提高蒸發空冷器濃縮倍數試驗研究

鄧 平,鞏 磊,胡長志

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315807）

前言

水資源是關系到國家經濟可持續發展的重要戰略資源。當前,我國水資源的嚴重短缺和水環境的惡化已成為制約經濟發展的重要因素[1]。

鋼鐵行業是用水大戶[2]，為了企業和國家的可持續發展，必須采取相應的節水對策。鋼鐵企業的節水應該從水源、管網、生產工藝、污水處理回用等多方面形成一個系統工程，而首要工作是提高循環水濃縮倍數[3]、降低噸鋼耗水量。目前傳統的水質穩定劑主要為復配液體形式，采用計量泵向系統中連續投加，需人工不間斷維護，工作量大，而且最高濃縮倍數約在3～4倍，需通過排污來控制濃縮倍數，水資源浪費較大。寧波鋼鐵有限公司（以下簡稱寧鋼）工業水重復利用率約97%，循環水濃縮倍數約在2左右。為提高濃縮倍數，節約水資源消耗，選用新型水質穩定劑進行了提高蒸發空冷器濃縮倍數的試驗研究。新型水質穩定劑由河南某水處理公司提供，是集阻垢分散劑、緩蝕劑及殺菌滅藻劑為一體的固體釋放劑，加藥操作簡單，一次放置可釋放4～6個月。

1 試驗方法、目的

為便于統計與檢查效果，選擇蒸發空冷器作為試驗對象。蒸發空冷器是密閉循環冷卻系統常見的冷卻設備，主要依靠噴淋水蒸發帶走熱量，寧鋼高爐軟水密閉冷卻系統配置蒸發空冷器十臺，單臺噴淋水循環量約120 m3/h，濃縮倍數約在3倍，通過調整排污量大小來控制。

通過現場比較，選擇6#蒸發空冷器作為試驗對象，在噴淋水中加入新型固體水質穩定劑，通過定期檢測水質、腐蝕速率、細菌數、結垢情況及比較空冷器換熱效率等以評價藥劑在高濃縮倍數情況下水處理效果，并通過調整選擇合理的濃縮倍數范圍，確定所能達到的節水效果，為其推廣使用提供理論依據。

2 試驗期間水質條件與濃縮倍數

2.1 試驗期間補水條件

寧鋼生產用水由外部工業水、市政污水處理廠再生水及內部再生水根據用水量、水質情況按比例混合而成，試驗期間6#空冷器的補水水質檢測結果見表1所示。

表1 試驗期間6#空冷器補水水質

2.2 濃縮倍數的確定

試驗正式開始前，先通過調整排污量，觀察試驗短管表面結垢情況，以此確定合理的濃縮倍數。

（1）極限濃縮倍數

根據循環水氯根與補充水氯根含量計算，最大濃縮倍數37.92倍，最低濃縮倍數6.60倍，平均濃縮倍數約18.88倍。

（2）調整濃縮倍數

根據循環水氯根與補充水氯根含量計算，最大濃縮倍數15.32倍，最低濃縮倍數2.57倍，平均濃縮倍數約6.58倍。

（3）合理濃縮倍數

根據循環水氯根與補充水氯根含量計算，最大濃縮倍數15.14倍，最低濃縮倍數1.42倍，平均濃縮倍數約6.91倍。

通過不斷調整、摸索，在現有補充水水質條件下，試驗藥劑最佳濃縮倍數確定為6～9倍。

3 試驗效果檢查與評價

3.1 腐蝕速率測試

從試驗期間檢測結果看，碳鋼掛片腐蝕速率超標，黃銅掛片腐蝕速率符合《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050－2007）的要求，連續兩個月兩次掛片檢測結果見表2。

表2 試驗期間6#空冷器噴淋水腐蝕速率檢測結果

3.2 細菌總數測試

從試驗期間每月細菌數測試結果看，均符合《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050－2007）的要求，細菌數測試結果見表3。

表3 試驗期間6#空冷器噴淋水細菌數檢測結果

3.3 銅管表面結垢情況

在6#空冷器換熱銅管上選擇三處作為結垢控制效果評價點，見圖1，觀察試驗期間銅管外壁結垢情況。

圖1 6#空冷器結垢評價點位布局示意圖

（1）1#位：該處布水均勻性差，尤其是靠近邊緣處幾乎沒有噴淋水，試驗前存在較多垢物，隨著試驗的進展，銅管外壁結垢嚴重趨勢不斷加劇。

（2）2#位：該處布水均勻性較好，試驗前仍存在較多垢物，隨著試驗的進展，銅管外壁結垢情況略有增加。

（3）3#位：該處布水均勻性良好，試驗前存在一定垢物，第一、二階段試驗結束時，銅管外壁結垢情況略有減少，但第三階段試驗結束后，垢物有所增加。

從3個點位的結垢變化趨勢看，由于試驗期間濃縮倍數較高，且受布水不均勻影響，銅管外壁結垢情況不斷加劇且垢物較硬。同時，6#空冷器處于料場附近，空氣中粉塵含量較高，高溫季節時3臺風機全部開啟，粉塵吸入量將大幅度上升，增加銅管結垢趨勢。

6#空冷器的垢樣分析數據見表4。從垢樣分析數據看，主要為碳酸鈣垢，占垢樣總量的75.7%，其余為硅酸鹽、氧化鐵及有機物等。

表4 6#空冷器銅管垢樣分析數據

3.4 蒸發空冷器降溫效果

夏季高溫期間，是檢驗蒸發空冷器降溫效果的最佳時機，因此選擇7、8月份溫度記錄作為比較依據，具體數據見表5。

表5 試驗期間空冷器降溫效果比較數據

從溫度統計、比較結果來看，由于銅管外壁結垢對6#空冷器降溫效果有一定影響，平均影響程度約在6.3%。

3.5 節水效益評估

試驗期間，統計、比較進行試驗的蒸發空冷器與未參與試驗空冷器的補水量，6#空冷器采用新型固體水質穩定劑后，濃縮倍數提高3～6倍，試驗9個月期間共計節水約43000 m3。

4 結論

（1）與傳統水質穩定藥劑相比，試驗選用的新型固體水質穩定劑一次性投放，運行過程只需定期補充，無需日常維護，節省投藥設施及大量人力。試驗選用的新型固體水質穩定劑在寧鋼水質條件下濃縮倍數控制在6～9倍，能夠滿足蒸發空冷器噴淋水系統正常運行。采用新型固體水質穩定劑后，不再投加殺菌劑，能夠將細菌數控制在合格范圍內。選用新型固體水質穩定劑后，對系統濃縮倍數進行合理控制，能夠大幅度減少補水消耗及廢水排放，增加企業經濟效益與環境效益。

（2）試驗過程中，設備表面出現的結垢物對換熱效率的影響約在6.3%，最高在8.3%左右，基本未對冷卻設備效率造成較大影響。從試驗數據看，新型固體水質穩定劑對碳鋼腐蝕速率的控制方面顯得效果不足，還需要提高并在使用時加強關注。

（3）采用新型固體水質穩定劑后，蒸發空冷器銅管外部附垢量增加較多，雖從溫度檢測數據看未對設備換熱能力造成明顯影響，但仍對系統設備長期穩定運行構成一定隱患，還需要加強藥劑對附垢的去除、控制能力。

[參 考 文 獻]

[1]李德光.我國跨行政區流域水污染治理的影響因素研究 [D].湖南大學,2016.

[2]王耀杰.城市中水在鋼鐵企業中的應用與分析 [J].冶金動力,2016(s1):149－151.

[3]童遠翔.提高循環水濃縮倍數的具體措施分析[J].工業,2016(8):00189－00189.