大型煤化工企業(yè)工藝用水回收技術(shù)分析

胡湖 黃賽

【摘 要】化工企業(yè)的節(jié)水工作包括用水、排水兩方面，工藝用水節(jié)水技術(shù)主要通過(guò)反滲透濃水、濃濃水回收工藝；解析液、冷凝液的階梯利用技術(shù)；鍋爐排污回收措施；黃河水加溫節(jié)約蒸汽等手段節(jié)水降耗并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收目的。排水方面主要通過(guò)中水回用和蒸發(fā)水汽回收等新型技術(shù)實(shí)現(xiàn)排水回收目標(biāo)。此外通過(guò)工藝管理、制度監(jiān)管等手段措施進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)水工作。

【關(guān)鍵詞】工藝用水；節(jié)水；反滲透濃水；循環(huán)水；解析液；冷凝液；中水回用

目前煤化工企業(yè)是當(dāng)?shù)赜盟团盼鄞髴?，隨著取水費(fèi)用的上漲，用、排水量的限額，以及環(huán)保控制的進(jìn)一步嚴(yán)格，給企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。因此節(jié)約用水和提高水資源綜合利用率是當(dāng)前也是下一步努力的目標(biāo)。

化工企業(yè)在用水方面正面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，節(jié)水減排刻不容緩，要實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)的節(jié)水減排目標(biāo)，需要優(yōu)化工藝流程，整合資源利用，引進(jìn)新技術(shù)，新工藝等節(jié)能技術(shù)，同時(shí)還需要有清晰過(guò)程系統(tǒng)工程煤化工企業(yè)用水網(wǎng)絡(luò)[1]加強(qiáng)管理。

1 工藝用水節(jié)水措施

工業(yè)用脫鹽水的使用范圍主要包括副產(chǎn)蒸汽、工藝用水、產(chǎn)品補(bǔ)充等方向，耗水情況包括：①反滲透制水的濃水排放；②工藝裝置用二級(jí)水的補(bǔ)充如機(jī)泵密封水、設(shè)備檢修沖洗、活性炭再生、交換器再生、產(chǎn)品配液、系統(tǒng)補(bǔ)水等；三、蒸汽消耗和損失，如鍋爐排污、蒸汽伴隨、疏水、解析用汽、外售等[2]。

1.1.反滲透濃水回收技術(shù)：

反滲透濃水電導(dǎo)在3100us/cm左右，產(chǎn)水率受到溫度和反滲透膜使用壽命的影響[3-5]，濃水率占到總用水量的30%左右。為實(shí)現(xiàn)濃水的進(jìn)一步回收，采用一種低壓反滲透濃水淡化膜技術(shù)，型號(hào)為AK8040F-400其特點(diǎn)是利用反滲透濃水的余壓而不需額外的動(dòng)力來(lái)源，脫鹽率較高，淡水回收量能實(shí)現(xiàn)濃水量的55%以上，電導(dǎo)在20-40us/cm，濃水量45%，電導(dǎo)在6800us/cm左右。其優(yōu)點(diǎn)是能耗低、運(yùn)行少，處理成本低。

1.2反滲透濃濃水的回收

反滲透濃水回收后使反滲透回收率達(dá)到85%以上，同樣存在一部分濃濃水的排放，根據(jù)2.1所述，濃濃水的電導(dǎo)較高，采用高壓反滲透濃水平板膜，此部分水進(jìn)一步回收，高壓平板膜抗污染性能高，濃濃水污染指數(shù)SDI<4，符合進(jìn)水指標(biāo)，無(wú)需進(jìn)一步預(yù)處理直接進(jìn)行膜處理工藝，產(chǎn)淡水電導(dǎo)率在200us/cm無(wú)法作為反滲透產(chǎn)品水，但可以優(yōu)化原水水質(zhì)，從而提高反滲透的產(chǎn)水率，濃水電導(dǎo)率在12800us/cm回收率實(shí)現(xiàn)55%以上。反滲透制水工藝最終實(shí)現(xiàn)92.5%的產(chǎn)水率。極大的節(jié)約了制化學(xué)二級(jí)水的成本。

產(chǎn)品水作為反滲透原水使用，高壓反滲透膜使用壽命按照5年計(jì)算，1.5個(gè)月可回收投資。根據(jù)負(fù)荷每小時(shí)回收水量按照100m3/h計(jì)算，年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益70余萬(wàn)元/年，同時(shí)進(jìn)一步濃縮濃水，為下一步中水回用提供良好的準(zhǔn)備條件。

1.3尿素解析廢液、化工冷凝液的綜合利用

氣化裝置脫鹽水的使用主要包括各低壓機(jī)泵的機(jī)封密封水、灰水各閃蒸罐液位計(jì)的沖洗水、氣化燒嘴冷卻水及各流量計(jì)壓力表的沖洗水總量在110m3/h左右（包括備泵防凍水），此部分水使用后隨生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行工藝系統(tǒng)無(wú)法回用。其水質(zhì)要求相對(duì)不高，長(zhǎng)期使用脫鹽水作為補(bǔ)水略有浪費(fèi)。

尿素裝置在正常運(yùn)行負(fù)荷下產(chǎn)生的解吸液壓力在0.2Mpa左右；溫度在60-80℃，外送至水站代替部分循環(huán)水補(bǔ)水，由于其水質(zhì)良好且溫度高，用于水質(zhì)補(bǔ)水不僅增加水站熱負(fù)荷而且解析液的優(yōu)良水質(zhì)用于補(bǔ)水過(guò)于浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)比工藝機(jī)泵密封等用水指標(biāo)情況，解析液除PH偏低外，基本能夠滿足其使用。通過(guò)改造將解析液加堿調(diào)整到指標(biāo)9-11后送入機(jī)泵密封和液位沖洗等工段，從而大大節(jié)約了除氧水用量。

化工冷凝液總量約220m3/h，溫度為80-95℃，余熱利用換熱后溫度為60℃，水質(zhì)情況較為潔凈，主要影響因素為COD、氨氮指標(biāo)，總體水質(zhì)較為清潔?；だ淠夯厥盏綒饣?chē)間、變換崗位等作為機(jī)泵密封水、灰水各閃蒸罐液位計(jì)的沖洗水、氣化燒嘴冷卻水及各流量計(jì)壓力表的沖洗水使用，多余的冷凝液根據(jù)水質(zhì)情況送到大氮肥脫鹽水站進(jìn)行精制處理。

1.4鍋爐排污水的綜合利用

1.4.1鍋爐排污水一般溫度、壓力較高，根據(jù)壓力情況設(shè)置閃蒸槽，閃蒸出低壓蒸汽回用或用于鍋爐給水除氧。按照副產(chǎn)9.8MPa蒸汽，總負(fù)荷960t/h，計(jì)算，排污量在15m3/h左右，設(shè)置副產(chǎn)0.5MPa蒸汽閃蒸槽后可回收低壓蒸汽5-8m3/h，用于工藝裝置使用，低壓蒸汽價(jià)值按照80元/t計(jì)算，年創(chuàng)造效益為384萬(wàn)元/年。

1.5黃河水加溫項(xiàng)目節(jié)約蒸汽項(xiàng)目

回收利用空壓機(jī)汽輪機(jī)循環(huán)水廢熱，實(shí)現(xiàn)反滲透黃河水冬季升溫（25℃可滿足反滲透產(chǎn)水高效率），替代目前1.0Mpa蒸汽直接加熱黃河水，冷卻后的循環(huán)水不用上塔節(jié)電（停風(fēng)機(jī)）、節(jié)水（無(wú)蒸發(fā)、散失、濃縮等損失）。

2 循環(huán)水、污水系統(tǒng)的節(jié)水措施

2.1.冷卻水塔頂水汽回收節(jié)水技術(shù)

循環(huán)冷卻水蒸發(fā)水汽回收技術(shù)是下一步循環(huán)水站節(jié)水的重要研究方向。涼水塔頂蒸汽的回收有非?？捎^的回用水量，化工企業(yè)作為用水戶有70%的新鮮水用于冷卻塔補(bǔ)水，補(bǔ)水的80%通過(guò)換熱形成水汽蒸發(fā)到大氣中損失，按照單塔循環(huán)水量為4000m3/h計(jì)算，蒸發(fā)所帶走的水汽量用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

E=（0.1+0.002×T）×R×（T1-T2）/100，

E：蒸發(fā)水量m3/h

T：大氣干球溫度℃（全年平均氣溫為20℃）

R：冷卻循環(huán)水量m3/h（單塔按4000m3/h計(jì)算）

T1-T3：冷卻水塔上、回水溫差（平均10℃）

蒸發(fā)量為56m3/h，按照30%的回收率計(jì)算，可回收純凈水汽16.8m3/h用于循環(huán)水冷卻塔的補(bǔ)水，按照濃縮倍數(shù)5倍計(jì)算，實(shí)際補(bǔ)水量R=E*5/（5-1）=70，回用冷凝水后濃縮倍數(shù)可以提高到6.5倍，補(bǔ)水量為R= E*6.5（6.5-1）-16.8=49m3/h，節(jié)約用水量21m3/h。單塔回收效益37萬(wàn)元/年。按照全廠56臺(tái)塔計(jì)算，全部回收效益為2070萬(wàn)元/年。

2.2.中水回用技術(shù)

循環(huán)水、生化處理等排污水的深度處理回用，依托中水回用技術(shù)，結(jié)合運(yùn)行裝置的實(shí)際情況，統(tǒng)籌規(guī)劃，擇優(yōu)選擇較為經(jīng)濟(jì)合理的處理工藝。當(dāng)前中水回用的技術(shù)主力還是反滲透膜脫鹽，因其脫鹽率高、濃水量小，污二次污染等優(yōu)勢(shì)廣泛被用于污水回用工藝。

兩種水質(zhì)基本相似，均質(zhì)后需先進(jìn)行預(yù)處理脫除硬度、堿度、懸浮物濃度，較為潔凈的水送入一級(jí)反滲透脫鹽處理，濃水進(jìn)入二級(jí)濃水反滲透，濃濃水含鹽量達(dá)到TDS：38700mg/L，最終實(shí)現(xiàn)雙效蒸發(fā)結(jié)晶形成固鹽外運(yùn)。由于當(dāng)前對(duì)排水總鹽濃度未嚴(yán)格要求，濃濃水達(dá)標(biāo)排放。

3 節(jié)水綜述

由于工業(yè)用水量大、供水比較集中、節(jié)水潛力相對(duì)較大且易于采取節(jié)水措施，因此，工業(yè)節(jié)水是實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗的重要手段。通過(guò)以上節(jié)水措施 實(shí)現(xiàn)了企業(yè)提質(zhì)增效、節(jié)能降耗的目標(biāo)，并為企業(yè)創(chuàng)造了較為可觀的效益。

中水回用、回收蒸發(fā)水汽等技術(shù)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)效益，當(dāng)前新鮮水的取水費(fèi)用較低沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮隨著國(guó)家進(jìn)一步限制工業(yè)用水，企業(yè)將面臨無(wú)水可用的處境，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。中水回用則從一定程度上改善了用水供給矛盾，給企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有利支持。促使企業(yè)在經(jīng)濟(jì)杠桿的作用下，積極采取有效的措施節(jié)約用水。除了技術(shù)措施，日常管理水平也是有效節(jié)水的重要手段，包括：開(kāi)展水平衡測(cè)試，計(jì)算每個(gè)生產(chǎn)單位所需的水量，然后設(shè)立查驗(yàn)措施，控制耗水量；設(shè)法縮短熱水管，并將冷水管遷離蒸汽管及其他發(fā)熱的地方。盡量降低水壓；定期檢查隱蔽水管，以防漏損，檢查內(nèi)部供水系統(tǒng)，修理有毛病的水箱、水龍頭及其他的供水設(shè)施；大力推廣節(jié)水型設(shè)備工藝等。

參考文獻(xiàn)：

[1]《過(guò)程系統(tǒng)工程方法在煤化工節(jié)水優(yōu)化中的應(yīng)用》.宏曉晶、劉雪鵬、吳盛文.工業(yè)水處理..2015年第8期；

[2]《化肥生產(chǎn)污水超低排放項(xiàng)目實(shí)施總結(jié)》.顧朝繪、崔增濤.化肥工業(yè)..2016年1月；

（作者單位：山東華魯恒升化工股份公司）