循环水处理新思路，发表于纯碱工业2016年第3期

循环冷却水处理新思路


















纯碱生产中循环冷却水处理新思路
连云港碱业有限公司  时金甫   222042

〈摘要〉本文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。
〈关键词〉循环冷却水   电化学处理  杀菌   
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、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，在很杂的循环水系统中，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安培。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。
2H2O(l) + 2e- H2(气)+ 2OH-(aq)
CO2(aq)+ OH-(aq)  HCO3-(aq)
HCO3-(aq)+OH-(aq)  CO32-(aq)+H2O(l)
Ca2 +(aq) 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事实的消毒环境。
生成氧气
4HO- O2(g) + 2H2O + 4e-
游离氯
Cl- – e- Cl0
氯气
2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2e-
臭氧
O2 + 2HO- – 2e- O3(g) + H2O
自由基OH0
OH- – e- OH0
过 氧化氢
2H2O – 2 e- H2O2 + 2H+
氧自由基
2H2O – 2 e- O0 + 2 H+
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**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**降低，设备运行周期得到延长，能源利用率提到提高。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3kW。
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。
2.4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
日期2015.6        PH        浊度mg/L         总硬度（CaCO3）计mg/L        钙硬度(CaCO3)计mg/L        总碱度(CaCO3)计mg/L        铁离子（Fe2+计)mg/L        氯离子（Cl-计）mg/L        电导率us/cm        总磷(PO43-mg/L)
2015.6月正常使用化学药剂数据
15        8.5        7.2        490        330        200        0.2        265        1620        1.5
16        8.6        6.6        470        244        225        0.1        260        1440        1.7
17        8.5        8.7        468        352        200        0.3        225        1500        2.1
18        8.6        14.4        500        320        210        0.4        225        1540        2.3
19        8.4        9.9        444        316        200        0.4        220        1500        1.3
20        8.6        10.5        474        318        190        0.5        230        1430        1.5
21        8.5        10.5        490        328        210        0.4        250        1520        1.4
22        8.5        6.2        450        320        165        0.3        290        1430        5.5
23        8.5        7.8        470        310        190        0.18        250        1450        1.5
24        8.6        13.4        484        344        200        0.54        235        1600        2
2016.1月份未加药数据
20上        8.8        12.2        664        396        190        0.72        475        2190        0.2
20下        8.7        11.4        664        404        162        0.5        500        2260        0
21上        8.8        12.3        652        388        160        0.58        500        2390        0.5
21下        8.8        12.6        656        396        165        0.52        520        2560        0.5
22上        8.8        13.4        672        398        145        0.6        475        1870        0.6
22下        8.9        14.1        678        400        145        0.84        515        2410        0.4
23上        8.8        13.8        710        400        155        0.9        525        2170        0.5
23下        8.8        11.9        694        424        145        0.62        560        2250        0.3
24上        8.9        15.5        716        416        185        0.48        510        2160        0.4
24下        8.8        12.1        702        406        165        0.42        500        2220        0.4
25上        8.9        16.7        756        400        190        0.6        480        2190        0.6
25下        8.9        20.1        648        396        175        0.8        460        2200        0.6
26上        8.34        17        670        410        220        0.74        440        2220        0.4
26下        8.8        15.3        680        394        150        1.2        250        2280        0.4
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
循环水分析项目        分析控制指标        正常运行分析频次要求        备注
浊度        ≤20NTU        1次/天        强制
pH值        7.8～8.8        1次/天        强制
电导率(μs/cm)        ≤9000        1次/天        参考
Cl- （mg/L）        ≤1100        1次/天        强制
钙硬（CaCO3计）mg/L        ≤700        1次/天        强制
总碱度（CaCO3计）mg/L        ≤350        1次/天        强制
总铁 mg/L        ≤1.0        1次/周        强制
铜离子 ug/L        ≤100        1次/周        强制
浓缩倍数        >5        1次/天        参考
LSI        0.5-1.8        1次/天        强制

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&#8226;K/W
黏泥量<3ml/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/毫升 每月分析一次。
4、经济与社会效益
4.1经济效益
     该方法可实现以下效益：
     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。
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。
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。
大幅度减少设备清理与酸洗费用，延长设备使用寿命。
4.2社会效益
     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**减缓换热器结垢速度，延长设备运行周期和运行效率，对碳化、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，降低生产成本中一种有益的新思路，在所有的循环冷却水系统均可以运用。

什么设备啊？

循环冷却水主要解决缓蚀和结垢，作者没有切实有力的数据证实这两工作的成效。电化学是个环保技术，理念新，在何种条件下适用还需同仁摸索。

还是要看是否有具体的实绩。

电化学这块确实是新技术，不知道能否用在原水处理这块，但是用在循环水上我个人感觉不怎么乐观（个人观点，勿喷）

有没有后续了？

谢谢分享

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