循环水系统稳定运行的可行性分析

王春燕， 朱耀斌

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

根据阳煤太化新材料有限公司循环水设计情况，结合园区目前存在的问题，比较分析不同运行方式的特点，提出了循环水系统运行方式的优化方法，以实现循环水运行稳定，提高经济效益及环保效益。

循环水；补水量；水质；稳定运行

1 概述

阳煤集团太原化工新材料有限公司园区水系统设计为零排放。原水经沉淀过滤，一部分经脱盐处理后供全园区循环用水，另一部分供化学水装置。化学水供全厂的生产用水及锅炉用水。全园区的生产废水、生活污水及初期雨水进行处理，处理后的合格产水送往中水回用系统，产水补入循环水系统，达到废水的循环利用。水系统产生的浓盐水送入零排放装置，零排放产水用于循环水补水。

1.1 园区循环水站介绍

园区循环水站有空分循环水站、净化合成硝酸硝铵循环水站、硫酸循环水站、己内酰胺循环水站、己二酸循环水站。

根据《GB/T50648-2011 化学工业循环冷却水系统设计规范》可计算出各循环水站在浓缩倍数为5时的需补水量[1]。详见表1。

由表1可知，园区循环水站的设计补水量2 325 t/h；各装置正常运行时，一般补水量是1 716 t/h。

1.2 循环水水质标准

参照《GB50050-2007 工业循环冷却水处理设计规范》，循环水具体水质指标如表2[2]。

表1 循环水装置循环量及补水量 t/h

表2 循环水水质指标

根据循环水水质要求，可以确定循环水补水的水质(浓缩倍数按5计算)。其中，循环水中氯离子质量浓度要求≤250 mg/L，则循环水补水要求氯离子质量浓度≤50 mg/L。以下均以氯离子质量浓度为例进行分析。

1.3 园区循环水站补水水源

园区水系统设计为零排放，故园区脱盐水(4J)、生产水脱盐浓水、三套中水回用产水、生产水脱盐浓水零排放产水、化学水浓水零排放产水、三套中水回用零排放产水均作为循环水补水水源。以上系统产水量及产水中氯离子质量浓度见表3。

表3 循环水站补水水源情况

由表3可知，各装置产水总量3 872 t/h，超出循环水站总补水量。若装置的脱盐率按90%计，生产水脱盐浓水、全部零排放产水以及含泥污水的氯离子质量浓度指标超出了循环水补水要求指标。

2 理想运行方案

2.1 最经济补水方案

若生产水脱盐装置不运行，不产生反洗水，则含泥污水产水量612 t/h。从表1～表3看出，3套中水装置、除脱盐浓水零排放外的4套零排放装置以及含泥污水总产量1 717 t/h，基本与循环水需补水量持平；氯离子质量浓度为78.44 mg/L，超出了循环水补水氯离子质量浓度指标50 mg/L的要求[3]。

在充分利用了回用水作为循环水补充水源且满足循环水补水氯离子质量浓度要求的前提下，开2套生产水脱盐系统，产水量330 t/h，脱盐浓水产水量100 t/h；降低含泥污水回用量至335 t/h，零排放产水不补入循环水，则循环水可补水总量1 716 t/h，补水氯离子质量浓度为41.73 mg/L，满足循环水补水氯离子质量浓度≤50 mg/L的要求。详见表4。

表4 最经济循环水站补水水源情况

2.2 脱盐水补水优先

将循环水水源之一生产水脱盐装置满负荷运行，保证循环水水质合格，则脱盐水及脱盐浓水产水总量1 724 t/h，已满足循环水补水需求；补水氯离子质量浓度为35.47 mg/L，满足循环水补水氯离子质量浓度≤50 mg/L的要求。表5为优先脱盐水补入循环水情况。

表5 优先脱盐水补入循环水情况

2.3 补水水质最优方案

经计算，开4套生产水脱盐系统，零排放产水及含泥污水产水不作为循环水补水利用，保证循环水水质最优，使循环水在良性状态下运行，则脱盐水、脱盐浓水产水及3套中水回用产水总量1 811 t/h，已满足循环水补水需求；补水氯离子质量浓度为21.38 mg/L，满足循环水补水氯离子质量浓度≤50 mg/L要求。第67页表6为补水水质最优情况。

以上3种方案前提是各装置产水量及产水水质满足设计要求，根据园区水系统各装置现状，循环水站运行方案需作出适当调整。

表6 补水水质最优情况

3 园区水系统现状

3.1 园区水源现状

目前，园区水源为应急水源。经过统计计算，2017年5月平均指标值见表7。

表7 应急水源2017年5月分析指标

3.2 循环水补水水源现状

目前，园区3套中水装置、5套零排放装置及含泥污水装置，由于来水水质不稳定，导致其产水水质、水量均无法满足设计值。循环水站补水水源实际情况如表8。

表8 循环水站补水水源实际情况

4 实际运行方案

为了保障循环水站良性运行，保证补水水量及水质符合要求，生产水脱盐装置需开7套，产水量达1 155 t/h，生产水脱盐浓水装置产水350 t/h，含泥污水不补入循环水量中。此时，循环水补水总量达到1 797 t/h，满足补水水量要求。通过计算，补水中氯离子质量浓度为22.44 mg/L，满足补水水质要求。详见表9。

表9 循环水站实际补水方案

5 结论

各循环水站在浓缩倍数为5的情况下，可计算出其循环水定向排污水量及旁滤器反洗排水水量。详见表10。

表10 循环水排污水水量 t/h

在今后运行过程中，循环水站良性运行，两项循环水排污水氯离子质量浓度指标控制在250 mg/L，原水氯离子质量浓度指标控制在120 mg/L以下(化学水、生产水脱盐装置反洗水氯离子指标与原水一样)时，含泥污水水量及水质得到有效控制。含泥污水氯离子浓度若接近设计指标，即可参考《理想运行方案》，根据各装置实际产水氯离子浓度指标运行循环水站。表11为含泥污水水源水量及氯离子质量浓度。

表11 含泥污水水源水量及氯离子浓度

循环水站除了氯离子浓度需时时关注外，还应控制其硬度、Ca2+离子等指标。否则，换热器等设备出现内部结垢，影响设备换热效果，提高能耗，降低产能，影响生产装置长周期稳定运行。

循环水实际运行过程中，应注意保持定向排污，利用旁滤器，优化循环水水质，使循环水站保持良性运行状态。

[1] 中国工程建设标准化协会化工分会.化学工业循环冷却水系统设计规范：GB/T50648-2011[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2] 中国工程建设标准化协会化工分会.工业循环冷却水设计规范：GB50050-2007[S].北京：中国计划出版社，2008.

[3] 夏媛,夏荣海,张卫宝,等.中水回用于循环水冷却水的处理措施和成效[J].中国高新技术企业,2012(29):80-85.