降低循环水水耗的研究与应用
摘要：本文阐述了莱钢黄前热电厂为降低循环水的水耗，通过分析研究，试验将部分弱阳床系统产水补充到循环水系统，在确保循环水设备安全稳定运行的前提下成功将循环水浓缩倍数由2.5提高至3~5，每年节水减排61.32万m3，降低了循环水的补水率，取得了可观的经济效益和生态效益。
关键词：循环冷却水 补充水 弱阳离子交换器（弱阳床）产水 浓缩倍率
一、 前言
水资源短缺和外排废水的污染问题已成为世界性问题。随着废水排放标准的要求日益严格及用水、排水收费制度的建立，热电厂作为用水、排水大户，从经济运行和保护环境出发，节约用水和减少外排废水显得尤为必要。山东莱钢地处鲁中山区，水资源供应一直非常紧张，水质状况较差，随着近几年企业产能的不断增加，水资源的供需矛盾日益突出，因此，如何解决循环水水耗过大的问题，实现企业的可持续发展，是摆在热电技术人员面前的首要任务。
二、黄前热电厂循环冷却水现状
1、补充水水质分析
补水来自清泥沟水源地，属于地下水，该水水质各项指标较差。
2、该系统循环量、补水量
(1) 循环水系统有800S-32循环泵2台，设计流量Q=5500m3/h，DFSS500-640循环泵6台，设计流量Q=2810m3/h，循环水流量一般在15000～20000 m3/h，
(2) 由于循环水在循环过程中不断蒸发、浓缩、泄漏等，为了防止结垢，需要进行排污和大量补充新水，每年的补充水量很大，导致水耗居高不下：由φ=PBu/( PBu-P1) （循环水温差以平均8℃计算）可得出夏秋补水272~320m3/h。冬春季补水量在237.6~280m3/h，全年补充循环水的新水量为220～250万m3。
三、弱阳床产水补充到循环水的技术分析
1、措施提出
用除盐水作为循环水的补水，虽然技术上是可行的，但成本太大，不可取。而除盐水站弱阳床设计产水量525m3/h，除盐水站设计产水量是360m3/h，现在尚有165m3/h的余量，完全可以把此部分水补充到循环水中来提高循环水的浓缩倍率。
2、由表3可以得出循环水浓缩倍数控制在3－5倍比较合理
从表3可以看出，在1－2倍时，随着浓缩倍率增加，补水量迅速减少，当达到4－5倍以上时，补水量变化平缓。随浓缩倍率的增加，结垢和腐蚀倾向增加，浓缩倍数控制在4倍时，节水效果较佳，因此实际中控制在3~5倍是经济合理的。
3、弱阳床产水补充到循环水可提高循环水浓缩倍数
循环水中最常见的水垢是碳酸钙，碳酸钙水垢的成垢离子是钙及碳酸氢根离子，弱酸性阳离子交换器，运行中处理水中离子时，只能同弱酸盐类（亦即碱度）起离子交换反应，因此其出水已去除了大部分Ca2+和HCO3-离子，补充到循环水可大量减少Ca2+含量，循环水浓缩倍数可成倍提高。因此，弱阳床产水补充到循环水中降低浓缩倍率是可行有效的。
4、弱酸离子交换树脂脱碱原理
弱酸离子交换树脂脱碱软化处理：
弱酸离子交换树脂只能与水中碳酸氢钙、碳酸氢镁起交换反应，使之转化为碳酸。碳酸可在脱碳塔中鼓风脱除或真空脱除。其反应为:
Ca(HCO3)2+2RCOOH
Ca（RCOO）2+2H2CO3
Mg（HCO3）2+2RCOOHMg（RCOO）2+2H2CO3
H2CO3 CO2 + H2O
失效的弱酸型离子交换树脂可用酸再生，由于其酸耗低，可达到用酸量接近理论量的程度。
在离子交换过程中，除去了原水中80%以上的碳酸盐硬度，残余的碳酸盐硬度可低于0.2mmol/L，但是为了防止产品水的pH值过低，常使其残余碳酸盐硬度为0.25～0.3mmol/L。
四、方案实施及效果检验
1、从弱阳床产水管接DN108的管道直接引入循环水冷却池作为部分补水
2、控制措施
(1) 经过弱酸树脂脱碱软化的水pH值为5.5～6。如果能保持在此pH值范围内，产品水中含有一定量的碳酸氢钠与残留的碳酸(CO2)，当补入循环水中使游离二氧化碳进一步散失后，循环水的pH值可为8.0±0.3，是较为理想的。如果原水强酸阴离子含量高、永久硬度高，或者再生及失效终点控制不当，出水pH值可低于5，此时存在游离酸，循环水浓缩后其pH值将低于7。
(2) 弱阳床产水补充到循环水中，浓缩倍率虽然可达8～10倍，但是，在浓缩倍率超过5倍后，提高浓缩倍率的实际节水量增加不多，循环水的腐蚀性增强。通常是根据节水而不加重腐蚀等多方面因素考虑确定浓缩倍率，考虑到实际节水效益与防止设备腐蚀，规定为3~5倍。
(3) 运行过程中密切监督PH的变化，使PH始终维持在8～9.5之间，根据PH的变化调节弱阳床产水的补水量，保持浓缩倍率在最3～5之间，防止由于PH变小而造成的腐蚀。
3、循环水腐蚀结垢情况
措施实施期后，通过“旁路腐蚀污垢测试仪”对系统实际运行情况进行检验，见表4、表5。
腐蚀挂片和污垢监测的数据说明，在浓缩倍数提高至4～4.5时，循环水水质的腐蚀结垢速率仍然符合GB50050-95《工业循环冷却水处理规范》要求，弱阳床产水补充到循环水中可行，能安全稳定运行。
五、经济效益计算
1、经过运行检验，浓缩倍率提高到4左右时，平均减少补水70 m3/h；
年节水=365天*24h*70 m3/h=61.32万m3；
全年降低成本：全年节约用水（61.32万m3）×（5.00元/m3）=306.6万元。
2、增加成本：弱酸离子交换器运行时消耗盐酸，离子交换器出力（万m3）×原水碱度(mmol /l)×酸耗（g/mol）÷盐酸浓度(%)×10-2×盐酸价格(元/t)=90×4.5×40.15÷30%×10-2×490=26.5(万元)。
3、循环水的全年净效益=306.6-26.5=280.1万元。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
