精益節(jié)水模型在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 強

（山鋼萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 現(xiàn)狀

萊鋼循環(huán)水系統(tǒng)耗水占車間耗新水量86%，隨著新水不斷劣化循環(huán)水系統(tǒng)耗用新水量逐日增大，通過分析影響補水率的各種可控因素，建立節(jié)水模型，探索循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水的科學(xué)控制參數(shù)，減少系統(tǒng)的蒸發(fā)損失和排污損失，實現(xiàn)節(jié)水目的。

存在的主要問題有：

（1）循環(huán)水水質(zhì)控制濃縮倍率偏低，目前水平在3.0左右，科學(xué)數(shù)據(jù)濃縮倍率控制在4.5～5.5水平比較節(jié)水。

（2）補充至循環(huán)水系統(tǒng)的工業(yè)水含鹽量過高，系統(tǒng)排污量太大，需要對目前的工業(yè)水進行部分除鹽處理后再補充到循環(huán)水系統(tǒng)，有利于系統(tǒng)排污量的降低。

（3）冷卻塔設(shè)備蒸發(fā)和風(fēng)吹損失量大。

2 解決方案

2.1 循環(huán)水參數(shù)優(yōu)化實驗探究

優(yōu)化參數(shù)控制提升循環(huán)水濃縮倍率，減少系統(tǒng)排污。

(1)循環(huán)水堿度控制與濃縮倍率的關(guān)系分析

根據(jù)循環(huán)水參數(shù)，繪制循環(huán)水堿度與濃縮倍率關(guān)系的回歸圖。發(fā)現(xiàn)堿度越低，濃縮倍率越高。降低堿度可以提高濃縮倍率，減少系統(tǒng)排污量。運行方式降低軸流風(fēng)機對循環(huán)水的蒸發(fā)作用等措施減少循環(huán)水系統(tǒng)的蒸發(fā)和風(fēng)吹損失。

(2)循環(huán)水關(guān)鍵參數(shù)控制優(yōu)化

化水車間所用新水硬度6～10 mmol/L，按照GB規(guī)定為保證凝汽器不結(jié)垢，需控制循環(huán)水硬度≤22 mmol/L，此標準下濃縮倍率只能控制到2～3.5，由M/E關(guān)系曲線可知；濃縮倍率1～5時，補水量和排污量隨著濃縮倍率增加而迅速減少，5倍以上時，節(jié)水效果已不明顯，因此將目前的濃縮倍率提高至4左右，可有效節(jié)約水資源。統(tǒng)計2015年4月份循環(huán)水“Ca2+硬+M堿度”控制在20 mmol/L～22 mmol/L，平均值20.61 mmol/L，水質(zhì)波動范圍大，標差1.06，理論分析可以精準控制范圍，按照指標上限控制循環(huán)水“Ca2+硬+M 堿度”至 21.6 mmol/L。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)補水工藝改進

(1)一級反滲透產(chǎn)水作為優(yōu)質(zhì)水補充至循環(huán)水系統(tǒng)

因長期干旱工業(yè)水水質(zhì)嚴重劣化，理論分析循環(huán)水系統(tǒng)需要補充的軟水（弱陽產(chǎn)水）比例應(yīng)該增加，軟水補充已由30 t/h增加至80 t/h，弱陽水補充已由80 t/h增加至180 t/h但是水質(zhì)劣化致使軟水和弱陽水生產(chǎn)能力大幅下降，不能滿足向循環(huán)水系統(tǒng)的足量補充，經(jīng)科學(xué)分析，綜合考慮現(xiàn)有的供用水工序，除鹽水夏季需求能力低，生產(chǎn)除鹽水的一級反滲透工藝因有前置過濾，且應(yīng)對工業(yè)水渾濁具備絮凝加藥工藝，可以把富足的反滲透產(chǎn)水增加三通管路引入循環(huán)水補水系統(tǒng)，控制20 t/h。反滲透產(chǎn)水硬度為0，堿度極低，顯弱酸性，按照回收率75%計算為4倍濃縮，將其作為循環(huán)水補水可在保證水質(zhì)前提下提高循環(huán)水濃縮倍率，實現(xiàn)節(jié)水目的。

(2)進一步優(yōu)化循環(huán)水補水模型

綜合考慮春夏秋冬不同環(huán)境溫度、循環(huán)水供水壓力需求變化、工業(yè)水水質(zhì)變化以及循環(huán)水水質(zhì)控制等因素，在試驗的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)的軟水弱陽產(chǎn)水和工業(yè)水合理配比關(guān)系，建立循環(huán)水補水參數(shù)運行模型，實現(xiàn)最優(yōu)節(jié)水目標。蒸發(fā)作用等措施減少循環(huán)水系統(tǒng)的蒸發(fā)和風(fēng)吹損失。

(3)降低冷卻塔蒸發(fā)損失技術(shù)

①對冷卻塔收水器進行節(jié)能升級改造。把原來S型升級為先進的M型，提升冷卻塔蒸汽冷凝回水量。M型相比S型收水器，增加了蒸汽流與冷凝壁的接觸面積，提升蒸汽回凝效率。收水效果提升5%～10%

②冷卻塔擋風(fēng)板的回凝水蒸氣作用?？紤]深秋和初春季節(jié)，環(huán)境氣溫高于0℃低于15℃時，在不影響循環(huán)水系統(tǒng)散熱交換的前提下，為降低循環(huán)水蒸發(fā)量，車間試驗延長擋風(fēng)板使用時間，

③調(diào)整運行方式降低軸流風(fēng)機水汽蒸發(fā)量?？紤]春秋季晝夜溫差大，可以根據(jù)循環(huán)水溫度，對機力塔風(fēng)機間斷運行，循環(huán)水溫度低于17℃時，可以停運機力塔風(fēng)機，有效降低蒸發(fā)量。

④冬季循環(huán)水上塔量參數(shù)優(yōu)化冬季避免過度冷卻，減少循環(huán)水上塔量，原旁通閥門開度20%左右，溫升15～20℃，滿足循環(huán)水溫度前提下，提升旁通閥開度至30%～40%，減少上塔量至20%，溫升控制在10℃左右。

3 實施過程

3.1 循環(huán)水“Ca2+硬+M堿度”參數(shù)控制空間提升

堿度越高，鈣鎂離子越容易結(jié)垢。堿度越低，濃縮倍率可以控制的越高。因此降低堿度可以提高濃縮倍率，減少系統(tǒng)排污量。試驗優(yōu)化循環(huán)水“Ca2+硬+M堿度”控制標準，由原來的19～22 mmol/L調(diào)整為21.5～22.8 mmol/L，以腐蝕掛片試驗保證冷卻設(shè)備不結(jié)垢。2016年平均值21.8 mmol/L，較2015年平均值20.5 mmol/L提高了1.3 mmol/L。

用加硫酸控制循環(huán)水pH 7.6～8.3（工藝要求6.8～9.5）之間，M堿度由原來的6.0～6.5 mmol/L降到 2.2～3.5 mmol/L 。

3.2 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)補水工藝改進

(1)提升弱陽產(chǎn)能，增大弱陽補水輸送能力。

(2)反滲透產(chǎn)水補循環(huán)水工藝改進。

3.3 降低冷卻塔蒸發(fā)損失技術(shù)研究

(1)高效節(jié)水M型收水器技術(shù)應(yīng)用。

(2)冷卻塔擋風(fēng)板的回凝水蒸氣作用。

(3)調(diào)整運行方式降低軸流風(fēng)機水汽蒸發(fā)量

(4)減少冬季循環(huán)水上塔量。

4 創(chuàng)新點

4.1 循環(huán)水補水模型。探究優(yōu)質(zhì)水源作為循環(huán)水系統(tǒng)的輔助補水：循一級反滲透優(yōu)質(zhì)產(chǎn)水、軟水產(chǎn)水、弱陽產(chǎn)水。型綜合考慮春夏秋冬不同環(huán)境溫度、循環(huán)水供水壓力需求變化、工業(yè)水水質(zhì)變化以及循環(huán)水水質(zhì)控制等因素，在試驗的基礎(chǔ)上，制定出了科學(xué)的軟水（弱陽產(chǎn)水或者反滲透產(chǎn)水）和工業(yè)水合理配比關(guān)系，實現(xiàn)最優(yōu)節(jié)水目標。

4.2 循環(huán)水關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)上限位窄幅度控制，合理使用阻垢劑的前提下，由原來的控制循環(huán)水總硬（鈣硬+鎂硬）≤22 mmol/L優(yōu)化為國標的“鈣硬+M堿度”≤22 mmol/L，再經(jīng)加硫酸降低循環(huán)水堿度，把循環(huán)水“Ca2+硬+M堿度”平均值控制在20.5 mmol/L時，相比原來水質(zhì)總硬（鈣硬+鎂硬）提升至26 mmol/L，有效提升循環(huán)水濃縮倍率，減少系統(tǒng)排污。4.3 科學(xué)地降低冷卻塔蒸發(fā)損失。通過改進冷卻塔M型節(jié)能收水器結(jié)構(gòu)、充分利用擋風(fēng)板對蒸汽的回凝作用、冬季減少循環(huán)水上塔量以及優(yōu)化運行方式降低軸流風(fēng)機對循環(huán)水的蒸發(fā)作用等措施減少循環(huán)水系統(tǒng)的蒸發(fā)和風(fēng)吹損失。

5 效益

該技術(shù)在萊鋼水處理工序中逐步推廣應(yīng)用，效果顯著。循環(huán)水水質(zhì)得到較好控制，且在工業(yè)水水質(zhì)極端劣化的情況下取得較好的節(jié)水效果。保證循環(huán)水水質(zhì)控制良好前提下，提升了循環(huán)水系統(tǒng)的抗水源水質(zhì)劣化的風(fēng)險能力，為萊鋼生產(chǎn)適應(yīng)水源水質(zhì)劣化和節(jié)水技術(shù)創(chuàng)新提供了科學(xué)思路，在經(jīng)濟、環(huán)保、質(zhì)量、安全生產(chǎn)等方面的取得良好管理績效，實現(xiàn)了設(shè)備安全經(jīng)濟運行效益最大化，取得了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

循環(huán)水“Ca2+硬+M堿度”平均至控制在21.6 mmol/L,循環(huán)水 濃縮倍率平均值由2015年的3.00提升到2016年的4.39。循環(huán)水補水率實際完成113 t/萬 t，比 2016 年 121 t/萬 t降低 8 t/萬 t。

效益計算：2017年，化水車間外供循環(huán)水總量為38680萬t，循環(huán)水補水率實際完成113 t/萬t。2015年循環(huán)水補水率全年121 t/萬t，技術(shù)改進后節(jié)水 38680×（121-113）=309440 t，節(jié)水 30.944 萬 t，實現(xiàn)效益154.7萬元。