冷却循环水系统改造方案

热电厂冷却循环水系统

改造方案


循环水处理的重要性:

      循环水处理技术就是有效控制循环冷却水水质的技术,要求做到“防垢、防腐、防藻类生长”,关键技术是防垢及缓蚀,还必须考虑环保。

一.前言:

⒈ 工业循环水处理的重要性

      我国是世界上水资源匮乏的国家之一。据报道,我国669个城市中有400个面临供水不足。随着经济的迅猛发展,人口的增长,缺水现象和水质恶化问题越来越突出。因此,节约用水,搞好水处理,提高工业用水的重复利用率至为重要。

     对工业循环水的处理,其核心问题就是要选择采用优质安全的水处理方式。因而对水处理的研究和应用一直是当前水处理工作的热点。全面认识和用好水处理新技术,也是电力、冶金、化工、食品等企业负责水处理的技术人员及操作人员最为关心的内容。

⒉ 工业循环水处理的必要性

    工业循环水给水为天然水,而天然水中不管是地表水(如河水、湖水、水库水),还是地下水(如井水、泉水、自来水)都含有杂质,如悬浮物、藻类物质,这里面包括水中的暂时硬度和永久硬度,如不采取预防措施(即水处理),就会在热交换面上沉积,结生成水垢。一旦结垢,就会降低热交换率,腐蚀设备和危及安全生产。因此对工业循环水进行处理是很必要的,也是节能减排所必须的。

二、水中的杂质:

1.天然水中的杂质

       天然水分为两大类,一是地表水,如河水、湖水、水库水等。此类水含泥沙、藻类、动植物残骸及可溶性盐类物质,水质随季节变化而波动。二是地下水,包括井水、泉水和自来水。地下水水质一般比较稳定,受季节变化影响较小,含杂质种类及多寡与流经地层有关,灰岩地层含Ca2+、Mg2+离子较高,即硬度较高,花岗岩地层含Ca2+、Mg2+离子较低,而含SiO3-2相对较高。

       天然水不是纯净水,都含有杂质,这些杂质分为三类:

       其一,悬浮物质。主要是一些比重小于1的细小微粒的泥土、动植物腐物,这些杂质通过沉淀可除去;

       其二,胶体物质。胶体微粒粒度较小(直径在1mm以下,10°以上),此类物质不会自行沉淀,主要是一些腐植物,铁、铝、硅的化合物;

       其三,溶解物质。如各种矿物质离子,如K+、Na+、Ca+2、Mg+2、NH4+、Fe+2、Mn+2等阳离子,HCO3-、Cl-、F-、SO4-2、SiO3-2、NO3-、NO2-等阴离子,在中性水中,阴阳离子总和是相等的。

       天然水中还含有一些溶解的气体,如O2、CO2等。

2.水质指标

    ⑴悬浮物(也称浊度):单位mg/L,1mg/L称一度,标准要求,给水浊度小于5mg/L。浊度高时水呈浑浊状态。

    ⑵溶解固形物:单位mg/L,指水中溶解盐类和有机物总和。水指标要求小于2500~5000mg/L。

    ⑶硬度:单位mmol/L,指水所含Ca+2、Mg+2离子的总量。

      硬度的表示单位:

      a.毫摩尔 mmol/L 1 mmol/L=50mg CaCO3

      b.德国度 G° 1G°=10mg CaCO3

      c.以碳酸钙(CaCO3)表示,即ppm浓度。ppm是百万分数的符号。

        1ppmCaCO3=1/50mmol/L

        1ppm=1000ppb(微克)

     例如:1公斤水中含5mgCaCO3,就可换算成5ppm。

     以上三种硬度表示之间的关系为:

     1mmol/L=2.804G°=50ppmCaCO3

    ⑷总碱度:总碱度是指水中的OH-(氢氧根)、CO3-2(碳酸根)、HCO3-(碳酸氢根)的总含量。这些阴离子在水中都呈碱性。总碱度的表示单位与酸度相同。

     总碱度是指用甲基橙作指示剂(pH=4.4)测得的碱度,也称甲基橙碱度。

水中所含PO4-3、HSiO3-也有碱度,但由于含量甚微,故忽略不计。

碱度与硬度的关系:

     a. 总碱度>总硬度 此时,永硬为0

         总碱度-总硬度=负硬度 此时,水呈碱性(pH>7);

     b. 总碱度=总硬度 此时,总碱度=暂时硬度;

     c. 总碱度<总硬度 此时,总硬度-总碱度=永硬

         总碱度=暂硬;

   ⑸pH值:pH值是氢离子的负对数,表示水的酸碱程度。

     pH值与碱度的关系:

     碱度相同的水(或溶液),其pH值不一定相同。反之,pH值相同的水(或溶液),其碱度也不一定相同。原因是pH值直接反映水中H+或OH-的含量,而碱度除包括OH-外,还包括CO3-2、HCO3-等碱性物质的含量。

    如:碱度0.1mmol/L的NaOH液,pH=13

    碱度0.1mmol/L的NaHCO3液,pH=8.3

    碱度0.1mmol/L的NH3-H2O液,pH=11

    其他水质指标,如相对碱度、含油量、溶解氧、磷酸根(PO4-3)、Cl-根、SO4-2根、亚硫酸根等,这里就不介绍了。

    由于水中所含各种杂质,特别是悬浮物,硬度杂质如不采取预防措施(即水处理),就会在热交换面上沉积,形成水垢。

   ⑹水垢的危害

    设备的热交换面上一旦结生水垢,就将产生以下危害:

    第一,大大降低热交换效率,降低冷却效果,结水垢与不结水垢对钢铁材质而言,其热交换效率相差40倍以上。如焦化厂用于降低煤气的热交换器,一旦结生水垢后,其煤气的温度就会升高3~5℃,体积增大,严重影响生产;

    第二,腐蚀设备。结垢后会产生垢下电化学腐蚀,增加维修量,缩短设备使用寿命,造成人力、物力、财力的浪费;

    第三,危及安全生产。结垢严重时会导致穿孔、泄漏,发生安全事故,影响生产正常进行。

    因此,对循环冷却水,必须进行处理,以防止结生水垢及藻类,这是非常必要的一项措施。

三、循环水阻垢方法概述:

     循环冷却水防垢处理方法有多种,选用时应根据给水水质条件、水资源短缺情况及水价等因素,因地制宜地选择有效、安全、经济、简便的方法。

     循环水防垢处理方法的作用分类为:

    (1)石灰处理

    (2)离子交换法

    (3)酸化法

    (4)磷化(无机聚磷酸盐)法

    (5)物理阻垢法

        离子交换法是目前使用较为广泛的循环冷却水处理方法,正确处理和控制下能有效降低水中的阳离子含量(所以该法也称为阳离子交换法。阴离子处理费用昂贵,一般的循环冷却水不宜采用)。但随着水处理技术的不断发展和国家对环境问题重视的提高,该法所带来的环保问题越来越引起重视。

       使用该法过程中需要大量使用工业盐作为交换介质使树脂再生,树脂再生处理要排放废盐液,这会造成环境的永久性污染,使地下水盐碱化。

       国家出台了一系列文件,要做好节能减排工作。我们必须认真贯彻科学发展观的战略方针,在水处理工作上,采用绿色处理方法。

       比较各种方法的优缺点及对环保的影响,采用复合处理方法为佳。复合处理方式主要是适当的药剂加上物理阻垢杀菌,如无磷药剂、物理阻垢和紫外线杀菌的结合。

四、微生物的控制

      循环冷却水处理不仅要防垢防腐,还要防微生物。微生物种类较多,在循环冷却水中引发问题的主要有三类:藻类、细菌和真菌。它们一是从补给水中带入,二是由空气中带入。

      冷却水中的藻类主要有:蓝藻、绿藻和硅藻。

      藻类的危害:一是死亡的藻类成为水中的悬浮物和沉淀物,二是藻类在冷却塔填料上的生长会影响水分散和通风量,降低冷却效果。

     循环水中存在大量细菌,其在新陈代谢过程中能分泌黏液,把原来悬浮在水中的固体物和无机沉淀物粘合起来,附着于 换热表面上,引起结生物污垢和腐蚀。冷却中的细菌按其形状分为球菌、杆菌和螺旋菌。

      冷却水中的真菌包括霉菌和酵母菌两类。真菌往往生成在冷却塔的木质构件上,水池壁上和换热器中。真菌会破坏木材中的纤维素,使构件腐朽,产生细菌状粘泥,影响冷却效果。

      因此对这三类微生物,必须进行杀灭、控制,通用的方法就是定期投放杀菌灭藻剂进行杀灭。

      常用的药剂有氯剂、溴剂和有机氮硫类药剂。

      我们建议可尝试在线式紫外线杀菌法。

五、SSP阻垢机组:

     ⒈ 进水补及水经过原有过滤系统处理,去除了水中的悬浮物和大颗粒物质,再通过SSP物理阻垢机组,把水中暂时硬度打包成晶核,这种晶核本身已是稳定的碳酸钙和碳酸镁颗粒不会在常温下形成结垢,同时晶核在水池和管道中还能不停吸附水中的永久硬度如:磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐以及小颗粒粒子,随着重量的增加落到水池底部通过旁通去除。这种方法的好处在于:

   (1)不改变水质的属性,因为水质变酸会增加腐蚀的产生;水质变碱会提高水的PH值增加旁通的排污次数;

    (2)减少了药剂的加入,也就减少了费用产生,同时药剂量的减少也可以增加水的循环次数,也减少了用水的费用;

    (3)水中的暂时硬度和永久硬度会降低,减少了水垢的产生;

     同时加入一定量的浊度处理剂,以增强防垢效果。

    ⒉ 旁流处理:旁流处理就是抽取部分循环水,按要求进行处理后再返回到循环水池中的处理方法。目的一,就是辅助处理由空气带入的灰尘、粉类等悬浮物,使其含量升高,影响水处理效果,加重粘泥的附着,因此需进行旁流过滤,旁流水量一般为循环水量的1~5%。其装置示意图如下:


1-蒸发损失;2-凝汽器;3-空气;4-补给水;5-排污;6-旁流过滤器;7-冷却塔;8-紫外线杀菌灯;9-SSP阻垢机组

其二,为了提高循环水的浓缩倍率。通过旁流装置从循环水中过滤除去悬浮物及沉淀物,有利于浓缩倍率的提高,减少排污量,有利于经济运行。

   3、派斯SSP阻垢机组采用德国原装进口SSP,是目前世界上最新型的物理阻垢技术,具有不加盐、不用电、不用再生、可无人值守、阻垢率高等优势,已被用于世界上1000多家冷却塔、热交换系统。并且在阻垢的同时,可以缓慢地清除原有的水垢。为用户带来了非常好的社会效益和非常高的经济效益。

使用SSP前

使用SSP八个月后

*The Images are collected from the heat exchanger system of a power plant at Recowatt Co. Ltd., Malta, showing the result of using SSP after 8 months.

   4、SSP工作原理:

     派斯SSP是拥有镀膜玻璃表面的高能聚合球体,表面有丰富的晶元,通过吸引、分解重组、结晶成长、脱离等四步把溶于水中的不稳定的暂时硬度Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2转变成稳定的碳酸钙和碳酸镁亚微晶体,这样的水在使用和加热时就不会生成水垢;这些亚微晶体随水流动,不附着、不生垢,同时还能与设备里已有水垢中的碳酸钙和碳酸镁结合,从而达到阻垢、除垢的目的。

第一步:吸引

水流经过SSP时,表面丰富的晶元就会氢水中组Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2的离子吸引到晶元表面。

第二步:分解重组

当Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2的离子接触到SSP晶元表面后就会被分解重组为碳酸钙、碳酸镁、水和二氧化碳气体。

第三步:结晶成长

晶元不断地吸引水中的离子,在晶元上留下碳酸钙、碳酸镁晶体,在LDC的催化下这些晶体不停地结合成长。

第四步:脱离

当碳酸钙、碳酸镁晶体长大到0.3-0.8微米的时候,就会在LDC的作用下分离并脱落到水中,形成亚微晶体,随水流动,并同时吸附水中离子。

SSP=NAC+LDC双重技术,完美阻垢!

*NAC(Nucleation Assisted Crystallization)

“成核结晶”即不需要用电也不是磁性反应,而是众所周知的结晶过程,一种纯粹的物理结晶方式,比如自然界中的“雪”就是冷云中的冰核作用产生的冰晶;此外,在一些高科技领域如LED的电路板,也是利用氮化铝或氮化镓结晶产生的;在派斯SSP中高能聚合球体就起到催化碳酸钙、碳酸镁成核结晶的作用。

*LDC(Layered Double Coating)

“双面玻璃涂层”是派斯SSP中的加速器和分割器,独特的玻璃涂层附着于高能聚合球体表面,在水中时表面会产生纹理,对钙、镁结晶起到进一步加速的作用,5秒钟就能形成稳定的晶体结构;当晶体成长到0.3-0.8微米时玻璃表面纹理会阻止其继续成长为大颗粒,而仅以亚微晶体形式存在。

这些亚微晶体流动在水中时起到一种“积极”的核的作用,它还能吸附水中的磷酸盐、硅酸盐和小颗粒杂质;同时在与现有水垢碰撞时不断吸附其中的碳酸钙,直到其瓦解。


我们为淮北热电厂设计的并联式的SSP机组,单体参数:10吨/小时,方便甲方根据补水量的大小进行增减。

系统平面图如下:此处我们设计的是5台单体机,即50吨/小时的过水量。

如果需要30吨/小时的过水量,就把五台单体机改成三台单体机即可。





5、系统结构图如下:



6、技术指标:

1、缸体尺寸:直径40cm,高度250cm

2、缸体材料:缠丝玻璃钢或不锈钢

3、管径:60

4、进出水方式:底进上出

5、装填SSP材料:60升

      SSP参数:

      外观:白色或淡黄色颗粒

      化学组成:改性陶瓷聚合球体

      体积重量:0.8g/l

      操作温度:3-60度

      PH范围:6.5-9.5

      注意事项:

      最大硬度值:1200ppm

      最大盐度值:3500ppm

      铁最大含量:0.5ppm

      锰最大含量:0.05ppm

      铜最大含量:1.3ppm

7、系统优势:
1、物理阻垢,不改变水质的属性,不降低PH值,不增加腐蚀;

2、阻垢率高,同时可缓慢溶解已有水垢;

3、后期维护,免维护;

4、不用加药、不用电、无需再生,使用零成本;

5、绿色环保;

成垢因素

SSP处理方式

碳酸氢

前期转变成水与二氧化碳

碳酸氢钙

前期转变成亚微晶体

碳酸氢镁

前期转变成亚微晶体

磷酸根

后期晶体吸附

硫酸根

后期晶体吸附

硅酸根

后期晶体吸附

原有水垢

后期溶解


费用及投入产出比:


30吨/小时SSP阻垢机组的费用投入:

序号

设备名称

性能指标

单位

单价(元)

数量

总价(元)

备注

1

罐体

直径40cm

高度250cm

12000

3

36000

2

SSP填料

阻垢

500

60*3

90000

3

管件

PPR/不锈钢

2000

1

2000

4

支架等其它

5000

5

人工

3000

6

总计

136000

费用产出比:136000÷270000=0.5

即半年收回成本


8、常期使用节能分析

项目

SSP防垢器

阻垢剂

软化水设备

十年成本

130000

2000000

530000

运行维护

免维护

定期加药

专人看护

安全性

中等

中等

污染状况

无污染

严重

严重

水资源

节约

一般

浪费

安装空间

无要求

需要预留专门仓库

占地面积大

综合评价

环保节能,免维护

成本昂贵,污染环境

维护麻烦,浪费水源

备注

上述对比情况以DN100为例,采集信息仅供参考。


9、用途

    本品适用于工业冷却循环水处理,凡有热交换水冷却的系统均可使用。如冶金、化工、食品等企业。

使用本品前做好以下工作:

⑴ 使用前须对给水进行下述项目的测定:

     总硬度(YD),氯根(Cl-),浊度。

⑵ 使用本品前,如热交换设备已结生水垢,每半年观察一次,可以考查用本品后的效果;



10、循环水处理效果的判断

⒈ 监测热交换器进出水温差△t=t出-t进。按正规设计,此温差一般为6~12℃,多数为8~10℃,在此范围内说明热交换器换热水面未结垢。

      操作:方法一,可在输入热交换器的进出水管道安装水温指示装置,计算温差△t。有的在中控室仪表柜上已有此仪表显示。方法二,每天用两只400ml烧杯分别在热交换器的入水口(泵吸入处)和回水管口处取水样,及时用核对过的100℃温度计,分别插入杯中量取温度,即将△t= t出-t进,并做记录。

⒉ 安装结垢、腐蚀监视装置

      在热交换器出水管旁路上安装监视管及挂片装置。通过监视管测定垢的重量,并计算结垢速度,可评价防垢处理效果。


欢迎与我联系,共同进行循环水处理知识探讨:249315674@qq.com