用软水替代清水，提高循环水系统浓缩倍数对水处理成本的影响

(江苏永钢集团有限公司能源部，江苏张家港 215600)

前言

2018年11月开始，唐山瑞丰钢铁制氧厂循环水系统由清水补水改为用清水+软水混合补水，提高循环水浓缩倍数，水耗由2.709 t/m3下降至0.757 t/m3，节水明显。试从成本角度分析本单位用软水替代清水来提高循环水浓缩倍数的可行性。

1 现状调查

目前，公司的循环水系统基本用清水补水，下面以煤气发电一、二期的循环水系统为例，测算、分析使用清水补水与使用软水补水的成本。

1.1 水质

水厂外供清水和软水水质情况如表1 所示（数据统计周期为2019年1月至3月，取平均数值）。

表1 清水和软水水质情况

1.2 水质控制标准

煤气发电一、二期循环水系统的循环量Q=12000 t/h，冷却塔进出水温差Δt=8 ℃，该系统循环水水质控制标准如表2所示。

表2 循环水水质控制标准

1.3 浓缩倍数计算

1.3.1 系统蒸发量

其中：E——系统日蒸发量；

α——蒸发冷却系数，取全年平均值0.14（%/℃）；

Q——系统循环量；

Δt——冷却塔进出水温差。

由上式可以看出，同一个循环水系统在同一时间的蒸发量基本不变，与补水水质无关。

1.3.2 浓缩倍数

N=C循/C补=M/(M-E)=M/B=1+E/B

其中：N——浓缩倍数；

C循——循环水系统中离子浓度；

C补——清水补水中离子浓度；

M——补水量；

B——排污量；

E——蒸发损失量。

由上计算公式可以看出，浓缩倍数与补水水质相关，水质越好浓缩倍数越高，而浓缩倍数越高，排污量及补水量就越少。

1.4 不同补水水质对循环水系统浓缩倍数、补水量及排污量的影响

因CaCO3和Cl-在补充水和循环水中含量及性能比较稳定，且这两个指标是循环水水质控制指标，所以选用总硬度和Cl-浓度计算循环水系统浓缩倍数。

根据公司水处理厂清水、软水水质化验数据，计算时清水和软水Cl-含量均取50 mg/L，软水总硬度可忽略不计，计算补水水质在不同硬度时的补水量及排污量,见表3。

表3 同条件下不同补水水质的补水量及排污量对比

根据表3画浓缩倍数与补水量的关系见图1。

图1 浓缩倍数与补水量的关系图

由图1数据可以看出，补充水的总硬度越小，浓缩倍数越大，补水量也就越小，循环水系统排污量也越小，但是当浓缩倍数＞5之后，节水量不明显。

2 水处理成本测算

根据永钢水处理厂水处理成本数据，清水成本1.02 元/t，软水成本2.65 元/t，污水处理费1.56 元/t。以1 t 清水作为源水，可以生产0.85 t 软水（软水制水率85%），以及产生0.15 t污水。

若清水补水硬度170 mg/L 时，用部分软水代替清水补水时的补水量及水处理费用如表4。

表4 同条件下不同补水水质成本对比

循环水Cl-控制标准是400 mg/L，所以当总硬度降到一定值后，系统的浓缩倍数应以Cl-浓度来计算，该系统最高浓缩倍数为8.0。

从表4 数据来看，在清水总硬度170 mg/L 时，虽然用软水代替清水补水，浓缩倍数提高，但是综合水处理成本并没有下降，随着软水使用量的增大而增大。

按表4 方法，计算不同清水硬度从100～280 mg/L 时用部分软水代替清水补水时的补水量及水处理费用，当清水硬度小于220 mg/L，直接使用清水补水，水处理成本最低；当清水硬度220～260 mg/L 时，使用软水部分代替清水补水会降低水处理成本；当清水硬度大于260 mg/L 时，全部使用软水补水时水处理费用最低。

3 结论

用软水替代清水补水，循环水系统浓缩倍数上升，污水排放量减少，综合考虑水处理成本，在清水硬度小于220 mg/L时，没有必要替换软水补水。