用軟水替代清水，提高循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)對(duì)水處理成本的影響

(江蘇永鋼集團(tuán)有限公司能源部，江蘇張家港 215600)

前言

2018年11月開始，唐山瑞豐鋼鐵制氧廠循環(huán)水系統(tǒng)由清水補(bǔ)水改為用清水+軟水混合補(bǔ)水，提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)，水耗由2.709 t/m3下降至0.757 t/m3，節(jié)水明顯。試從成本角度分析本單位用軟水替代清水來提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)的可行性。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

目前，公司的循環(huán)水系統(tǒng)基本用清水補(bǔ)水，下面以煤氣發(fā)電一、二期的循環(huán)水系統(tǒng)為例，測(cè)算、分析使用清水補(bǔ)水與使用軟水補(bǔ)水的成本。

1.1 水質(zhì)

水廠外供清水和軟水水質(zhì)情況如表1 所示（數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)周期為2019年1月至3月，取平均數(shù)值）。

表1 清水和軟水水質(zhì)情況

1.2 水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)

煤氣發(fā)電一、二期循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)量Q=12000 t/h，冷卻塔進(jìn)出水溫差Δt=8 ℃，該系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 循環(huán)水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)

1.3 濃縮倍數(shù)計(jì)算

1.3.1 系統(tǒng)蒸發(fā)量

其中：E——系統(tǒng)日蒸發(fā)量；

α——蒸發(fā)冷卻系數(shù)，取全年平均值0.14（%/℃）；

Q——系統(tǒng)循環(huán)量；

Δt——冷卻塔進(jìn)出水溫差。

由上式可以看出，同一個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)在同一時(shí)間的蒸發(fā)量基本不變，與補(bǔ)水水質(zhì)無關(guān)。

1.3.2 濃縮倍數(shù)

N=C循/C補(bǔ)=M/(M-E)=M/B=1+E/B

其中：N——濃縮倍數(shù)；

C循——循環(huán)水系統(tǒng)中離子濃度；

C補(bǔ)——清水補(bǔ)水中離子濃度；

M——補(bǔ)水量；

B——排污量；

E——蒸發(fā)損失量。

由上計(jì)算公式可以看出，濃縮倍數(shù)與補(bǔ)水水質(zhì)相關(guān)，水質(zhì)越好濃縮倍數(shù)越高，而濃縮倍數(shù)越高，排污量及補(bǔ)水量就越少。

1.4 不同補(bǔ)水水質(zhì)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)、補(bǔ)水量及排污量的影響

因CaCO3和Cl-在補(bǔ)充水和循環(huán)水中含量及性能比較穩(wěn)定，且這兩個(gè)指標(biāo)是循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)，所以選用總硬度和Cl-濃度計(jì)算循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)。

根據(jù)公司水處理廠清水、軟水水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)清水和軟水Cl-含量均取50 mg/L，軟水總硬度可忽略不計(jì)，計(jì)算補(bǔ)水水質(zhì)在不同硬度時(shí)的補(bǔ)水量及排污量,見表3。

表3 同條件下不同補(bǔ)水水質(zhì)的補(bǔ)水量及排污量對(duì)比

根據(jù)表3畫濃縮倍數(shù)與補(bǔ)水量的關(guān)系見圖1。

圖1 濃縮倍數(shù)與補(bǔ)水量的關(guān)系圖

由圖1數(shù)據(jù)可以看出，補(bǔ)充水的總硬度越小，濃縮倍數(shù)越大，補(bǔ)水量也就越小，循環(huán)水系統(tǒng)排污量也越小，但是當(dāng)濃縮倍數(shù)＞5之后，節(jié)水量不明顯。

2 水處理成本測(cè)算

根據(jù)永鋼水處理廠水處理成本數(shù)據(jù)，清水成本1.02 元/t，軟水成本2.65 元/t，污水處理費(fèi)1.56 元/t。以1 t 清水作為源水，可以生產(chǎn)0.85 t 軟水（軟水制水率85%），以及產(chǎn)生0.15 t污水。

若清水補(bǔ)水硬度170 mg/L 時(shí)，用部分軟水代替清水補(bǔ)水時(shí)的補(bǔ)水量及水處理費(fèi)用如表4。

表4 同條件下不同補(bǔ)水水質(zhì)成本對(duì)比

循環(huán)水Cl-控制標(biāo)準(zhǔn)是400 mg/L，所以當(dāng)總硬度降到一定值后，系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)應(yīng)以Cl-濃度來計(jì)算，該系統(tǒng)最高濃縮倍數(shù)為8.0。

從表4 數(shù)據(jù)來看，在清水總硬度170 mg/L 時(shí)，雖然用軟水代替清水補(bǔ)水，濃縮倍數(shù)提高，但是綜合水處理成本并沒有下降，隨著軟水使用量的增大而增大。

按表4 方法，計(jì)算不同清水硬度從100～280 mg/L 時(shí)用部分軟水代替清水補(bǔ)水時(shí)的補(bǔ)水量及水處理費(fèi)用，當(dāng)清水硬度小于220 mg/L，直接使用清水補(bǔ)水，水處理成本最低；當(dāng)清水硬度220～260 mg/L 時(shí)，使用軟水部分代替清水補(bǔ)水會(huì)降低水處理成本；當(dāng)清水硬度大于260 mg/L 時(shí)，全部使用軟水補(bǔ)水時(shí)水處理費(fèi)用最低。

3 結(jié)論

用軟水替代清水補(bǔ)水，循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)上升，污水排放量減少，綜合考慮水處理成本，在清水硬度小于220 mg/L時(shí)，沒有必要替換軟水補(bǔ)水。