纯碱生产中循环冷却水处理新思路

时金甫

(连云港碱业有限公司，江苏连云港 222042)



纯碱生产中循环冷却水处理新思路

时金甫

(连云港碱业有限公司，江苏连云港 222042)

简要分析了纯碱生产过程中循环冷却水处理的现状，存在的问题，并介绍了循环水的电化学处理技术及其应用，为纯碱厂提高循环水处理水平，延长纯碱装置换热器设备寿命，降低纯碱生产消耗提供了新思路。

纯碱；循环冷却水；电化学处理；杀菌；换热器

1 简 述

纯碱生产过程中需要大量使用循环冷却水，现有的处理方法通常是化学处理技术，一般是阻垢剂、分散剂、杀菌剂三种，该技术有一定局限性，在碳化冷却箱、氨冷却器、氨盐水换热器、压缩机中末冷器都不同程度存在结垢、粘泥现象，每年对关键设备都要进行酸洗，既增加了运行成本，又缩短了设备寿命。主要问题如下：

1)浓缩倍数受限，存在排污。

按水质控制要求及满足生产需要循环水的浓缩倍数受到限制，这是由于循环水中结垢性离子浓度和氯离子浓度决定的。

2)微生物滋生和粘泥。

菌藻的耐药性决定了经常需要冲击加药，造成水质出现波动，结垢性指数有超标现象，在循环水池、较细的换热器管中沉积的大量污泥正是杀死的菌藻沉积。

3)系统仍然存在结垢现象，特别是高温换热器。

这是由于加药处理的原理决定的。一方面以重碳酸盐为代表的结垢性离子只是被分散在水中，在换热的地方出现不稳定现象，比如在填料上结垢，需要经常更换填料。另一方面，加药量与浓缩倍数之间的关系是在一定设定条件下确定的，在复杂的循环水系统中，换热器非常多，工况存在差异，有时存在部分高温换热设备，理论上对不同工艺条件的换热器水质的控制标准要求也不一样，在一个大系统中就无法两全其美，不可能照顾到所有换热器，只能是一部分换热器运行在较佳工况。即使是最简单的电厂冷却系统，也会因为负荷、季节变化，换热器工作条件也在变化。即使在纯碱生产碳化装置最关键部位，换热温度并不高，在检修时也发现有明显的结垢。

4)为了保证生产换热需要，每年还需要对换热器进行酸洗，对设备寿命产生不利影响。

5)结垢影响传热效率，降低了能源利用效率。在电厂凝器中，即使是投用了胶球清洗，也难免出现结垢，还是要定期酸洗或机械清洗，就是半边清洗，对发电的影响也是巨大的。

2 电化学设备工作原理与优势

电化学设备是利用水及水中矿物质的电化学特性，通过电化学来调节水中矿物质的平衡，而实现去除结垢物质、防腐和防治微生物的目的。是一种清洁的循环冷却水处理技术。

2.1 电化学设备中阴极电化学反应

反应室中维持的工作电流大概为直流50～90 A。在阴极(反应室内壁)附近形成高浓度的氢氧根，这种升高的pH环境(pH高达13)，让易结垢的矿物质预先结垢，并从水中析出。实际上，阴极附近局部的高氢氧根浓度形成的化学环境，和用石灰处理形成的冷石灰软化环境类似。

钙离子可能形成

氢氧化钙: Ca(OH)2(垢)

碳酸钙: CaCO3(垢)

2.2 电化学设备中阳极电化学反应

电流也将一部分的氯离子转化成氯气，在冷却水中形成持续杀菌效果的次氯酸。同时产生臭氧、氧自由基、氢氧根自由基和双氧水。这一系列产物提供了杀生效应，结合安培电流及局部高的和低的(阳极)pH区域，维持了电化学设备内部一个实时的消毒环境。

2.3 电化学设备优势

1)安全可靠。设备全自动操作，避免接触危险化学品。

2)一机多能，同时解决结垢、微生物、生物粘泥和腐蚀问题，不需要添加化学药剂，不向环境中排放任何化学药剂，不会对环境带来污染。由于移除了结垢性因子，系统结垢的可能性大大降低，设备运行周期得到延长，能源利用率得到提高。多重杀菌条件有效控制了菌藻的滋生。

3)运行成本低。单台设备系统总功率最大3 kW。

4)通过合理安装电化学设备电解水处理设备，彻底破坏微生物滋生的塔池底部的粘泥。

5)根据电导率的变化动态调节循环水系统的LSI指数，自动适应水质的变化，确保循环系统的安全稳定的运行。

6)电化学系统由微电脑控制，全自动化操作；维护方便简单。

7)电化学系统设备占地面积小，重量轻，安装方便灵活。

8)大幅度降低排污。除自动清垢会带出少量水外，基本不需要排污，且这部分水集中后还可以回收进系统。

图1 电化学设备安装示意图

3 电化学处理技术在循环冷却水中的应用

3.1 应用实例

以下是某厂循环冷却水加药处理与电化学处理的部分数据对比。

表1 某厂循环冷却水加药处理与电化学处理的数据

3.2 循环冷却水系统的日常运行与控制

3.2.1 循环水水质运行控制指标

表2 循环水水质运行控制指标

(续表)

3.2.2 水处理运行效果标准

循环冷却水经电化学和化学处理后，其效果应达到国家《工业循环冷却水处理设计规范GB50050—2007》的要求。

3.2.3 污垢沉积控制

水侧污垢热阻值<3.44×10-4m2·K/W

黏泥量<3 mL/m3

3.2.4 设备腐蚀控制

不锈钢腐蚀速率<0.005 mm/a

铜及铜合金腐蚀速率<0.005 mm/a

碳钢腐蚀速率<0.075 mm/a

3.2.5 微生物控制

异养菌<1×105个/mL，每月分析一次。

4 经济与社会效益

1)免加化学药剂。有些情况下pH值偏高需要略加酸调节，如果厂内有别处用水可以从循环水池分流。在加药的情况下，分流会引起加药费用增加。

2)节省排污费用。该方法按零排放设计，在设备自动排污时会带出少量循环水，这部分水可以集中回收，水质与循环水系统完全一致。

3)节能效益。由于结垢速度大幅度下降，换热器使用效率、热效率、产量等都受益。

4)大幅度减少设备清理与酸洗费用，延长设备使用寿命。

5)化学药剂的生产与使用过程均存在环境污染问题。由于不使用化学药剂，避免了环境污染。

5 结 论

循环水电化学处理技术原理科学，有效地将阻垢、杀菌、防腐功能集成，通过合理配置，每天的循环处理量超过系统循环量，提前移除结垢性离子，看得见效果，实践证明，该方法完全适用于纯碱生产过程的循环冷却水处理，能大大减缓换热器结垢速度，延长设备运行周期和运行效率，碳化冷却箱、氨冷却器、氨盐水换热器、压缩机中末冷器运行工况得在明显改善，对实现增产降耗，降低生产成本是一种有益的新思路，在所有的循环冷却水系统均可以运用。

TQ085.2

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1005-8370(2016)03-09-04

2016-03-28

时金甫(1965—)，连云港碱业有限公司副总工程师，高级工程师。