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化工廠循環(huán)水冷卻水處理方案

在化工企業(yè)中，循環(huán)冷卻水是一項(xiàng)常見(jiàn)且很重要的共用工程體系，其具有體系雜亂、用戶多、水量大等特色。相應(yīng)的循環(huán)冷卻水體系的能耗也十分高，其用水量約占企業(yè)總用水量的85%~92%，用電負(fù)荷約占企業(yè)總用電量的20%~30%。故對(duì)化工企業(yè)中循環(huán)水體系進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，其作用對(duì)企業(yè)的節(jié)能影響甚大。本文就從循環(huán)冷卻水的體系選用、設(shè)備裝備或選用、水質(zhì)處理藥劑或技能選用等方面的節(jié)能技能展開(kāi)討論，可作為實(shí)踐工程的借鑒和參閱。  Y3 b% ?4 I5 F4 G
1 循環(huán)冷卻水體系選用; R0 M7 m9 J+ N2 R

      一般狀況下，工業(yè)循環(huán)冷卻水體系分為兩大類：敞開(kāi)式和密閉式體系。

      敞開(kāi)式體系是指循環(huán)冷卻水與空氣直觸摸摸冷卻的循環(huán)冷卻水體系，循環(huán)回水在開(kāi)式冷卻塔內(nèi)與空氣直觸摸摸來(lái)進(jìn)行換熱，下降溫度。開(kāi)式冷卻塔的降溫首要由水的蒸騰冷卻完成，故體系的水量丟失較大，又因?yàn)榕c空氣直觸摸摸，導(dǎo)致體系水質(zhì)較差，排污量增大，相應(yīng)的補(bǔ)水量也較大。但相較于閉式體系，在相同的處理才能下，其電耗較小，冷卻塔的總占地面積也遠(yuǎn)小于閉式體系。

       密閉式體系是指循環(huán)冷卻水不與大氣直觸摸摸冷卻的循環(huán)冷卻水體系，循環(huán)回水在閉式冷卻塔的換熱管制內(nèi)與空氣、噴淋水間觸摸摸換熱，下降溫度。閉式冷卻的降溫首要由水的傳熱冷卻完成，故體系的水量丟失較小，又因?yàn)槠溲h(huán)水介質(zhì)一般為軟水(或純水)，且不與空氣觸摸，體系水質(zhì)較好，基本不排污,故體系的補(bǔ)水量很小。因閉式體系要求的風(fēng)量更大，且又裝備了噴淋泵，故與開(kāi)式比較電耗較大。因?yàn)閾Q熱作用的制約，閉式冷卻塔一般單塔最大的處理才能約300m3/h，如果處理才能較大,就需求并聯(lián)多臺(tái)閉式塔，設(shè)備的占地面積也會(huì)相應(yīng)增加。閉式體系內(nèi)的循環(huán)水介質(zhì)為軟水，還需裝備軟水制備體系為閉式循環(huán)水體系補(bǔ)水。

        綜合來(lái)說(shuō)，敞開(kāi)式體系的總能耗較閉式體系低，相對(duì)更節(jié)能。但如果工藝設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求較高，或受項(xiàng)目建造地條件的影響(如水資源較缺少或空氣中揚(yáng)塵沙土較多)，選用密閉式體系就比較合理。
2 設(shè)備選用或裝備

      一般循環(huán)冷卻水體系首要包含如下設(shè)備：冷卻塔、循環(huán)水泵，開(kāi)式體系還可能有旁濾設(shè)備、加藥設(shè)備。依據(jù)項(xiàng)意圖運(yùn)轉(zhuǎn)工況，選用適宜的設(shè)備，可以到達(dá)節(jié)能的作用。
2.1 冷卻塔2 ]2 C- [7 Q5 J: q- Z& o. n

（1）水動(dòng)風(fēng)機(jī)(水輪機(jī))冷卻塔

      為了到達(dá)要求的換熱作用，一般工業(yè)冷卻塔都為電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械通風(fēng)式，經(jīng)過(guò)裝置在塔頂?shù)碾姍C(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，在塔內(nèi)強(qiáng)制使空氣活動(dòng)完成換熱。跟著節(jié)能環(huán)保的認(rèn)識(shí)逐步深化，水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔近年來(lái)開(kāi)端得到推廣，并在一些項(xiàng)目中實(shí)踐運(yùn)用。

       水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的核心技能是以水輪機(jī)代替電機(jī)( 包含傳動(dòng)軸、減速機(jī))作為風(fēng)機(jī)動(dòng)力源，使冷卻塔的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)辦法由電力改為水力，水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連而帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，用水力來(lái)推進(jìn)冷卻塔風(fēng)葉，到達(dá)通風(fēng)換熱意圖。現(xiàn)在，應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水體系的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的水輪機(jī)滾動(dòng)的原動(dòng)力來(lái)源于循環(huán)冷卻水體系的余壓(循環(huán)水泵的充裕揚(yáng)程)，充分使用了體系本身的殷實(shí)能量，削減電耗到達(dá)節(jié)能的意圖。

       水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔若要正常運(yùn)轉(zhuǎn)，上冷卻塔處的循環(huán)回水必須有足夠的壓力水頭用于推進(jìn)水輪機(jī)，一般為0.1~0.3MPa。在規(guī)劃過(guò)程中，為了滿足工藝換熱設(shè)備的要求換熱作用，循環(huán)給水壓力會(huì)規(guī)劃的偏大; 另外在管網(wǎng)水頭丟失核算時(shí)也較保守。這將會(huì)使體系實(shí)踐工況點(diǎn)的壓力低于額外壓力，導(dǎo)致整個(gè)循環(huán)水體系長(zhǎng)期處于超流量、低壓力的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。此刻選用水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔不只可以節(jié)省傳統(tǒng)冷卻塔電機(jī)的電能，一起關(guān)于管網(wǎng)體系還有必定的壓力調(diào)理作用。另外在某些工業(yè)項(xiàng)目中，可能會(huì)有易燃易爆的工藝介質(zhì)進(jìn)入循環(huán)冷卻水體系，對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)有防爆要求時(shí)，那選用水動(dòng)風(fēng)機(jī)代替防爆電機(jī)相對(duì)更合理經(jīng)濟(jì)。

      可是筆者以為在一般的新建工業(yè)項(xiàng)目中不宜立即選用水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，新建項(xiàng)目中體系的能量殷實(shí)無(wú)法精確核算也不能經(jīng)過(guò)安穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)來(lái)判斷。如果在開(kāi)端的規(guī)劃中就考慮水輪機(jī)的壓力要求，又將會(huì)使這部分動(dòng)能要求轉(zhuǎn)嫁到循環(huán)水泵上，增大水泵的揚(yáng)程也就是增加了循環(huán)水泵的功率。

（2）噴霧冷卻塔

        現(xiàn)在已在實(shí)踐項(xiàng)目中運(yùn)用的噴霧冷卻塔首要為兩大類，一類為高效噴霧通風(fēng)冷卻塔，另一類為H JP型噴霧冷卻塔。高效噴霧通風(fēng)冷卻塔的核心部件是噴霧推進(jìn)霧化器，其使用循環(huán)回水的余能，經(jīng)過(guò)渦流室與收擴(kuò)型特別噴嘴開(kāi)釋能量，構(gòu)成細(xì)小水粒、霧粒、水泡。噴頭在水平方向存在傾角，霧流脫離噴嘴在塔體內(nèi)上升的過(guò)程中，與空氣之間有很大的作用面積，因而發(fā)生了反推進(jìn)力，使噴頭快速反方向運(yùn)動(dòng)。因而噴嘴流發(fā)生一個(gè)水平方向的相反的力，推進(jìn)旋轉(zhuǎn)組織及輕質(zhì)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，發(fā)生風(fēng)力，構(gòu)成空氣在塔內(nèi)的對(duì)流，在到達(dá)下降循環(huán)水溫度的一起完成節(jié)電方針。當(dāng)循環(huán)回水的水壓在0.12~ 0.16MPa時(shí)，特別噴嘴的流速可以到達(dá)18m/s左右，風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速可以到達(dá)28m/s。

       依據(jù)實(shí)踐項(xiàng)目運(yùn)用標(biāo)明，高效噴霧通風(fēng)冷卻塔的冷卻作用與一般冷卻塔作用恰當(dāng)，可是節(jié)省了風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電耗，僅增加部分設(shè)備改造的一次性出資。

       HJP型噴霧冷卻塔的冷卻原理是使用從噴頭噴出的高速旋轉(zhuǎn)水流，在噴孔外的汽化室里構(gòu)成真空，迫使一部分水汽化，并從其他的水中取得熱量補(bǔ)償其汽化潛熱，即它是使用相變的原理將高溫水進(jìn)行大幅度的降溫。一起，當(dāng)水噴到噴霧塔內(nèi)的空間時(shí)，又與空氣進(jìn)行熱交流構(gòu)成第2次小幅度的降溫，該設(shè)備的降溫差由上述兩部分的降溫差組成。經(jīng)過(guò)噴孔汽化室汽化的水占總水量的份額，首要取決于噴頭結(jié)構(gòu)的特別規(guī)劃與進(jìn)入噴頭前水的溫度。

       因?yàn)镠JP型噴霧冷卻塔選用蒸騰為主的冷卻辦法，冷卻作用好，還可以經(jīng)過(guò)操控進(jìn)入汽化室汽化水的份額，處理進(jìn)水溫度較高的循環(huán)水。H JP型噴霧冷卻塔不但能確保降溫作用，并且因設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)填料、無(wú)風(fēng)機(jī)、無(wú)任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)件，而節(jié)省了替換填料、定時(shí)保養(yǎng)風(fēng)機(jī)的費(fèi)用和作業(yè)量。在節(jié)水上亦因無(wú)風(fēng)機(jī)的拔風(fēng)作用而削減了水量的丟失，且瀟灑的霧汽不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境發(fā)生水淋現(xiàn)象。但因?yàn)槠湟淮纬鲑Y費(fèi)用過(guò)高，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)的工業(yè)循環(huán)水體系中運(yùn)用還不多。

（3）冷卻塔風(fēng)機(jī)的變頻

       一般工業(yè)冷卻塔的處理才能是依照工藝最大才能及夏天最大熱負(fù)荷的條件下選定的，可是在實(shí)踐設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，因?yàn)榧竟?jié)、溫度、作業(yè)負(fù)載等諸多因素都將改動(dòng)，違背規(guī)劃的最晦氣狀況，使設(shè)備常常處于較低負(fù)荷的狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成不必要的電耗。

      溝通變頻調(diào)速技能是近幾年電氣傳動(dòng)范疇鼓起的一項(xiàng)新技能，該設(shè)備經(jīng)過(guò)改動(dòng)電源頻率來(lái)改動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速。在典型的冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻操控體系中，選用內(nèi)置PID功用的變頻器，以冷卻塔出水溫度為操控目標(biāo)組成閉環(huán)操控。在循環(huán)冷卻給水管道上裝置一個(gè)溫度傳感器，將冷卻給水溫度信號(hào)傳給變頻器，經(jīng)變頻器本身的PID操控器后，給出恰當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率給冷卻塔電機(jī)，調(diào)理風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率或是調(diào)理風(fēng)機(jī)敞開(kāi)的臺(tái)數(shù)(多臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況下)。這樣構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)反饋體系，當(dāng)冷卻給水溫度下降時(shí)，減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或削減風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量，然后到達(dá)節(jié)能降耗的意圖。
2.2 循環(huán)水泵的變頻調(diào)速5 ~% |5 z! y! {( B

       現(xiàn)在許多工業(yè)項(xiàng)意圖循環(huán)水體系經(jīng)過(guò)節(jié)省辦法來(lái)改動(dòng)循環(huán)水泵的壓頭和流量，這種辦法盡管簡(jiǎn)略易行，但在調(diào)理過(guò)程中因?yàn)槿藶榈卦黾恿俗枇Γl(fā)生了很多的能量丟失，并且實(shí)踐負(fù)荷遠(yuǎn)離額外工況時(shí)，水泵常常違背高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

       關(guān)于循環(huán)冷卻水用水量改動(dòng)較大的體系，若選用變頻調(diào)速技能，改動(dòng)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)理水泵流量，既可以防止采納節(jié)省辦法的才能丟失，又可以確保水泵一直在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，因而可以大幅度的節(jié)省電能。

       當(dāng)循環(huán)冷卻水流量改動(dòng)時(shí)，直接的會(huì)引起管網(wǎng)壓力的改動(dòng)。依據(jù)此特色，選用內(nèi)置PID功用的變頻器，以冷卻水壓力為操控目標(biāo)組成閉環(huán)操控。在循環(huán)冷卻給水管道上裝置一個(gè)壓力傳感器，依據(jù)管網(wǎng)的壓力信號(hào)經(jīng)變頻器本身的PID操控器后，給出恰當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率給循環(huán)水泵電機(jī)，調(diào)理電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率或是調(diào)理循環(huán)水泵敞開(kāi)的臺(tái)數(shù)(多臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況下)。這樣構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)反饋體系，保持冷卻給水的壓力，并使設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)得以改進(jìn)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，又下降了電耗。
3 水質(zhì)處理藥劑或技能選用
3.1 進(jìn)步濃縮倍數(shù)

       循環(huán)水體系的補(bǔ)水量等于體系中各種蒸騰、風(fēng)吹、滲漏和排污丟失之和，進(jìn)步體系運(yùn)轉(zhuǎn)的濃縮倍數(shù)可以削減排污量，即削減體系的補(bǔ)水量，到達(dá)節(jié)水的意圖。可是過(guò)高的進(jìn)步濃縮倍數(shù)，會(huì)使循環(huán)冷卻水的硬度、堿度、氯離子等的濃度過(guò)高，使水的結(jié)垢傾向、腐蝕性大大增加，就需求相應(yīng)的進(jìn)步循環(huán)水的水質(zhì)安穩(wěn)處理作用。

      這就需求有用的水質(zhì)處理辦法，在考慮環(huán)保的一起，選用高效的水處理藥劑來(lái)進(jìn)步濃縮倍數(shù)。以下幾種水質(zhì)安穩(wěn)處理藥劑已經(jīng)在一些工業(yè)項(xiàng)目中的循環(huán)水體系應(yīng)用，并且取得了明顯的效益。

      硫酸-阻垢劑處理：是指在水體中先參加硫酸使彌補(bǔ)水堿度降到必定程度后再參加阻垢劑如聚磷酸鹽、有機(jī)阻垢劑等。然后到達(dá)阻垢和確保循環(huán)水安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的意圖。該法占地小、技能簡(jiǎn)略。可是需注意SO2-4濃度過(guò)高會(huì)腐蝕混凝土，一起用有機(jī)磷處理循環(huán)冷卻水必然加強(qiáng)水生物的繁衍，加劇腐蝕程度，所以藥劑處理要一起考慮阻垢、緩蝕及滅菌等多方面的作用，一般可以考慮選用復(fù)合型阻垢劑。

      弱酸樹(shù)脂交流處理：可下降水中的碳酸鹽硬度及相應(yīng)的堿度，再投加緩蝕劑可防止循環(huán)水體系的腐蝕，既可進(jìn)步循環(huán)水濃縮倍率，又不會(huì)增加水中硫酸根離子。該法適用于處理碳酸鹽硬度份額高的水，長(zhǎng)處是體系簡(jiǎn)略、運(yùn)轉(zhuǎn)條件好、交流容量大、易再生、酸耗較低，從根本上處理了斷垢問(wèn)題。缺陷是運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、占地面積大、廢水排放量大。

       石灰軟化-加酸：彌補(bǔ)水在預(yù)處理時(shí)就投加恰當(dāng)?shù)氖遥羲械腃a2+、Mg2+，原水鈣含量高而補(bǔ)水量又較大的循環(huán)冷卻水體系常選用這種辦法。經(jīng)石灰處理的水，盡管碳酸鹽堿度可以下降，但卻有可能呈現(xiàn)CaCO3 沉積，為消除這種不安穩(wěn)性,可增加少數(shù)H2SO4。此法長(zhǎng)處是處理才能大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低。缺陷是出資大、對(duì)石灰粉純度要求高、對(duì)環(huán)境影響大。

       反滲透脫鹽處理技能：選用反滲透對(duì)循環(huán)冷卻水進(jìn)行軟化、除鹽處理。其脫鹽率常在98%左右，一般95%。該處理法操作便利，易于完成自動(dòng)化，并且脫鹽作用好，有利于進(jìn)步循環(huán)水水質(zhì)。缺陷是出資大、膜污染嚴(yán)峻、清洗頻頻。

       臭氧水處理技能：臭氧作為水處理劑，滅菌才能強(qiáng)、排污量少，既能節(jié)水節(jié)能，又不必調(diào)理水的pH，無(wú)二次污染，對(duì)循環(huán)水的緩蝕、阻垢、滅菌等均有杰出的作用。
3.2 管道減阻節(jié)能劑2 V3 A' f8 W# w; N0 Q0 j) a

       減阻節(jié)能劑是用于下降流體活動(dòng)阻力完成節(jié)能的化學(xué)增加劑。近年來(lái)國(guó)際環(huán)保節(jié)能組織啟動(dòng)了減阻節(jié)能專項(xiàng)研討項(xiàng)目，丹麥、荷蘭、加拿大、美國(guó)、日本和新加坡等國(guó)家對(duì)表面活性減阻技能進(jìn)行了很多的研討作業(yè)，取得了很大成效，管道摩擦阻力最高可削減70%以上，某些減阻節(jié)能劑種類已進(jìn)入實(shí)用階段。國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了管道減阻節(jié)能的基礎(chǔ)研討，并進(jìn)行了減阻節(jié)能劑的應(yīng)用研討。

       現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)了陽(yáng)離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑為主劑的三類減阻節(jié)能劑配方。減阻節(jié)能劑應(yīng)用于循環(huán)水體系中，不只可以下降管網(wǎng)出資造價(jià)，并且能下降循環(huán)水泵日常運(yùn)轉(zhuǎn)的電耗。在循環(huán)水體系中參加管道減阻節(jié)能劑是簡(jiǎn)便易行的節(jié)能辦法，現(xiàn)有循環(huán)水體系改造無(wú)需新增大筆設(shè)備出資，具有廣