浅谈循环冷却水的处理技术

2022-12-31焦雷

大科技 2022年47期

焦雷

（中煤能源新疆煤电化有限公司，新疆昌吉 831799）

0 引言

大多数化工设备中都需要用到循环冷却水系统，以更好地保证设备的顺畅运行。在全球极端天气加剧、气候日趋恶化的情况下，循环冷却水系统的节能优化措施在近年也受到了越来越多的重视。在此过程中，循环冷却水系统的补水也成为企业用水中占比较大的一环。本文中，笔者将对循环冷却水系统的运行进行分析，并对优化循环冷却水系统的策略进行探究。

1 循环冷却水中易存在的问题

（1）漂浮物。一些企业采用海水作为冷却水，海水里漂着很多杂物，取水口极有可能聚集着大量的树枝、塑料瓶、塑料布、藻类等。有的发电厂由于没有安装清洁装置，栅栏容易被淤泥堵塞，不得已只能把栅栏取出来人工清洁，使得相关岗位工作量大，且工作环境脏乱[1]。另外一些发电厂进水区域藻类和漂浮物较多，仅靠闸门阻隔和排污无法满足要求，需要在进水河道前端设置浮栅和防污网。有的电站紧邻山地，进水区域聚集了大量树枝，严重影响进水头，这种情况可设置斜状的浮栅，将树枝截断集中在浮栅的一端，这便于集中清理，且效果良好。

（2）淤塞问题。淤塞也是水冷却循环系统不可忽视的问题。许多发电厂的实际运行状况表明，淤泥存在于取水口、二次过滤器、冷凝器管等部件中，且其附着性强，不易清理。例如某发电厂的取水闸门被淤泥堵塞，与取水通道的距离较长有关。为了防止和减轻淤塞，必须在设计阶段就考虑解决。对各发电站进行调查的结果表明，在取水路和旋转过滤器底部设置一定高度的止泥框架是有效的[2]。

（3）资源浪费。一些系统的循环水主要使用软水和纯水，不与空气直接接触，因此不需要排放污染水，也不需要补给水。然而，该系统对喷淋系统和风量要求较高，因此需要较大的能耗。此外，由于受水的导热性的影响，密闭式冷却系统的处理效率较低，在循环式冷却水处理需求强烈的情况下，一些企业建设多座密闭式冷却塔作为补充，但这又需要较大的用地面积[3]。

2 循环冷却水系统的优化策略

2.1 提高适当的浓缩倍数

根据相关系统工程理论，化工企业的最后阶段是水的回收处理，这是为了使废水影响最小化。为了尽量减少循环冷却水系统的污染，在药剂有效循环的过程中，企业通过强化自动监测和自动加药的系统，可以在一定程度上提高循环水的浓缩倍数，减少水的补充。根据我国各企业的发展现状，由于各企业用的水原水质、加工工艺不同，企业需要采取的方式也不同[4]。提高工业循环冷却水的浓缩倍数，不仅可以有效减少水源的补充，还可以有效节约大量水质安定剂的消耗。但是，目前我国很多企业的循环冷却水仍维持在2～3 个浓缩倍数，这就需要企业的循环冷却水系统补充大量的水。如果中国化工企业将循环式冷却水浓缩倍数提高到原来的5～10 倍，每年可至少节约水资源2380 万m3，减少废水2380 万m3，减少废气排放714t。

2.2 加强污水回收利用，增加企业水源

当前很多城市对水源污染都会进行严厉的惩罚，这不仅显示出人们开始关心水质状况，而且对优质的饮用水资源有了更高的需求。在有关饮用水资源的投诉中，饮用水中氯气等气味的排放占全部投诉的90%以上。这也显示一部分地区达不到城市居民对饮用水的标准要求。工业生产中，一旦出现突出的水污染事件，相关企业不仅缺乏必要的污水处理能力，而且不能有效处理各类二次水污染问题。另一方面，现在一些城市设计中应用了很多新工艺，有些新工艺的不成熟，在其使用过程中又带来新的问题，如微生物流失以及臭酸盐等问题，这些问题的存在，给管网设计设计带来了更大的挑战。大部分企业将总用水量的70%左右用于企业的循环冷却水系统。但是，循环冷却水系统的水源补充往往比较单一，例如仅依赖地下水、湖水、海水淡化水和水库水等。这种相对单一的补水模式对企业具有较强的依赖性，如果企业循环冷却水系统出现水的问题，将会严重影响系统的正常运转，给企业造成较严重的经济损失正在接受。因此，企业应加强冷却水系统的水源供应渠道，近年来，许多企业开始重视水资源保护措施，通过采取节水减排的方法，提高水资源的保护和利用效率。大量的研究也证明，企业在生产活动过程中自行产生的废水、污水在日常生活中通过预处理后，可以补充有效的作为冷却系统的水，企业可以根据污水处理情况，适当配合止溶剂、油分的使用效率可估算有效保证水质稳定[5]。同时也应加强雨水收集和处理工作，以更好地实现绿色节能工程。因此，在生产过程中，要进一步完善雨水收集工作，可以更好地发挥雨水收集的作用和价值，实现节约能源的目标。为了能够达到良好的节水效果，设计人员首先应从理念和管理上改变。首先，要贯彻节能节水理念，从设计到生产，都要注意是否节水。管理部门也要监督好设计方案、生产过程，确认其符合节约用水、节约用水的理念。在具体的雨水和净化收集过程中，必须明确径流雨水水质、水量和处理标准等。很多设计人员过去没有想要再利用废水的想法，能源的浪费逐年加剧，因此，必须扭转相关设计人员的思想，使其重视水资源的利用。另外大量的化工生产会产生大量的废水，如何让废水发挥作用，已经成为当今社会的重要课题。事实上化工生产排出的废水经过处理后可以变成可重复使用的水，这类水可以用于绿化、灌溉农田，也可以用于工厂、建设工地等。这相当于能源的循环利用，达到了节约用水的效果。

2.3 加强先进水处理设备技术的应用

为了提高水处理药剂的投入效果，实现循环水处理的高效稳定，大部分企业都使用循环水系统自动加药设备。但是，目前我国大部分企业使用的自动加药设备，其功能仅仅是对循环水系统进行加药，并没有对整个循环水系统进行实时监控。因此企业可考虑设计符合实际的估算系统加药监控系统，对整个水原投入药剂补充和监控污水排放，通过有效监控水中循环指标数值，远程实时控制循环冷却水系统。

2.4 循环冷却水的蒸发飞溅

循环冷却水系统的水塔在实际工作过程中，主要依靠水的循环和冷气的热交换过程中产生的蒸发热向空气中传递，但这个热量蒸发过程中蒸发的水量无法准确计算。在目前我国的发展现状下，对于冷水塔的蒸发飞散，也可采取相应的节水措施。首先，可采用防结冰降雾型节水冷塔，该方法可通过塔上或塔底有效预算冷却器空气对循环冷却水的预算，这样做的目的是降低换热负荷，估算换热过程也可以减少形成过多的水量蒸发，但该技术在我国南方地区并不适合，在经济效益方面没有突出优势。另一种方法是可以采用冷水塔的蒸发水蒸气来回收，这种技术主要是通过安装蒸汽回收装置来回收水塔顶端的蒸汽。但是，这种方法在实际应用中或多或少会影响水塔的冷却效果。

2.5 循环水热交换网络集成器的节水优化

在工化企业环节，重复用水利用率高的企业，冷水的循环使用量也大，但在实际工作中，循环冷却水成本低，节水效果也小。因此循环冷却水热交换网络综合优化系统在实际操作中需要提高效率。未来煤化企业应加强循环水管理，提高水的运行效率，引进管理设备和节水先进技术，做好相关研究和优化工作，确保技术的可实施性，企业也要根据自身特点，提高生产技术，降低能源消耗。

2.6 水冷机冷却水的节约能源方法

根据水冷机的工作原理，冷却系统将化工设备产生的热空气传输到室外时，会受到设备工作温度变化的影响。所以在实际操作中，降低水冷机的能耗可以有多种方式，比如对冷水系统进行调节，或者对制冷剂系统进行工作状况调节等。例如：调节制冷剂系统的工作状况时，当冷水温度发生变化时，可以对制冷剂压缩机的进气量进行调整，这样压缩机的输入功率也可以发生变化，实现压缩机功率调节的控制过程可以。常用的调节方法有两种。一个是4 级能量调节，另一个是5 级能量调节，同时在压缩机上也可以设置程序控制器，人们在使用压缩机的时候可以从进水温度变化的情况到室内环正确掌握环境温度变化情况，然后正确调节能量大小，也会影响到压缩机的吸气量，最终反映压缩机输入功率的变化。冷却水的循环系统在工作过程中会受到各种因素的影响，在调节冷却水的流量时，可以通过调节水路阀门的打开程度、水泵系统的运转效率（例如水泵的转速）来调节水流量[2]。

（1）调整冷却水流量：水路阀门

根据水泵工作过程的电阻变化情况，当水泵转速相同时，管道的电阻系统不增加，但通常情况下，水泵运行中当阻力升高时，水流量会迅速下降，扬程也会不断提高，但扬程提高的速度要高于水流量降低的速度。这样，当流量降低时，水流量和扬程的乘积降低，输入功率降低。因此，为了减少流量，可以通过提高电阻值来实现，通过减少电力消耗量来降低能源消耗量。在调节电阻的具体操作过程中，可将流量调节双通阀安装在冷却水回路中。根据水泵扬程的变化特点，当水系统的阻力保持不变时，水泵的转速降低，流量和扬程降低，输入功率也随之降低。根据这一原理，要降低水泵的输出功率，减少水泵的能源消耗，可以通过降低水泵的转速来减少水流量和扬程，最终达到节约能源的目的。在具体的操作实践过程中，要更科学地减少水泵的转动，在水泵电机上设置变频控制器，根据水泵运行实际情况调整水泵的转动动作，确保工作性能，实现节能目的。

（2）调整冷却水流量：水泵的运转

压缩机的挥发效率会影响冷却水的流量，该组控件为水冷螺旋杆单元，在操作过程中必须严格按照要求和规定，才能使压缩机正常工作，并使其正常工作把气温和凝固气温限制在一定的界限之内。如果挥发的气温过低，吸入气体压力过低（小于0.5kg/cm2），稀薄的制冷剂会导致压缩机中的冷冻油在冷冻机中溶解，导致压缩机轴承缺油，终导致压缩机的油电机的转子不能像平常那样工作了。综上所述，凝固的气温过高会改变压缩机的工作状态，使压缩机不能正常工作，进而影响输入电流的稳定性。因此，应严格按照操作要求，注意冷却水的具体相关参数。并将冷却温度和挥发温度限制在一个有效的极限内。

2.7 重视管网建设

冷却水管道应根据地区的地理环境选择适当的材质。管道的材质是破裂的一个重要原因。设计阶段，设计师需要综合考虑，在管道材料的选择上，设计师也需要综合考察。在管道的分类上有很多不同，比较常见的有镀锌管道、玻璃管道、塑料管道、塑料管道和复合管道等不同类别的管道。但是，在实际的设计过程中，首先需要考虑经济问题，设计者需要以经济合理性的标准来选择钢材。例如，在生产环境中机械强度高的情况下，设计者需要选择耐腐蚀、耐便利的管材。以下，对各管材的评价，是笔者在实际工作上的个人见解。给水管网中常用钢管，钢管具有较强的抗压耐震性能，且质地较低，钢管轻薄，长度适中，具有这些优点，但同时它不易连接，这一问题使得不锈钢管必须接口少，这类特点使其可以作为环保管道，主要应用于管径需要大的项目中，并且水压高的项目中运用也可以提高经济效益。在常见的管材中，也有玻璃钢管，但是它的运用率不高，主要被用于引水管。玻璃钢管具有耐腐蚀、重量轻、易于操作等优点，但由于其脆弱，利用率不高。另外一种常见的管材是塑料管，这种管材有很多优点，比如质量低、操作好、光滑等，缺点也很明显，不能长时间使用，其材料容易腐蚀或腐蚀很容易出现各种各样的问题，造成损失。在许多地区，由于不注意地理环境的差异，或者当供水管道的跨度大，连接不同的区域，如果选择相同材质的供水管道，就有可能破裂。管道破裂的概率因材质不同而不同。以前我国一般选择灰口铸铁材质的管道，这种管道费用较便宜，但其内部结构松散，强度小，脆性大，不能满足现在的要求，在受力不均匀的情况下容易破裂。供水管道的破裂会严重影响人们的正常生活，且维护成本高，因此供水管道的选择要考虑多种因素。通过改善水管的连接工程，可以降低水管的破裂率。传统的水管接口中，接口的密封性和强度等都可能存在较大的问题，但这些都是容易被注意到的问题，而水管的整体性却被忽视了。今后的接口可以结合刚度和柔软性来确保整个水管的稳定性。例如，采用在水管接口上结合水泥的方式，可以提高整个水管的耐压性和耐弯性。