基于多水源补水循环水系统节水减排研究与应用

基于多水源补水循环水系统节水减排研究与应用
发表时间：2019-08-28T11:29:11.750Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：岳双喜王磊韩嘉
[导读] 摘要：某工业园区制药废水实施了深度处理资源化利用工程，经处理后的制药废水实现了在热电厂循环水系统的回用，由于循环水水量占整个热电厂用水量的约90%如果循环水指标控制不合理不仅会引起凝汽器和各种换热器结垢腐蚀，缩短设备的使用寿命并增加成本，而且还会造成大量排水，浪费了宝贵的水资源.该热电厂根据补水水质通过试验优化了循环水的控制标准，达到了既防止热力设备结垢腐蚀又节水减排的目的。

兖矿国宏化工有限责任公司山东邹城 273512
摘要：某工业园区制药废水实施了深度处理资源化利用工程，经处理后的制药废水实现了在热电厂循环水系统的回用，由于循环水水量占整个热电厂用水量的约90%如果循环水指标控制不合理不仅会引起凝汽器和各种换热器结垢腐蚀，缩短设备的使用寿命并增加成本，而且还会造成大量排水，浪费了宝贵的水资源.该热电厂根据补水水质通过试验优化了循环水的控制标准，达到了既防止热力设备结垢腐蚀又节水减排的目的。

关键词：多水源；循环水；节水减排；浓缩倍率
引言
循环水水质控制的水平决定着热电厂水的消耗量，某工业园区热电厂循环水有2种补水水源（深度处理的制药废水、地表水），为了在保证循环水系统安全运行的前提下，最大限度地提高循环水浓缩倍率以实现节约用水、中水再利用，根据２种补水的水量和水质情况进行了相关模拟试验。

通过试验制定了更加合理的循环水控制标准，实际运行中按试验结论控制循环水指标，循环水平均浓缩倍率提高了0.6，最高达到了5.2，实际每年可以节约用水11万m3，凝汽器等主要换热器清洁无结垢腐蚀，满足了热电厂安全经济运行和国家对节水减排的要求。

1机组及循环水系统概况
某工业园区热电厂有2台300ＭＷ燃煤湿冷发电机组为该工业园区粉煤灰综合利用企业提供电力和蒸汽，机组运行时不参与电网的调峰，负荷约为额定出力的80％，循环水以工业园区深度处理的制药废水（以下简称中水）、地表水作为补充水源，每台机组循环水补充水量约为500ｍ３／ｈ，循环水总量约为19800ｍ３／ｈ。

循环水补充水水质见图表１。

图表1 循环水补充水水质分析
2循环水处理方式及运行现状
为了防止循环水结垢腐蚀，循环冷却水采用加硫酸、阻垢缓蚀剂和杀菌剂处理。

硫酸、阻垢缓蚀剂采用连续加药方式，控制凝汽器及其他换热器的结垢与腐蚀，杀菌剂采用冲击式加药方式，交替添加氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂，控制循环水系统微生物危害。

主要换热的凝汽器管材为S30408不锈钢。

从表1水质数据可知地表水和中水的含盐量、碱度、硬度和Ca2＋等数值相差较大，在地表水和中水补水比例不同时，其可以达到的浓缩倍率具有很大差异。

由于中水会降低混合水的总硬度和钙硬度，以氯离子计算出的浓缩倍率较高时，而此时循环水的总硬度或钙硬度可能还不是很高，如果碱度在合理的范围内，总硬度或钙硬度还应有一定的提升空间。

因此，需要确定在一定碱度条件下硬度的合理控制指标，为了实现最大限度提高浓缩倍率进一步挖掘节水减排潜力的目的，通过地表水与中水不同比例下的试验，确定总硬度或钙硬度的极限值，并制定出保证循环水安全运行下可控的循环水指标。

3试验方法与结果
3.1试验试剂及仪器
试剂：地表水、中水、缓释阻垢剂、酚酞、溴甲酚绿－甲基红、ＫＯＨ、钙－羧酸指示剂。

仪器：电子恒温水浴锅；RCC－Ⅱ旋转挂片腐蚀试验仪。

试验装置主要由玻璃缸、搅拌器、加热管、温控仪等组成，如图2所示。

3.2试验流程及方法
由于生产现场所供的中水相对于地表水有更低的电导率、碱度、硬度、氯离子，所以在使用混合水时可以使循环水达到更高的浓缩倍率；但是，中水水量、水质的不稳定会造成循环水水质的不稳定。

为了考察地表水和中水在不同配比下浓缩过程结垢情况，将地表水和中水配成1∶0.2∶1.3∶１以及5∶1的比例。

在一定的温度（白天60℃、夜间40℃）下，加入商品浓度为5ｍｇ／Ｌ的阻垢缓蚀剂，将以上4种水样进行浓缩并观察水垢析出情况。

将水样倒入5L的烧杯中，按照一定比例药剂加入量加入浓度为5mg／L的阻垢缓蚀剂。

水样浓缩至2000mL 后，取1000mL水样转移至1000mL烧杯中继续浓缩，浓缩过程中再补充相应的前阶段浓缩后的水，观察水垢析出情况。

在水样浓缩的过程中取样测定水的碱度和钙离子，将水样浓缩至水垢析出后测定相关的水质指标。

首先，浓缩前期水样碱度。

4种水样由5Ｌ浓缩至约2L后，各水样碱度均低于8mmol/L，水中并没有出现水垢析出现象，因此可以继续浓缩水样直到有水垢析出就可以确定水垢析出时的最大碱度。

图2 试验装置示意
3.3结果与讨论
第一，循环水PH对水垢析出影响。

各水样的PH最大达到9.10，最小为8.95，因此无论两种水的比例如何，其结垢时的PH均应在8.95～9.10，若继续浓缩PH增大时水中就会析出水垢，PH反而随着析出水垢而降低，所以确保水样不析出水垢的PH应低于8.95。

第二，水样混合比例对浓缩倍率、碱度和硬度的影响。

地表水和中水以各种比例混合经过浓缩后，当水样的PH大于8.9后水样就会析出水垢；地表水∶
中水＞3∶1时，水样析出水垢时碱度超过９．０mmol／Ｌ，并且碱度随着地表水的比例增大而增大，最大为9.24mmol／Ｌ；地表水∶中水≤3∶1，水样析出水垢时碱度低于8.91mmol／Ｌ；地表水∶中水＝2∶1时，浓缩倍率最大，约为3.87。

因此随着补水中地表水的比例增大，水质所达到的极限碱度越大，相应其浓缩倍率越小[1]。

第三，碱度对浓缩倍率的影响。

要达到较高的浓缩倍率（4倍以上）需要进行加酸处理，特别是将浓缩倍率控制在5～6倍或以上时，需要关注补水中中水与地表水的比例，如果单独以地表水计，浓缩倍率不得超过4倍，碱度不高于8.0mmol／Ｌ。

当补水中水比例达到33％及以上时，浓缩倍率可以提高到6倍或以上，此时系统碱度应控制在6.0mmol／Ｌ以下，钙硬度控制在700mg／Ｌ以下，总硬度控制在1100mg／Ｌ以下。

第四，硬度对浓缩倍率的影响。

水质总硬度变化规律与钙离子的变化规律基本相同。

即混合水中中水比例越大，可以达到的浓缩倍率越高，但相应的极限碳酸盐硬度（总碱度）在降低。

该试验过程中，循环水最大浓缩倍率达到9.07，最大硬度为1500mg／L（以CａCO３计）。

控制总磷含量为5.74ｍｇ／Ｌ。

试验中钙离子和硬度与碱度之和随着地表水用量的减小而减小，证明中水中有影响结垢的因素存在。

第五，循环水控制标准。

通过试验可以得出循环水控制标准，即以循环水可以达到的指标为控制标准。

结论
简而言之，随着补水中水比例的增加，循环水可以达到的浓缩倍率逐步提高。

以加权氯离子计算的混循环水最高浓缩倍率达到5.6倍，可以将循环水控制指标下限范围延伸，以利于循环水更加安全的控制。

另外，补水中中水比例越大，循环水可以达到的浓缩倍率越高，但相应的极限碳酸盐硬度（总碱度）在降低；现场实际运行时循环水要达到较高的浓缩倍率（４倍以上）需进行加酸处理；当补水中中水比例超过33%，可以将浓缩倍率提高到６倍或以上，此时系统碱度应控制在6.0mmol/L以下，钙硬度控制在700mg／Ｌ以下，总硬度控制在1100mg／Ｌ[2]。

参考文献
[1]吴仁芳，杜祖坤．电厂化学[M].北京：中国电力出版社，2018．
[2]翟培强．火电厂循环冷却塔耗水量影响因素分析[J].电站辅机，2017，４（95）：27－30．。