CN101311123B - 循环冷却水***串级使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种循环冷却水***的串级使用方法，包括：将两个或两个以上的循环水***串级使用，串级链中的每个循环水***的浓缩倍数按照由低到高的顺序运行，前一个循环水***的排水直接作为下一个循环水***的补充水，最后一个循环水***的排水直接外放。当N个循环水***串级使用时，串级链中的第K个循环水***的浓缩倍数计算公式如下：

Description

循环冷却水***串级使用方法

技术领域

本发明涉及多个循环冷却水***串级使用的处理方法，属于循环冷却水处理工艺领域。

背景技术

冷却水是工业企业不可缺少的公用工程，是用水大户。将冷却水处理后循环使用，一方面可以满足工艺过程对水处理效果的要求，保证生产装置长周期正常运行；另一方面节约工业水98％以上，减少更大数量的排污，对保护水资源、保护水环境、降低生产成本具有巨大的效益，因而得到人们的广泛重视，从而促进了循环冷却水技术的快速发展和广泛应用。

随着水资源供求矛盾的加剧、水环境污染日趋严重和循环水处理技术水平的提高，人们通常采用提高循环水浓缩倍数的方法实现循环冷却水***节水和减少排污水量。但是，随着浓缩倍数的提高，循环水中结垢性离子如钙离子、镁离子浓度，和促进腐蚀性离子如氯离子、硫酸根离子浓度成倍增加，使水质变差，水质的结垢性和腐蚀性增强，从而导致水处理难度增加、效果下降，产生节水和水处理效果之间的矛盾。而在大型炼油、化工、冶金和热电等企业，一般设有多个循环冷却水***为不同生产装置提供循环冷却水。目前，这些循环水***都采用独立运行方式运行，即企业的每个循环水***独自补水、独自排污、独自在某一浓缩倍数下运行。企业为了实现节水目标，往往是将所有的循环水***都控制在较高浓缩倍数下运行，造成所有的循环水***都采用较差的水质，导致所有的循环水***处理难度都增大，使处理效果难以保证。

CN1463926A公开了一种火电厂循环水分级浓缩串联使用技术，第一级循环冷却水的浓缩倍数≤2，第二级循环冷却水的浓缩倍数≤4.5，并且经第一级浓缩排出的污水要进行过滤和弱酸离子交换处理。

发明内容

本发明的目的是对具有两个或两个以上循环水***的企业，提出一种有利于保证大多数循环水***处理效果的方法。

本发明提出的循环冷却水***的串级使用方法包括：将两个或两个以上的循环水***串级使用，串级链中的每个循环水***的浓缩倍数按照由低到高的顺序运行，最后一级循环水***的浓缩倍数最高。前一个循环水***的排水直接作为下一个循环水***的补充水，最后一个循环水***的排水直接外放。

串级链中的第K个循环水***的浓缩倍数计算公式如下：

$n_N>n_K\≥\frac{(n_N-1)(E_1+E_2+E_3+......+E_K)}{E_1+E_2+E_3+......+E_N}+1$

其中：N＞K≥1。n_N是最后一个循环水***串联运行时的浓缩倍数，等于多个循环水***单独运行时最高的浓缩倍数。E表示蒸发水量，单位m³/h。

当***的循环水量和出进口温差确定时，***的蒸发量可以通过以下公式计算：

$E=\frac{R\×\mathrm{\Δt}}{580}$

式中，R表示循环水量，单位m³/h；Δt表示出进口温差，单位℃。***的循环水量和温差可以现场读取。第一个***的蒸发水量和第N个***蒸发水量可能不同，这要由循环水***的循环水量和循环水进出凉水塔的温差来定。

当多个***串联使用时，前一***的排污水直接作为补充水进入下一个***中，那么排污水中的药剂也进入到下一个***中了，为了保证循环水***中水处理药剂在一定浓度范围内，前一个***的排污量应小于下一个***的排污量，因此浓缩倍数有一定的范围。

当串级链中的第K个循环水***的浓缩倍数按照下列公式计算：

$n_K=\frac{(n_N-1)(E_1+E_2+E_3+......+E_K)}{E_1+E_2+E_3+......+E_N}+1$

只需在第一级循环水***加入药剂，其他循环水***无须再加入药剂，而且前一个循环水***的排水不需进行净化处理，直接作为下一个循环水***的补充水，操作简单方便。

当第K个循环水***的浓缩倍数在下列公式计算范围内：

$n_N>n_K>\frac{(n_N-1)(E_1+E_2+E_3+......+E_K)}{E_1+E_2+E_3+...+E_N}+1$

串级链中的每个循环水***需补加一定量的水和药剂，保证循环水***的正常运行。

所说的水处理药剂可以是具有缓蚀和阻垢效果的缓蚀阻垢复合剂，优选有机膦酸盐、膦羧酸盐、锌盐和含AMPS的多元羧酸聚合物。

本发明具有以下特点：

a.N个相同浓缩倍数独立运行的循环冷却水***采用本发明的方法运行，补水总量和药剂总量与N个循环冷却水***独立运行相同。

b.N个不同浓缩倍数独立运行的循环水***采用本发明的方法运行，补水总量和药剂总量均少于N个循环冷却水独立运行的补水总量和药剂总量。

c.N个循环冷却水***采用本发明的方法运行，只有最后一个循环水***的浓缩倍数较高，水质较差，处理难度较大，而其他几个循环水***的浓缩倍数均较低，水质较好，处理较容易，从而使水处理效果更有保证。

附图说明

图1N个***并联独立运行时物料平衡图。

图2N个***串联运行时物料平衡图。

具体实施方式

具体来说，对具有两个或两个以上循环水***的企业，将多个循环水***串级使用，串级链中的每个循环水***的浓缩倍数按照由低到高顺序运行，即串级链中最前端的第一个循环水***浓缩倍数最低，其排水作为第二个循环水***的补充水，第二个循环水***的排水作为第三个循环水***的补充水，依此类推，到串级链中最后一个循环水***，浓缩倍数最高，排水不再使用，直接外放。该方法与几个循环水***独立运行方法相比，总补充水量、排水量和药剂消耗量不高于几个循环水***独立运行方法的总补水量、排水量和药剂消耗量，只有最后一个循环水***的浓缩倍数最高，水质最差，处理难度较大，而其他几个循环水***的浓缩倍数均较低，水质较好，处理较容易，从而使水处理效果更有保证。

本发明的原理是：当企业拥有N个独立的循环冷却水***，每个独立***的循环水量分别为R₁、R₂、R₃......R_K......R_N，出进口水温差为Δt₁、Δt₂、Δt₃、....Δt_K......Δt_N，浓缩倍数为n₀₁、n₀₂、n₀₃......n_0K......n_0N，水处理剂使用浓度为C，按照现有方法，各个***独立运行，***的物料平衡图如图1所示。

当***的循环水量和出进口温差确定时，***的蒸发量可以通过(1)公式计算：

$E=\frac{R\×\mathrm{\Δt}}{580}...\left(1\right)$

式中E-蒸发水量，m³/h

    R-循环水量，m³/h

    Δt-出进口温差，℃

根据公式(1)可以计算每个***的蒸发水量E₁、E₂、E₃......E_N，由各***的蒸发水量得到总蒸发水量E₀、总排污水量B₀、总补水量M₀和水处理剂消耗总量L₀，即：

E₀＝E₁+E₂+E₃+……+E_N

$B_0=\frac{E_1}{n_{01}-1}+\frac{E_2}{n_{02}-1}+\frac{E_3}{n_{03}-1}+...\frac{E_K}{n_{0K}-1}+...\frac{E_N}{n_{0N}-1}$

$M_0=E_0+B_0=(E_1+E_2+...E_K+...+E_N)+(\frac{E_1}{n_{01}-1}+\frac{E_2}{n_{02}-1}+...\frac{E_K}{n_{0K}-1}+...+\frac{E_N}{n_{0N}-1})$

$L_0=C\×B_0=C(\frac{E_1}{n_{01}-1}+\frac{E_2}{n_{02}-1}+...+\frac{E_K}{n_{0K}-1}+...+\frac{E_N}{n_{0N}-1})$

当企业拥有N个独立的循环冷却水***采用串级使用方法，第一级循环水***的浓缩倍数为n₁，第二级循环水***的浓缩倍数为n₂，第K级循环水***的浓缩倍数为n_K，最后一级第N级循环水***的浓缩倍数为n_N(多个循环水***独立运行时最高的浓缩倍数)，***串联运行时物料平衡如图2所示。

M₁＝E₁+B₁

M₁C₀＝B₁CR₁得到

B_K-1+M_K＝E_K+B_K

B_K-1n_K-1C₀+M_KC₀＝CR_KB_K得到

各个串联使用***的浓缩倍数计算公式如下：

$n_N>n_K\≥\frac{(n_N-1)(E_1+E_2+E_3+......+E_K)}{E_1+E_2+E_3+......E_N}+1...\left(2\right)$

根据上述物料平衡原理，第1级循环水***的补水量和排污量按照下列公式计算：

$B_1=\frac{E_1}{n_1-1}...\left(3\right)$

$M_1=\frac{n_1{E}_1}{n_1-1}...\left(4\right)$

式中E₁、n₁可通过公式(1)和(2)进行计算。

第K级循环水***的补水量和排污量(第1级循环水***除外)可按照下列公式计算：

$B_K=\frac{E_1+E_2+E_3+......+E_K}{n_N-1}...\left(5\right)$

$M_K=\frac{E_K{n}_K{n}_{K-1}+(E_1+E_2+E_3+......+E_K)n_{K-1}-(E_1+E_2+E_3+......+E_K)n_K}{(n_K-1)(n_{K-1}-1)}...\left(6\right)$

$E_K=\frac{R_K\×\mathrm{\Δt}}{580}...\left(7\right)$

式中：M_K-第K级***的补水量

      E_K-第K级***的蒸发量

      R_K-第K级***的循环水量，可以现场计量泵读取

      B_K-第K级***的排污量

      C₀-补充水中离子浓度

      n_N-第N级***的浓缩倍数(N个***独立运行时最高的浓缩倍数)

根据上述计算公式，当N个循环水***串联运行时，总蒸发水量E’₀、总排污水量B’₀、总补水量M’₀和水处理剂消耗总量L’₀，则：

E′₀＝E₁+E₂+E₃+……+E_N

$B_0^{\′}=B_N=\frac{E_1+E_2+E_3+......+E_N}{n_N-1}$

$M_0^{\′}=E_0^{\′}+B_0^{\′}=\frac{n_N(E_1+E_2+E_3+......+E_n)}{n_N-1}$

$L_0^{\′}=C\×B_0^{\′}=\frac{C(E_1+E_2+E_3+...+E_n)}{n_N-1}$

N个循环冷却水***独立运行时浓缩倍数相同，即n₀₁＝n₀₂＝n₀₃＝...＝n_0k＝...＝n_0N，分别采用串级运行和独立运行，n₀₁＝n₀₂＝n₀₃＝...＝n_0k＝...＝n_0N＝n_N，蒸发水总量不变，即E₀’＝E₀；排水总量相等，即串级运行的最后一个***排水量等于独立运行各***的排水量之和；补水总量相等，因为总蒸发量和总排水量分别相同；药剂总量相等，因为排水总量相等。

N个循环冷却水***独立运行时的浓缩倍数不同，采用串级运行，最后一级循环水***浓缩倍数最高为N个循环水***独立运行时最高的浓缩倍数。蒸发水量不变，即E₀’＝E₀；排水总量减少即串级运行的最后一个***排水量少于独立运行各***的排水量之和；补水量减少，因为总蒸发量相同和总排水量减少；药剂总量减少，因为排水量减少。

下面通过实施例对本发明做进一步说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1

实验水质采用中原某石化现场水，主要数据如表1所示。表中数据显示，现场水是高硬高盐水，属强结垢性水质。

表1实验水质主要数据

按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，***的循环水量为150L/h，进出口水的温差为10℃。现场水用硫酸调节碱度后作为动态模拟实验的补充水。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32℃，出水温度控制在40℃～42℃，浓缩倍数控制在6.0±0.2，***中加入100mg/L的复合水处理剂。

采用将两个循环水***串联运行，第一级的浓缩倍数控制在3.5±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数为6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表2所示。从表2结果可以看出，浓缩倍数较低的***处理效果优于浓缩倍数较高的***。

表2动态模拟实验结果

实施例2

实验水质及循环水***的控制条件同实施例1，将三个循环水***串联运行，第一级循环水***的浓缩倍数控制在2.7±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数控制在4.3±0.2，第三级循环水***的浓缩倍数控制在6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表3。表3结果显示，浓缩倍数越低，处理效果越好。

表3动态模拟实验结果

实施例3

实验水质及循环水***的控制条件同实施例1，将四个循环水***串联运行，第一个循环水***的浓缩倍数控制在2.3±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数控制在3.5±0.2，第三级循环水***的浓缩倍数在4.8±0.2，第四级循环水***的浓缩倍数在6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表4。表4结果表明，浓缩倍数越低，处理效果越好。

表4动态模拟实验结果

实施例4

实验水质及循环水***的控制条件同实施例1，将五个循环水***串联运行，第一级循环水***的浓缩倍数控制在2.0±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数控制在3.0±0.2，第三级循环水***的浓缩倍数控制在4.0±0.2，第四级循环水***的浓缩倍数控制在5.0±0.2，最后一级循环水***的浓缩倍数控制在6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表5。从表5结果可以看出，低浓缩倍数运行***水处理剂的处理效果明显优于高浓缩倍数运行的***。

表5动态模拟实验结果

实施例5

实验水质采用某乙烯厂现场水，实验水质如表6所示。从水质数据可以看出，现场水的氯离子和硫酸根离子浓度分别为110.0mg/L和113.3mg/L，碱度和pH较低，这些特征显示它具有强腐蚀性。

表6实验水质主要数据

按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，***的循环水量为150L/h，进出口水的温差为10℃。实验采用现场水，实验初期一次性补加碳酸氢钠120mg/L(以CaCO₃计)，实验期间用碳酸氢钠控制实验水的碱度在80mg/L左右。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32℃，出水温度控制在40℃～42℃，浓缩倍数控制在6.0±0.2，***中加入100mg/L的复合水处理剂。

采用二个循环水***串联运行，第一级***的浓缩倍数范围为3.5±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数为6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表7所示。表7中的实验结果显示，低浓缩倍数运行***试管的腐蚀速率较高浓缩倍数运行***明显减小，水处理剂的处理效果好于高浓缩倍数运行***。

表7动态模拟实验结果

实施例6

实验水质及循环水***的控制条件同实施例5，五个循环水***采用串联运行，第一级循环水***的浓缩倍数为2.0±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数为3.0±0.2，第三级循环水***的浓缩倍数为4.0±0.2，第四级循环水***的浓缩倍数为5.0±0.2，最后一级循环水***的浓缩倍数控制为6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表8。

表8动态模拟实验结果

表8中的实验结果显示，低浓缩倍数运行***试管的腐蚀速率较高浓缩倍数运行***明显减小，水处理剂的处理效果好于高浓缩倍数运行***。

实施例7

实验用水为某石化企业的达标外排污水，水质如表9所示。

按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，***的循环水量为150L/h，进出口水的温差为10℃。实验期间，现场污水用硫酸调节碱度作为动态模拟实验的补充水。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32℃，出水温度控制在40℃～42℃，浓缩倍数控制在6.0±0.2，***中加入复合药剂C，使用浓度100mg/L。

表9水质分析结果

将三个循环水***串联运行，第一级循环水***的浓缩倍数为2.7±0.2，第二级循环水***的浓缩倍数为4.3±0.2，第三级循环水***的浓缩倍数按照要求为6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表10。表10中实验结果表明，低浓缩倍数运行***水处理效果好于高浓缩倍数运行***。

表10动态模拟实验结果

实施例8

实验用水为某石化企业的达标外排污水，水质如表9所示。

按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，***的循环水量为150L/h，进出口水的温差为10℃。实验期间，现场污水用硫酸调节碱度作为动态模拟实验的补充水。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32℃，出水温度控制在40℃～42℃，二个独立运行的循环水***浓缩倍数分别为5.0±0.2和6.0±0.2，***中加入复合药剂C，使用浓度100mg/L。

将上述二个循环水***串联运行，第二级循环水***的浓缩倍数为6.0±0.2，第一级循环水***的浓缩倍数为3.5±0.2，15天的动态模拟实验结果如表11。表11中实验结果表明，低浓缩倍数运行***水处理效果好于高浓缩倍数运行***。总药剂用量和补水量低于二个***独立运行的药剂用量和补水量。

表11动态模拟实验结果

Claims (2)

1.循环冷却水***串级使用方法，包括：将两个以上的循环水***串级使用，串级链中的每个循环水***的浓缩倍数按照由低到高的顺序运行，前一个循环水***的排水直接作为下一个循环水***的补充水，最后一个循环水***的排水直接外放。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，串级链中的第K个循环水***的浓缩倍数n_K计算公式如下：

$n_N>n_K\≥\frac{(n_N-1)(E_1+E_2+E_3+\·\·\·\·\·\·+E_K)}{E_1+E_2+E_3+\·\·\·\·\·\·E_N}+1$

其中：n_N是多个循环水***单独运行时的最高浓缩倍数；E表示蒸发水量，单位m³/h，N＞K≥1，蒸发水量通过以下公式计算：

$E=\frac{R\×\mathrm{\Δt}}{580}$

式中，R表示循环水量，单位m³/h；Δt表示出进口温差，单位C。

Images