提高蒸发空冷器浓缩倍数试验研究

邓 平,巩 磊,胡长志

（宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315807）

前言

水资源是关系到国家经济可持续发展的重要战略资源。当前,我国水资源的严重短缺和水环境的恶化已成为制约经济发展的重要因素[1]。

钢铁行业是用水大户[2]，为了企业和国家的可持续发展，必须采取相应的节水对策。钢铁企业的节水应该从水源、管网、生产工艺、污水处理回用等多方面形成一个系统工程，而首要工作是提高循环水浓缩倍数[3]、降低吨钢耗水量。目前传统的水质稳定剂主要为复配液体形式，采用计量泵向系统中连续投加，需人工不间断维护，工作量大，而且最高浓缩倍数约在3～4倍，需通过排污来控制浓缩倍数，水资源浪费较大。宁波钢铁有限公司（以下简称宁钢）工业水重复利用率约97%，循环水浓缩倍数约在2左右。为提高浓缩倍数，节约水资源消耗，选用新型水质稳定剂进行了提高蒸发空冷器浓缩倍数的试验研究。新型水质稳定剂由河南某水处理公司提供，是集阻垢分散剂、缓蚀剂及杀菌灭藻剂为一体的固体释放剂，加药操作简单，一次放置可释放4～6个月。

1 试验方法、目的

为便于统计与检查效果，选择蒸发空冷器作为试验对象。蒸发空冷器是密闭循环冷却系统常见的冷却设备，主要依靠喷淋水蒸发带走热量，宁钢高炉软水密闭冷却系统配置蒸发空冷器十台，单台喷淋水循环量约120 m3/h，浓缩倍数约在3倍，通过调整排污量大小来控制。

通过现场比较，选择6#蒸发空冷器作为试验对象，在喷淋水中加入新型固体水质稳定剂，通过定期检测水质、腐蚀速率、细菌数、结垢情况及比较空冷器换热效率等以评价药剂在高浓缩倍数情况下水处理效果，并通过调整选择合理的浓缩倍数范围，确定所能达到的节水效果，为其推广使用提供理论依据。

2 试验期间水质条件与浓缩倍数

2.1 试验期间补水条件

宁钢生产用水由外部工业水、市政污水处理厂再生水及内部再生水根据用水量、水质情况按比例混合而成，试验期间6#空冷器的补水水质检测结果见表1所示。

表1 试验期间6#空冷器补水水质

2.2 浓缩倍数的确定

试验正式开始前，先通过调整排污量，观察试验短管表面结垢情况，以此确定合理的浓缩倍数。

（1）极限浓缩倍数

根据循环水氯根与补充水氯根含量计算，最大浓缩倍数37.92倍，最低浓缩倍数6.60倍，平均浓缩倍数约18.88倍。

（2）调整浓缩倍数

根据循环水氯根与补充水氯根含量计算，最大浓缩倍数15.32倍，最低浓缩倍数2.57倍，平均浓缩倍数约6.58倍。

（3）合理浓缩倍数

根据循环水氯根与补充水氯根含量计算，最大浓缩倍数15.14倍，最低浓缩倍数1.42倍，平均浓缩倍数约6.91倍。

通过不断调整、摸索，在现有补充水水质条件下，试验药剂最佳浓缩倍数确定为6～9倍。

3 试验效果检查与评价

3.1 腐蚀速率测试

从试验期间检测结果看，碳钢挂片腐蚀速率超标，黄铜挂片腐蚀速率符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050－2007）的要求，连续两个月两次挂片检测结果见表2。

表2 试验期间6#空冷器喷淋水腐蚀速率检测结果

3.2 细菌总数测试

从试验期间每月细菌数测试结果看，均符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050－2007）的要求，细菌数测试结果见表3。

表3 试验期间6#空冷器喷淋水细菌数检测结果

3.3 铜管表面结垢情况

在6#空冷器换热铜管上选择三处作为结垢控制效果评价点，见图1，观察试验期间铜管外壁结垢情况。

图1 6#空冷器结垢评价点位布局示意图

（1）1#位：该处布水均匀性差，尤其是靠近边缘处几乎没有喷淋水，试验前存在较多垢物，随着试验的进展，铜管外壁结垢严重趋势不断加剧。

（2）2#位：该处布水均匀性较好，试验前仍存在较多垢物，随着试验的进展，铜管外壁结垢情况略有增加。

（3）3#位：该处布水均匀性良好，试验前存在一定垢物，第一、二阶段试验结束时，铜管外壁结垢情况略有减少，但第三阶段试验结束后，垢物有所增加。

从3个点位的结垢变化趋势看，由于试验期间浓缩倍数较高，且受布水不均匀影响，铜管外壁结垢情况不断加剧且垢物较硬。同时，6#空冷器处于料场附近，空气中粉尘含量较高，高温季节时3台风机全部开启，粉尘吸入量将大幅度上升，增加铜管结垢趋势。

6#空冷器的垢样分析数据见表4。从垢样分析数据看，主要为碳酸钙垢，占垢样总量的75.7%，其余为硅酸盐、氧化铁及有机物等。

表4 6#空冷器铜管垢样分析数据

3.4 蒸发空冷器降温效果

夏季高温期间，是检验蒸发空冷器降温效果的最佳时机，因此选择7、8月份温度记录作为比较依据，具体数据见表5。

表5 试验期间空冷器降温效果比较数据

从温度统计、比较结果来看，由于铜管外壁结垢对6#空冷器降温效果有一定影响，平均影响程度约在6.3%。

3.5 节水效益评估

试验期间，统计、比较进行试验的蒸发空冷器与未参与试验空冷器的补水量，6#空冷器采用新型固体水质稳定剂后，浓缩倍数提高3～6倍，试验9个月期间共计节水约43000 m3。

4 结论

（1）与传统水质稳定药剂相比，试验选用的新型固体水质稳定剂一次性投放，运行过程只需定期补充，无需日常维护，节省投药设施及大量人力。试验选用的新型固体水质稳定剂在宁钢水质条件下浓缩倍数控制在6～9倍，能够满足蒸发空冷器喷淋水系统正常运行。采用新型固体水质稳定剂后，不再投加杀菌剂，能够将细菌数控制在合格范围内。选用新型固体水质稳定剂后，对系统浓缩倍数进行合理控制，能够大幅度减少补水消耗及废水排放，增加企业经济效益与环境效益。

（2）试验过程中，设备表面出现的结垢物对换热效率的影响约在6.3%，最高在8.3%左右，基本未对冷却设备效率造成较大影响。从试验数据看，新型固体水质稳定剂对碳钢腐蚀速率的控制方面显得效果不足，还需要提高并在使用时加强关注。

（3）采用新型固体水质稳定剂后，蒸发空冷器铜管外部附垢量增加较多，虽从温度检测数据看未对设备换热能力造成明显影响，但仍对系统设备长期稳定运行构成一定隐患，还需要加强药剂对附垢的去除、控制能力。

[参 考 文 献]

[1]李德光.我国跨行政区流域水污染治理的影响因素研究 [D].湖南大学,2016.

[2]王耀杰.城市中水在钢铁企业中的应用与分析 [J].冶金动力,2016(s1):149－151.

[3]童远翔.提高循环水浓缩倍数的具体措施分析[J].工业,2016(8):00189－00189.