程 峰，何華仁

（酒鋼集團宏興股份公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

酒鋼生產(chǎn)用循環(huán)冷卻水新水補水引自討賴河水，以地表徑流補水為主，少部分采用地下水作為補水，水中硬度 220～260 mg/L，堿度 120～160 mg/L、懸浮物7～8 mg/L,具有典型的高堿度、高硬度、高懸浮物的水質(zhì)特點，在生產(chǎn)過程中，循環(huán)冷卻水在高濃縮倍率條件運行具有較大的結(jié)垢、腐蝕及藻類微生物繁殖危害。為保證生產(chǎn)穩(wěn)定順行，避免由于水系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕對設(shè)備造成損害從而影響設(shè)備的使用壽命，酒鋼在生產(chǎn)運行過程中，各個循環(huán)水系統(tǒng)在低濃縮倍數(shù)條件下運行，為防止系統(tǒng)結(jié)垢，大部分循環(huán)水運行指標總硬度控制小于450 mg/L，部分系統(tǒng)由于生產(chǎn)工藝設(shè)計的要求，硬度控制在320～360 mg/L以下，循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)平均在1.5左右，部分系統(tǒng)濃縮倍數(shù)在2.0以上，最高達到2.5。若研究采用新型水處理技術(shù)，酒鋼循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)尚有較大提升空間。提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)可以降低新水補充量、還可以減少廢水的排放量，同時還可以節(jié)約水處理藥劑的消耗量，降低冷卻水處理成本。因此，提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)勢在必行。筆者通過分析比較提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)的工藝途徑，選擇投資少、運行成本相對較低的投加硫酸控制pH，減低堿度的工藝技術(shù)方案，在7#高爐噴淋冷卻水系統(tǒng)和不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統(tǒng)進行提高濃縮倍數(shù)試驗，系統(tǒng)濃縮倍數(shù)從不到2.0提高到至4.0以上、在滿足系統(tǒng)安全運行的條件下，達到節(jié)約系統(tǒng)補充新水的目的。

1 提高濃縮倍數(shù)技術(shù)方案選擇

1.1 加硫酸控制堿度工藝技術(shù)

目前提高循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)的方法大體有三種;一種是通過加酸控制pH和堿度的技術(shù)。加酸就是向循環(huán)水中投加濃H2SO4來調(diào)節(jié)循環(huán)水的pH，以降低循環(huán)水的堿度，加酸處理是把循環(huán)水中碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化非碳酸鹽硬度，反應式：

由于 CaSO4的溶解度大，難以產(chǎn)生結(jié)垢，加酸對循環(huán)水水質(zhì)的處理也是提高循環(huán)水濃倍數(shù)重要方法之一，在阻垢劑的量及性能有限情況下適當補加濃H2SO4，可使水的濃倍數(shù)在較高條件下運行，且系統(tǒng)相對安全。此技術(shù)在電力企業(yè)和石化企業(yè)應用較多，部分鋼鐵企業(yè)也有應用。冷卻水系統(tǒng)通過投加硫酸降低堿度，控制鈣硬+堿度≤1100 mg/L，再投加高效緩蝕阻垢劑控制系統(tǒng)結(jié)垢腐蝕。此工藝技術(shù)優(yōu)點是濃縮倍數(shù)提高幅度大、投資少、運行成本低，；缺點是硫酸屬于?；?，現(xiàn)場安全管理難度大；加酸量控制不好出現(xiàn)循環(huán)水pH過低易造成系統(tǒng)酸性腐蝕。

1.2 循環(huán)水補水預處理技術(shù)

此項技術(shù)的關(guān)鍵是對部分補充水（可選擇污水廠的中水）利用雙膜法進行脫鹽處理，降低循環(huán)水補水的水質(zhì)指標，從而降低循環(huán)水運行中的硬度、堿度、氯離子、電導率及含鹽量等指標，從而防止循環(huán)水系統(tǒng)在高濃縮倍數(shù)運行條件下產(chǎn)生結(jié)垢腐蝕及鹽類的結(jié)晶析出。此項技術(shù)的優(yōu)點是節(jié)水量突出，可選用中水進行深度處理、減少外排水；循環(huán)水系統(tǒng)由于水質(zhì)指標控制較好，高濃縮倍數(shù)條件下產(chǎn)生的結(jié)垢腐蝕等危害小。缺點是投資大，雙膜法每產(chǎn)生1 m3脫鹽水投資大約為5～6萬元；運行成本高，雙膜法消耗大量電能和更換膜的費用；產(chǎn)生的濃鹽水處理難度大。

1.3 高效阻垢工藝技術(shù)

目前國內(nèi)阻垢緩蝕劑配方開發(fā)已經(jīng)達到相當高的水平，一些共聚物、多聚物及其衍生物的復合藥劑配方具有很好的阻垢緩蝕性能，在控制循環(huán)水鈣硬+堿度≤1100 mg/L的條件下完全可以控制系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)垢腐蝕。此工藝技術(shù)的優(yōu)點是投入少、運行成本低；缺點是濃縮倍數(shù)提高幅度小、補充水總硬度≥250 mg/L時濃縮倍數(shù)只能提高到3.0～3.2，超出時系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)垢、腐蝕及鹽類的結(jié)晶析出難以控制。

比較以上工藝技術(shù)方案，選擇加硫酸控制堿度的工藝技術(shù)在7#高爐噴淋冷卻水系統(tǒng)和不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統(tǒng)進行提高濃縮倍數(shù)工業(yè)試驗，取得了滿意的效果。

2 工業(yè)試驗方案

2.1 工藝運行參數(shù)（見表1）

2.2 運行水處理方案（見表2）

表1 試驗水系統(tǒng)的工藝參數(shù)

表2 運行水處理方案

2.3 水質(zhì)管理目標值及分析頻率（見表3）

表3 水質(zhì)管理目標值及分析頻率

2.4 水處理效果目標值

按照GB50050-2007“循環(huán)冷卻水設(shè)計規(guī)范”的有關(guān)要求：

a.腐蝕速率：

碳鋼≤0.075 mm/a、不銹鋼≤0.005 mm/a、銅≤0.005 mm/a;

b.結(jié)垢速率：≤15.0 mcm;

c.系統(tǒng)無菌藻。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 7#高爐噴淋冷卻水和不銹鋼煉鋼二期冷媒水試驗期間嚴格按實驗方案控制水質(zhì)指標和運行參數(shù)，系統(tǒng)安裝旁路掛片監(jiān)測裝置，對試驗期間系統(tǒng)結(jié)垢腐蝕情況進行監(jiān)測分析，試驗結(jié)果（見表4）。

3.2 本次試驗7#高爐噴淋水和不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統(tǒng)試驗時間為期一個月。系統(tǒng)投加的阻垢緩蝕劑和殺菌劑都不含Cl-，因此濃縮倍數(shù)的計算以Cl-為準，7#高爐噴淋水系統(tǒng)試驗期間濃縮倍數(shù)為4.72、不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統(tǒng)試驗期間濃縮倍數(shù)為3.97，達到了試驗目標值濃縮倍數(shù)≥3.0的目標。

表4 試驗水質(zhì)、掛片監(jiān)測及濃縮倍數(shù)計算結(jié)果

3.3 提高濃縮倍數(shù)后節(jié)水量的計算，7#高爐噴淋水系統(tǒng)原新水補水量為25 m3/h，提高濃縮倍數(shù)后補水量為17 m3/h，小時節(jié)約補充新水8 m3/h，節(jié)水率達到32%。不銹鋼煉鋼二期冷媒水系統(tǒng)原補充新水量為40 m3/h，提高濃縮倍數(shù)后系統(tǒng)補充新水量為30 m3/h，小時節(jié)約補充新水10 m3/h，節(jié)水率到25%。同時減少相應數(shù)量的排污水量。

3.4 采用加酸控制pH值和堿度運行的系統(tǒng)盡可能具備自動加酸和水質(zhì)在線監(jiān)測裝置，以保證系統(tǒng)pH值的穩(wěn)定，避免加酸量過高或過低造成系統(tǒng)腐蝕與結(jié)垢。

3.5 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在高濃縮倍數(shù)下運行，水質(zhì)穩(wěn)定劑的選擇非常重要。提高濃縮倍數(shù)會增加藥劑在水中的停留時間，這就要求水質(zhì)穩(wěn)定劑穩(wěn)定定性要好，同時具有較好的阻垢和緩蝕性能。

4 結(jié)論

高硬度、高堿度的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，采用pH值自然平衡的水質(zhì)穩(wěn)定處理方案，循環(huán)水系統(tǒng)只能在低濃縮倍數(shù)下運行，才能保證系統(tǒng)的腐蝕和污垢沉積達到國家標準的要求；采用加酸調(diào)節(jié) pH值控制堿度的處理方案，能有效提高系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，完全能保證系統(tǒng)的腐蝕和污垢沉積達到國家標準的要求；采用加酸調(diào)節(jié)pH值控制堿度的運行方式提高了循環(huán)水濃縮倍數(shù)，節(jié)約了新水消耗，減少了污水排放，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。