提高循环冷却水浓缩倍数技术研究

程 峰，何华仁

（酒钢集团宏兴股份公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

酒钢生产用循环冷却水新水补水引自讨赖河水，以地表径流补水为主，少部分采用地下水作为补水，水中硬度 220～260 mg/L，碱度 120～160 mg/L、悬浮物7～8 mg/L,具有典型的高碱度、高硬度、高悬浮物的水质特点，在生产过程中，循环冷却水在高浓缩倍率条件运行具有较大的结垢、腐蚀及藻类微生物繁殖危害。为保证生产稳定顺行，避免由于水系统结垢、腐蚀对设备造成损害从而影响设备的使用寿命，酒钢在生产运行过程中，各个循环水系统在低浓缩倍数条件下运行，为防止系统结垢，大部分循环水运行指标总硬度控制小于450 mg/L，部分系统由于生产工艺设计的要求，硬度控制在320～360 mg/L以下，循环水系统浓缩倍数平均在1.5左右，部分系统浓缩倍数在2.0以上，最高达到2.5。若研究采用新型水处理技术，酒钢循环冷却水系统浓缩倍数尚有较大提升空间。提高循环水的浓缩倍数可以降低新水补充量、还可以减少废水的排放量，同时还可以节约水处理药剂的消耗量，降低冷却水处理成本。因此，提高循环水浓缩倍数势在必行。笔者通过分析比较提高循环水浓缩倍数的工艺途径，选择投资少、运行成本相对较低的投加硫酸控制pH，减低碱度的工艺技术方案，在7#高炉喷淋冷却水系统和不锈钢炼钢二期冷媒水系统进行提高浓缩倍数试验，系统浓缩倍数从不到2.0提高到至4.0以上、在满足系统安全运行的条件下，达到节约系统补充新水的目的。

1 提高浓缩倍数技术方案选择

1.1 加硫酸控制碱度工艺技术

目前提高循环冷却水浓缩倍数的方法大体有三种;一种是通过加酸控制pH和碱度的技术。加酸就是向循环水中投加浓H2SO4来调节循环水的pH，以降低循环水的碱度，加酸处理是把循环水中碳酸盐硬度转化非碳酸盐硬度，反应式：

由于 CaSO4的溶解度大，难以产生结垢，加酸对循环水水质的处理也是提高循环水浓倍数重要方法之一，在阻垢剂的量及性能有限情况下适当补加浓H2SO4，可使水的浓倍数在较高条件下运行，且系统相对安全。此技术在电力企业和石化企业应用较多，部分钢铁企业也有应用。冷却水系统通过投加硫酸降低碱度，控制钙硬+碱度≤1100 mg/L，再投加高效缓蚀阻垢剂控制系统结垢腐蚀。此工艺技术优点是浓缩倍数提高幅度大、投资少、运行成本低，；缺点是硫酸属于危化品，现场安全管理难度大；加酸量控制不好出现循环水pH过低易造成系统酸性腐蚀。

1.2 循环水补水预处理技术

此项技术的关键是对部分补充水（可选择污水厂的中水）利用双膜法进行脱盐处理，降低循环水补水的水质指标，从而降低循环水运行中的硬度、碱度、氯离子、电导率及含盐量等指标，从而防止循环水系统在高浓缩倍数运行条件下产生结垢腐蚀及盐类的结晶析出。此项技术的优点是节水量突出，可选用中水进行深度处理、减少外排水；循环水系统由于水质指标控制较好，高浓缩倍数条件下产生的结垢腐蚀等危害小。缺点是投资大，双膜法每产生1 m3脱盐水投资大约为5～6万元；运行成本高，双膜法消耗大量电能和更换膜的费用；产生的浓盐水处理难度大。

1.3 高效阻垢工艺技术

目前国内阻垢缓蚀剂配方开发已经达到相当高的水平，一些共聚物、多聚物及其衍生物的复合药剂配方具有很好的阻垢缓蚀性能，在控制循环水钙硬+碱度≤1100 mg/L的条件下完全可以控制系统产生的结垢腐蚀。此工艺技术的优点是投入少、运行成本低；缺点是浓缩倍数提高幅度小、补充水总硬度≥250 mg/L时浓缩倍数只能提高到3.0～3.2，超出时系统产生的结垢、腐蚀及盐类的结晶析出难以控制。

比较以上工艺技术方案，选择加硫酸控制碱度的工艺技术在7#高炉喷淋冷却水系统和不锈钢炼钢二期冷媒水系统进行提高浓缩倍数工业试验，取得了满意的效果。

2 工业试验方案

2.1 工艺运行参数（见表1）

2.2 运行水处理方案（见表2）

表1 试验水系统的工艺参数

表2 运行水处理方案

2.3 水质管理目标值及分析频率（见表3）

表3 水质管理目标值及分析频率

2.4 水处理效果目标值

按照GB50050-2007“循环冷却水设计规范”的有关要求：

a.腐蚀速率：

碳钢≤0.075 mm/a、不锈钢≤0.005 mm/a、铜≤0.005 mm/a;

b.结垢速率：≤15.0 mcm;

c.系统无菌藻。

3 试验结果与讨论

3.1 7#高炉喷淋冷却水和不锈钢炼钢二期冷媒水试验期间严格按实验方案控制水质指标和运行参数，系统安装旁路挂片监测装置，对试验期间系统结垢腐蚀情况进行监测分析，试验结果（见表4）。

3.2 本次试验7#高炉喷淋水和不锈钢炼钢二期冷媒水系统试验时间为期一个月。系统投加的阻垢缓蚀剂和杀菌剂都不含Cl-，因此浓缩倍数的计算以Cl-为准，7#高炉喷淋水系统试验期间浓缩倍数为4.72、不锈钢炼钢二期冷媒水系统试验期间浓缩倍数为3.97，达到了试验目标值浓缩倍数≥3.0的目标。

表4 试验水质、挂片监测及浓缩倍数计算结果

3.3 提高浓缩倍数后节水量的计算，7#高炉喷淋水系统原新水补水量为25 m3/h，提高浓缩倍数后补水量为17 m3/h，小时节约补充新水8 m3/h，节水率达到32%。不锈钢炼钢二期冷媒水系统原补充新水量为40 m3/h，提高浓缩倍数后系统补充新水量为30 m3/h，小时节约补充新水10 m3/h，节水率到25%。同时减少相应数量的排污水量。

3.4 采用加酸控制pH值和碱度运行的系统尽可能具备自动加酸和水质在线监测装置，以保证系统pH值的稳定，避免加酸量过高或过低造成系统腐蚀与结垢。

3.5 循环冷却水系统在高浓缩倍数下运行，水质稳定剂的选择非常重要。提高浓缩倍数会增加药剂在水中的停留时间，这就要求水质稳定剂稳定定性要好，同时具有较好的阻垢和缓蚀性能。

4 结论

高硬度、高碱度的工业循环冷却水系统中，采用pH值自然平衡的水质稳定处理方案，循环水系统只能在低浓缩倍数下运行，才能保证系统的腐蚀和污垢沉积达到国家标准的要求；采用加酸调节 pH值控制碱度的处理方案，能有效提高系统的浓缩倍数，完全能保证系统的腐蚀和污垢沉积达到国家标准的要求；采用加酸调节pH值控制碱度的运行方式提高了循环水浓缩倍数，节约了新水消耗，减少了污水排放，产生了很好的经济效益和环境效益。