.1 園區水源現狀

目前，園區水源為應急水源。經過統計計算，2017年5月平均指標值見表7。

表7 應急水源2017年5月分析指標

3.2 循環水補水水源現狀

目前，園區3套中水裝置、5套零排放裝置及含泥污水裝置，由于來水水質不穩定，導致其產水水質、水量均無法滿足設計值。循環水站補水水源實際情況如表8。

表8 循環水站補水水源實際情況

4 實際運行方案

為了保障循環水站良性運行，保證補水水量及水質符合要求，生產水脫鹽裝置需開7套，產水量達1 155 t/h，生產水脫鹽濃水裝置產水350 t/h，含泥污水不補入循環水量中。此時，循環水補水總量達到1 797 t/h，滿足補水水量要求。通過計算，補水中氯離子質量濃度為22.44 mg/L，滿足補水水質要求。詳見表9。

表9 循環水站實際補水方案

5 結論

各循環水站在濃縮倍數為5的情況下，可計算出其循環水定向排污水量及旁濾器反洗排水水量。詳見表10。

表10 循環水排污水水量 t/h

在今后運行過程中，循環水站良性運行，兩項循環水排污水氯離子質量濃度指標控制在250 mg/L，原水氯離子質量濃度指標控制在120 mg/L以下(化學水、生產水脫鹽裝置反洗水氯離子指標與原水一樣)時，含泥污水水量及水質得到有效控制。含泥污水氯離子濃度若接近設計指標，即可參考《理想運行方案》，根據各裝置實際產水氯離子濃度指標運行循環水站。表11為含泥污水水源水量及氯離子質量濃度。

表11 含泥污水水源水量及氯離子濃度

循環水站除了氯離子濃度需時時關注外，還應控制其硬度、Ca2+離子等指標。否則，換熱器等設備出現內部結垢，影響設備換熱效果，提高能耗，降低產能，影響生產裝置長周期穩定運行。

循環水實際運行過程中，應注意保持定向排污，利用旁濾器，優化循環水水質，使循環水站保持良性運行狀態。

[1] 中國工程建設標準化協會化工分會.化學工業循環冷卻水系統設計規范：GB/T50648-2011[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[2] 中國工程建設標準化協會化工分會.工業循環冷卻水設計規范：GB50050-2007[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[3] 夏媛,夏榮海,張衛寶,等.中水回用于循環水冷卻水的處理措施和成效[J].中國高新技術企業,2012(29):80-85.