提高循環冷卻水濃縮倍數技術研究

程 峰，何華仁

（酒鋼集團宏興股份公司，甘肅嘉峪關 735100）

引言

酒鋼生產用循環冷卻水新水補水引自討賴河水，以地表徑流補水為主，少部分采用地下水作為補水，水中硬度 220～260 mg/L，堿度 120～160 mg/L、懸浮物7～8 mg/L,具有典型的高堿度、高硬度、高懸浮物的水質特點，在生產過程中，循環冷卻水在高濃縮倍率條件運行具有較大的結垢、腐蝕及藻類微生物繁殖危害。為保證生產穩定順行，避免由于水系統結垢、腐蝕對設備造成損害從而影響設備的使用壽命，酒鋼在生產運行過程中，各個循環水系統在低濃縮倍數條件下運行，為防止系統結垢，大部分循環水運行指標總硬度控制小于450 mg/L，部分系統由于生產工藝設計的要求，硬度控制在320～360 mg/L以下，循環水系統濃縮倍數平均在1.5左右，部分系統濃縮倍數在2.0以上，最高達到2.5。若研究采用新型水處理技術，酒鋼循環冷卻水系統濃縮倍數尚有較大提升空間。提高循環水的濃縮倍數可以降低新水補充量、還可以減少廢水的排放量，同時還可以節約水處理藥劑的消耗量，降低冷卻水處理成本。因此，提高循環水濃縮倍數勢在必行。筆者通過分析比較提高循環水濃縮倍數的工藝途徑，選擇投資少、運行成本相對較低的投加硫酸控制pH，減低堿度的工藝技術方案，在7#高爐噴淋冷卻水系統和不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統進行提高濃縮倍數試驗，系統濃縮倍數從不到2.0提高到至4.0以上、在滿足系統安全運行的條件下，達到節約系統補充新水的目的。

1 提高濃縮倍數技術方案選擇

1.1 加硫酸控制堿度工藝技術

目前提高循環冷卻水濃縮倍數的方法大體有三種;一種是通過加酸控制pH和堿度的技術。加酸就是向循環水中投加濃H2SO4來調節循環水的pH，以降低循環水的堿度，加酸處理是把循環水中碳酸鹽硬度轉化非碳酸鹽硬度，反應式：

由于 CaSO4的溶解度大，難以產生結垢，加酸對循環水水質的處理也是提高循環水濃倍數重要方法之一，在阻垢劑的量及性能有限情況下適當補加濃H2SO4，可使水的濃倍數在較高條件下運行，且系統相對安全。此技術在電力企業和石化企業應用較多，部分鋼鐵企業也有應用。冷卻水系統通過投加硫酸降低堿度，控制鈣硬+堿度≤1100 mg/L，再投加高效緩蝕阻垢劑控制系統結垢腐蝕。此工藝技術優點是濃縮倍數提高幅度大、投資少、運行成本低，；缺點是硫酸屬于危化品，現場安全管理難度大；加酸量控制不好出現循環水pH過低易造成系統酸性腐蝕。

1.2 循環水補水預處理技術

此項技術的關鍵是對部分補充水（可選擇污水廠的中水）利用雙膜法進行脫鹽處理，降低循環水補水的水質指標，從而降低循環水運行中的硬度、堿度、氯離子、電導率及含鹽量等指標，從而防止循環水系統在高濃縮倍數運行條件下產生結垢腐蝕及鹽類的結晶析出。此項技術的優點是節水量突出，可選用中水進行深度處理、減少外排水；循環水系統由于水質指標控制較好，高濃縮倍數條件下產生的結垢腐蝕等危害小。缺點是投資大，雙膜法每產生1 m3脫鹽水投資大約為5～6萬元；運行成本高，雙膜法消耗大量電能和更換膜的費用；產生的濃鹽水處理難度大。

1.3 高效阻垢工藝技術

目前國內阻垢緩蝕劑配方開發已經達到相當高的水平，一些共聚物、多聚物及其衍生物的復合藥劑配方具有很好的阻垢緩蝕性能，在控制循環水鈣硬+堿度≤1100 mg/L的條件下完全可以控制系統產生的結垢腐蝕。此工藝技術的優點是投入少、運行成本低；缺點是濃縮倍數提高幅度小、補充水總硬度≥250 mg/L時濃縮倍數只能提高到3.0～3.2，超出時系統產生的結垢、腐蝕及鹽類的結晶析出難以控制。

比較以上工藝技術方案，選擇加硫酸控制堿度的工藝技術在7#高爐噴淋冷卻水系統和不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統進行提高濃縮倍數工業試驗，取得了滿意的效果。

2 工業試驗方案

2.1 工藝運行參數（見表1）

2.2 運行水處理方案（見表2）

表1 試驗水系統的工藝參數

表2 運行水處理方案

2.3 水質管理目標值及分析頻率（見表3）

表3 水質管理目標值及分析頻率

2.4 水處理效果目標值

按照GB50050-2007“循環冷卻水設計規范”的有關要求：

a.腐蝕速率：

碳鋼≤0.075 mm/a、不銹鋼≤0.005 mm/a、銅≤0.005 mm/a;

b.結垢速率：≤15.0 mcm;

c.系統無菌藻。

3 試驗結果與討論

3.1 7#高爐噴淋冷卻水和不銹鋼煉鋼二期冷媒水試驗期間嚴格按實驗方案控制水質指標和運行參數，系統安裝旁路掛片監測裝置，對試驗期間系統結垢腐蝕情況進行監測分析，試驗結果（見表4）。

3.2 本次試驗7#高爐噴淋水和不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統試驗時間為期一個月。系統投加的阻垢緩蝕劑和殺菌劑都不含Cl-，因此濃縮倍數的計算以Cl-為準，7#高爐噴淋水系統試驗期間濃縮倍數為4.72、不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統試驗期間濃縮倍數為3.97，達到了試驗目標值濃縮倍數≥3.0的目標。

表4 試驗水質、掛片監測及濃縮倍數計算結果

3.3 提高濃縮倍數后節水量的計算，7#高爐噴淋水系統原新水補水量為25 m3/h，提高濃縮倍數后補水量為17 m3/h，小時節約補充新水8 m3/h，節水率達到32%。不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統原補充新水量為40 m3/h，提高濃縮倍數后系統補充新水量為30 m3/h，小時節約補充新水10 m3/h，節水率到25%。同時減少相應數量的排污水量。

3.4 采用加酸控制pH值和堿度運行的系統盡可能具備自動加酸和水質在線監測裝置，以保證系統pH值的穩定，避免加酸量過高或過低造成系統腐蝕與結垢。

3.5 循環冷卻水系統在高濃縮倍數下運行，水質穩定劑的選擇非常重要。提高濃縮倍數會增加藥劑在水中的停留時間，這就要求水質穩定劑穩定定性要好，同時具有較好的阻垢和緩蝕性能。

4 結論

高硬度、高堿度的工業循環冷卻水系統中，采用pH值自然平衡的水質穩定處理方案，循環水系統只能在低濃縮倍數下運行，才能保證系統的腐蝕和污垢沉積達到國家標準的要求；采用加酸調節 pH值控制堿度的處理方案，能有效提高系統的濃縮倍數，完全能保證系統的腐蝕和污垢沉積達到國家標準的要求；采用加酸調節pH值控制堿度的運行方式提高了循環水濃縮倍數，節約了新水消耗，減少了污水排放，產生了很好的經濟效益和環境效益。