精益節水模型在循環水系統中的應用

王 強

（山鋼萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 現狀

萊鋼循環水系統耗水占車間耗新水量86%，隨著新水不斷劣化循環水系統耗用新水量逐日增大，通過分析影響補水率的各種可控因素，建立節水模型，探索循環水系統節水的科學控制參數，減少系統的蒸發損失和排污損失，實現節水目的。

存在的主要問題有：

（1）循環水水質控制濃縮倍率偏低，目前水平在3.0左右，科學數據濃縮倍率控制在4.5～5.5水平比較節水。

（2）補充至循環水系統的工業水含鹽量過高，系統排污量太大，需要對目前的工業水進行部分除鹽處理后再補充到循環水系統，有利于系統排污量的降低。

（3）冷卻塔設備蒸發和風吹損失量大。

2 解決方案

2.1 循環水參數優化實驗探究

優化參數控制提升循環水濃縮倍率，減少系統排污。

(1)循環水堿度控制與濃縮倍率的關系分析

根據循環水參數，繪制循環水堿度與濃縮倍率關系的回歸圖。發現堿度越低，濃縮倍率越高。降低堿度可以提高濃縮倍率，減少系統排污量。運行方式降低軸流風機對循環水的蒸發作用等措施減少循環水系統的蒸發和風吹損失。

(2)循環水關鍵參數控制優化

化水車間所用新水硬度6～10 mmol/L，按照GB規定為保證凝汽器不結垢，需控制循環水硬度≤22 mmol/L，此標準下濃縮倍率只能控制到2～3.5，由M/E關系曲線可知；濃縮倍率1～5時，補水量和排污量隨著濃縮倍率增加而迅速減少，5倍以上時，節水效果已不明顯，因此將目前的濃縮倍率提高至4左右，可有效節約水資源。統計2015年4月份循環水“Ca2+硬+M堿度”控制在20 mmol/L～22 mmol/L，平均值20.61 mmol/L，水質波動范圍大，標差1.06，理論分析可以精準控制范圍，按照指標上限控制循環水“Ca2+硬+M 堿度”至 21.6 mmol/L。

2.2 循環水系統優質補水工藝改進

(1)一級反滲透產水作為優質水補充至循環水系統

因長期干旱工業水水質嚴重劣化，理論分析循環水系統需要補充的軟水（弱陽產水）比例應該增加，軟水補充已由30 t/h增加至80 t/h，弱陽水補充已由80 t/h增加至180 t/h但是水質劣化致使軟水和弱陽水生產能力大幅下降，不能滿足向循環水系統的足量補充，經科學分析，綜合考慮現有的供用水工序，除鹽水夏季需求能力低，生產除鹽水的一級反滲透工藝因有前置過濾，且應對工業水渾濁具備絮凝加藥工藝，可以把富足的反滲透產水增加三通管路引入循環水補水系統，控制20 t/h。反滲透產水硬度為0，堿度極低，顯弱酸性，按照回收率75%計算為4倍濃縮，將其作為循環水補水可在保證水質前提下提高循環水濃縮倍率，實現節水目的。

(2)進一步優化循環水補水模型

綜合考慮春夏秋冬不同環境溫度、循環水供水壓力需求變化、工業水水質變化以及循環水水質控制等因素，在試驗的基礎上，制定科學的軟水弱陽產水和工業水合理配比關系，建立循環水補水參數運行模型，實現最優節水目標。蒸發作用等措施減少循環水系統的蒸發和風吹損失。

(3)降低冷卻塔蒸發損失技術

①對冷卻塔收水器進行節能升級改造。把原來S型升級為先進的M型，提升冷卻塔蒸汽冷凝回水量。M型相比S型收水器，增加了蒸汽流與冷凝壁的接觸面積，提升蒸汽回凝效率。收水效果提升5%～10%

②冷卻塔擋風板的回凝水蒸氣作用。考慮深秋和初春季節，環境氣溫高于0℃低于15℃時，在不影響循環水系統散熱交換的前提下，為降低循環水蒸發量，車間試驗延長擋風板使用時間，

③調整運行方式降低軸流風機水汽蒸發量。考慮春秋季晝夜溫差大，可以根據循環水溫度，對機力塔風機間斷運行，循環水溫度低于17℃時，可以停運機力塔風機，有效降低蒸發量。

④冬季循環水上塔量參數優化冬季避免過度冷卻，減少循環水上塔量，原旁通閥門開度20%左右，溫升15～20℃，滿足循環水溫度前提下，提升旁通閥開度至30%～40%，減少上塔量至20%，溫升控制在10℃左右。

3 實施過程

3.1 循環水“Ca2+硬+M堿度”參數控制空間提升

堿度越高，鈣鎂離子越容易結垢。堿度越低，濃縮倍率可以控制的越高。因此降低堿度可以提高濃縮倍率，減少系統排污量。試驗優化循環水“Ca2+硬+M堿度”控制標準，由原來的19～22 mmol/L調整為21.5～22.8 mmol/L，以腐蝕掛片試驗保證冷卻設備不結垢。2016年平均值21.8 mmol/L，較2015年平均值20.5 mmol/L提高了1.3 mmol/L。

用加硫酸控制循環水pH 7.6～8.3（工藝要求6.8～9.5）之間，M堿度由原來的6.0～6.5 mmol/L降到 2.2～3.5 mmol/L 。

3.2 循環水系統優質補水工藝改進

(1)提升弱陽產能，增大弱陽補水輸送能力。

(2)反滲透產水補循環水工藝改進。

3.3 降低冷卻塔蒸發損失技術研究

(1)高效節水M型收水器技術應用。

(2)冷卻塔擋風板的回凝水蒸氣作用。

(3)調整運行方式降低軸流風機水汽蒸發量

(4)減少冬季循環水上塔量。

4 創新點

4.1 循環水補水模型。探究優質水源作為循環水系統的輔助補水：循一級反滲透優質產水、軟水產水、弱陽產水。型綜合考慮春夏秋冬不同環境溫度、循環水供水壓力需求變化、工業水水質變化以及循環水水質控制等因素，在試驗的基礎上，制定出了科學的軟水（弱陽產水或者反滲透產水）和工業水合理配比關系，實現最優節水目標。

4.2 循環水關鍵水質參數上限位窄幅度控制，合理使用阻垢劑的前提下，由原來的控制循環水總硬（鈣硬+鎂硬）≤22 mmol/L優化為國標的“鈣硬+M堿度”≤22 mmol/L，再經加硫酸降低循環水堿度，把循環水“Ca2+硬+M堿度”平均值控制在20.5 mmol/L時，相比原來水質總硬（鈣硬+鎂硬）提升至26 mmol/L，有效提升循環水濃縮倍率，減少系統排污。4.3 科學地降低冷卻塔蒸發損失。通過改進冷卻塔M型節能收水器結構、充分利用擋風板對蒸汽的回凝作用、冬季減少循環水上塔量以及優化運行方式降低軸流風機對循環水的蒸發作用等措施減少循環水系統的蒸發和風吹損失。

5 效益

該技術在萊鋼水處理工序中逐步推廣應用，效果顯著。循環水水質得到較好控制，且在工業水水質極端劣化的情況下取得較好的節水效果。保證循環水水質控制良好前提下，提升了循環水系統的抗水源水質劣化的風險能力，為萊鋼生產適應水源水質劣化和節水技術創新提供了科學思路，在經濟、環保、質量、安全生產等方面的取得良好管理績效，實現了設備安全經濟運行效益最大化，取得了較好的經濟效益和環保效益。

循環水“Ca2+硬+M堿度”平均至控制在21.6 mmol/L,循環水 濃縮倍率平均值由2015年的3.00提升到2016年的4.39。循環水補水率實際完成113 t/萬 t，比 2016 年 121 t/萬 t降低 8 t/萬 t。

效益計算：2017年，化水車間外供循環水總量為38680萬t，循環水補水率實際完成113 t/萬t。2015年循環水補水率全年121 t/萬t，技術改進后節水 38680×（121-113）=309440 t，節水 30.944 萬 t，實現效益154.7萬元。