降低循環水水耗的研究與應用
摘要：本文闡述了萊鋼黃前熱電廠為降低循環水的水耗，通過分析研究，試驗將部分弱陽床系統產水補充到循環水系統，在確保循環水設備安全穩定運行的前提下成功將循環水濃縮倍數由2.5提高至3~5，每年節水減排61.32萬m3，降低了循環水的補水率，取得了可觀的經濟效益和生態效益。
關鍵詞：循環冷卻水 補充水 弱陽離子交換器（弱陽床）產水 濃縮倍率
一、 前言
水資源短缺和外排廢水的污染問題已成為世界性問題。隨著廢水排放標準的要求日益嚴格及用水、排水收費制度的建立，熱電廠作為用水、排水大戶，從經濟運行和保護環境出發，節約用水和減少外排廢水顯得尤為必要。山東萊鋼地處魯中山區，水資源供應一直非常緊張，水質狀況較差，隨著近幾年企業產能的不斷增加，水資源的供需矛盾日益突出，因此，如何解決循環水水耗過大的問題，實現企業的可持續發展，是擺在熱電技術人員面前的首要任務。
二、黃前熱電廠循環冷卻水現狀
1、補充水水質分析
補水來自清泥溝水源地，屬于地下水，該水水質各項指標較差。
2、該系統循環量、補水量
(1) 循環水系統有800S-32循環泵2臺，設計流量Q=5500m3/h，DFSS500-640循環泵6臺，設計流量Q=2810m3/h，循環水流量一般在15000～20000 m3/h，
(2) 由于循環水在循環過程中不斷蒸發、濃縮、泄漏等，為了防止結垢，需要進行排污和大量補充新水，每年的補充水量很大，導致水耗居高不下：由φ=PBu/( PBu-P1) （循環水溫差以平均8℃計算）可得出夏秋補水272~320m3/h。冬春季補水量在237.6~280m3/h，全年補充循環水的新水量為220～250萬m3。
三、弱陽床產水補充到循環水的技術分析
1、措施提出
用除鹽水作為循環水的補水，雖然技術上是可行的，但成本太大，不可取。而除鹽水站弱陽床設計產水量525m3/h，除鹽水站設計產水量是360m3/h，現在尚有165m3/h的余量，完全可以把此部分水補充到循環水中來提高循環水的濃縮倍率。
2、由表3可以得出循環水濃縮倍數控制在3－5倍比較合理
從表3可以看出，在1－2倍時，隨著濃縮倍率增加，補水量迅速減少，當達到4－5倍以上時，補水量變化平緩。隨濃縮倍率的增加，結垢和腐蝕傾向增加，濃縮倍數控制在4倍時，節水效果較佳，因此實際中控制在3~5倍是經濟合理的。
3、弱陽床產水補充到循環水可提高循環水濃縮倍數
循環水中最常見的水垢是碳酸鈣，碳酸鈣水垢的成垢離子是鈣及碳酸氫根離子，弱酸性陽離子交換器，運行中處理水中離子時，只能同弱酸鹽類（亦即堿度）起離子交換反應，因此其出水已去除了大部分Ca2+和HCO3-離子，補充到循環水可大量減少Ca2+含量，循環水濃縮倍數可成倍提高。因此，弱陽床產水補充到循環水中降低濃縮倍率是可行有效的。
4、弱酸離子交換樹脂脫堿原理
弱酸離子交換樹脂脫堿軟化處理：
弱酸離子交換樹脂只能與水中碳酸氫鈣、碳酸氫鎂起交換反應，使之轉化為碳酸。碳酸可在脫碳塔中鼓風脫除或真空脫除。其反應為:
Ca(HCO3)2+2RCOOH
Ca（RCOO）2+2H2CO3
Mg（HCO3）2+2RCOOHMg（RCOO）2+2H2CO3
H2CO3 CO2 + H2O
失效的弱酸型離子交換樹脂可用酸再生，由于其酸耗低，可達到用酸量接近理論量的程度。
在離子交換過程中，除去了原水中80%以上的碳酸鹽硬度，殘余的碳酸鹽硬度可低于0.2mmol/L，但是為了防止產品水的pH值過低，常使其殘余碳酸鹽硬度為0.25～0.3mmol/L。
四、方案實施及效果檢驗
1、從弱陽床產水管接DN108的管道直接引入循環水冷卻池作為部分補水
2、控制措施
(1) 經過弱酸樹脂脫堿軟化的水pH值為5.5～6。如果能保持在此pH值范圍內，產品水中含有一定量的碳酸氫鈉與殘留的碳酸(CO2)，當補入循環水中使游離二氧化碳進一步散失后，循環水的pH值可為8.0±0.3，是較為理想的。如果原水強酸陰離子含量高、永久硬度高，或者再生及失效終點控制不當，出水pH值可低于5，此時存在游離酸，循環水濃縮后其pH值將低于7。
(2) 弱陽床產水補充到循環水中，濃縮倍率雖然可達8～10倍，但是，在濃縮倍率超過5倍后，提高濃縮倍率的實際節水量增加不多，循環水的腐蝕性增強。通常是根據節水而不加重腐蝕等多方面因素考慮確定濃縮倍率，考慮到實際節水效益與防止設備腐蝕，規定為3~5倍。
(3) 運行過程中密切監督PH的變化，使PH始終維持在8～9.5之間，根據PH的變化調節弱陽床產水的補水量，保持濃縮倍率在最3～5之間，防止由于PH變小而造成的腐蝕。
3、循環水腐蝕結垢情況
措施實施期后，通過“旁路腐蝕污垢測試儀”對系統實際運行情況進行檢驗，見表4、表5。
腐蝕掛片和污垢監測的數據說明，在濃縮倍數提高至4～4.5時，循環水水質的腐蝕結垢速率仍然符合GB50050-95《工業循環冷卻水處理規范》要求，弱陽床產水補充到循環水中可行，能安全穩定運行。
五、經濟效益計算
1、經過運行檢驗，濃縮倍率提高到4左右時，平均減少補水70 m3/h；
年節水=365天*24h*70 m3/h=61.32萬m3；
全年降低成本：全年節約用水（61.32萬m3）×（5.00元/m3）=306.6萬元。
2、增加成本：弱酸離子交換器運行時消耗鹽酸，離子交換器出力（萬m3）×原水堿度(mmol /l)×酸耗（g/mol）÷鹽酸濃度(%)×10-2×鹽酸價格(元/t)=90×4.5×40.15÷30%×10-2×490=26.5(萬元)。
3、循環水的全年凈效益=306.6-26.5=280.1萬元。
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