工業循環冷卻水系統旁濾水量的確定

摘 要：本文對工業循環冷卻水系統采用旁濾方式控制懸浮物含量時旁濾量的確定因素進行了分析，提出了計算公式，并結合運用實例說明了各參數的確定，可供給排水設計人員參考。

關鍵詞：工業循環冷卻水旁濾水量懸浮物濃縮倍數

中圖分類號:TQ085文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0050-02

循環冷卻水處理，可以概括為去除懸浮物、控制泥垢及結垢、控制腐蝕及微生物四個方面。

循環冷卻水系統可以分為密閉式和敞開式兩種。由于密閉式循環冷卻水系統用水一般都是軟水、脫鹽水或蒸汽冷凝液，水在系統中不與空氣接觸，不受陽光照射，結垢與微生物控制不是主要問題，但腐蝕問題仍然存在。敞開式循環冷卻水系統，冷卻水吸收熱量后，經冷卻構筑物(冷卻塔)與大氣直接接觸，二氧化碳逸散，溶解氧和濁度增加，水中溶解鹽類濃度增加以及工藝介質的泄漏等，使循環水水質惡化，給系統帶來結垢腐蝕、污泥和菌藻等問題。循環冷卻水系統中的懸浮物不僅是污垢沉積的原因之一，也是加速冷卻設備腐蝕的重要因素。循環水系統中的冷卻塔既是一個熱量交換器，也是周圍環境的空氣洗滌塔，大氣中的塵埃大量地被冷卻塔內部的噴淋水吸收，使得系統的水質不斷惡化，并最終導致系統無法運行。因此，有必要對系統的懸浮物含量進行控制。目前，我國多采用旁流過濾及集中排污的方法控制系統的懸浮物含量，旁濾量通常按經驗值確定。在工程設計中，設計人員往往很少進行循環水系統懸浮物含量平衡計算，而是取一個總循環水量的百分比(常為1％～5％)作為旁濾設備選擇的參數，這種旁濾量確定的方法為一般的經驗數據，缺乏理論依據，過于籠統，且在某些特定行業、特定環境中已被證明無法適用。

1 旁濾水處理設施的選擇

旁濾水處理目的是保持循環水水質，使循環水系統在滿足濃縮倍數條件下有效和經濟地運行。在高濃縮倍數條件下運行時，可減少補充水量和排污水量，減輕對環境的污染。旁濾處理方法可以去除懸浮物溶解固體二類，其處理方法和一般給水處理的相關方法相同。通常使用的是過濾方法以去除懸浮物。

循環冷卻水處理系統設計中有下列情況時，應考慮設置旁濾水處理設施:在設計確定的濃縮倍數(尤其是較高的濃縮倍數)情況下冷卻水水質超過允許指標;由于外界(如空氣中飄塵等)污染，工藝物料泄漏及其他污染物;旁濾水處理設備可根據具體需要去除下列雜質的一項或幾項:去除懸浮物，生物粘泥等雜質;去除堿度，硬度或含鹽量;去除其它有害污染物質，油類污物等。

2 影響旁濾量確定的因素

敞開式系統中的懸浮物一部分來源于補充水，由于補充水多是經過預處理的水，所以其懸浮物含量大致一定。另一部分來源于空氣中的塵埃。冷卻水經過冷卻塔與空氣接觸時，空氣中的塵埃會被洗入水中，其帶入循環水中的濃度往往要比補充水所帶入的高許多倍。因此，必須將部分循環水從旁路抽出，送入旁濾裝置過濾，去除部分懸浮物后再送回循環水系統，從而保持系統中懸浮物含量在控制范圍。影響旁濾量確定的主要因素有:補充水的懸浮物含量;循環水允許的懸浮物含量;空氣中的含塵量;冷卻塔的風量;系統的濃縮倍數;系統的排污及風吹、漏損水量;過濾設備的截污能力。其中，大氣的含塵量及冷卻塔的風量是確定旁濾量的最重要因素。在特定的氣象條件下，冷卻塔的風量主要由系統的循環水量及冷卻塔進、出口溫差決定。

3 旁濾量的計算

3.1 計算公式

Qsf=[Qm×Cms+Ks×Ca×A-(Qb+Qw)×Crs+Q×Cz］/(Crs-Css)

式中:Qsf -旁濾水量(m3/h)

Cms-補充水的懸浮物含量(mg/l)

Crs-循環水的允許懸浮物含量(mg/l)

A-冷卻塔的風量(m3/h)

Ca-空氣含塵量(g/m3)，我國鋼鐵廠一般取0.0005～0.001g/m3，煉鐵、煉鋼區取大值，軋鋼區取小值;

Ks-懸浮物沉降系數，由試驗確定。通常可取0.2。

Qb-排污水量(m3/h)

Qw-風吹及漏損水量(m3/h)

Q-循環水量(m3/h)

Qm-補充水量(m3/h)

Css-過濾器出水懸浮物含量(mg/l)

Cz-系統內由于菌藻滋生引起的懸浮物含量(mg/l)，可計0.03。

3.2 主要參數的確定

3.2.1 空氣含塵量Ca

Ca值應經實測確定，當無資料時可采用表1數據。

3.2.2 冷卻塔風量A

A值主要由循環水量及冷卻塔進、出口溫差決定，并與冷卻塔的結構形式有關，該值在冷卻塔設計時確定。

3.2.3 循環水的允許懸浮物含量Crs

Crs值應根據換熱設備的結構形式、材質、工況條件、污垢熱阻值、腐蝕率及所采用的水處理方式等因素確定。我國《工業循環冷卻水處理設計規范》規定，循環冷卻水的懸浮物含量宜符合以下規定:根據生產工藝條件確定，允許值≤20mg/L;當換熱設備為板式、翅片管式、螺旋板式時，允許值≤10mg/L。

3.2.4 排污水量與風吹、漏損水量之和(Qb+Qw)

(Qb+Qw)=Qe/(N-1)

式中:Qe-冷卻塔蒸發損失水量(m3/h)

N-濃縮倍數

(1)濃縮倍數N

循環冷卻水系統的濃縮倍數N一般應根據生產工藝設備要求的循環冷卻水水質及生產補充新水水質，進行比較后確定。當工藝設備對循環冷卻水水質無要求時，可根據循環冷卻水的水質標準與生產補充新水水質進行比較來確定N值。同時N值也與系統采取的水質穩定措施密切相關。在系統設計時該值預先確定。需說明的是，該值對節水有重要意義，設計時應采用較高的N值。

(2)冷卻塔蒸發損失水量Qe

據估計，循環水在冷卻塔內被冷卻有85％～95％是通過蒸發散熱，設計時可近視認為散熱量≈蒸發散熱量，即

Qe=[Q×△t×1000］/[λ×1000］

式中:λ-水的汽化熱 598kcal/kg

△t-冷卻塔進、出口溫差(℃)

3.2.5 補水量Qm

Qm=N×(Qb+Qw)=N×Qe/(N-1)

3.2.6 過濾器出水懸浮物含量Css

目前，國內常用旁濾設備為石英砂過濾器。石英砂過濾器在進水懸浮物不太高(≤50mg/l)的情況下，出水懸浮物可保證3 mg/l。

4運用實例

國內某鋼廠設有一套間接冷卻用清循環水系統，采用旁濾控制系統的懸浮物含量，其主要參數如下:

循環水量7300m3/h

供水溫度35℃

回水溫度43℃

濕球溫度30℃

濃縮倍數2

補充水SS≤20mg/l

循環水SS≤10mg/l

冷卻塔設計風量2x527m3/s

試確定系統的旁濾水量Qsf

計算步驟:

4.1 確定大氣含塵量

經實測，設計采用的區域含塵量為3mg/m3

4.2 排污量與風吹漏損水量之和(Qb+Qw)

Qb+Qw=Qe/(N-1)=[Q×△t×1000］/[λ×1000×(N-1)］

=[7300×(43-35)×1000］/[598×1000］

=98m3/h

4.3 補水量Qm

Qm=N×(Qb+Qw)=2×98=196m3/h

4.4 過濾器出水懸浮物含量Css

設計采用Css=3mg/l

4.5 旁濾量Qsf

Qsf=[Qm×Cms+Ks×Ca×A-(Qb+Qw)×Crs+Q×Cz］/(Crs-Css)

=(196×20+0.2×3×2×527×3600×10-3-98×10+7300×30×10-3)/(10-3)

=776.5m3/h

實踐證明:經過計算得出的旁濾水量是合理的，能保持系統中的懸浮物含量在控制范圍內，從而控制污垢的產生，保持系統正常經濟運行。

5結語

工業循環水系統采用旁濾可有效控制懸浮物含量，從而有效控制污垢，保持系統能有效和經濟地運行。但選擇合理的旁濾量是關鍵，在進行系統設計時應綜合考慮各種因素的影響，正確選擇各種參量進行有效的計算，真正做到經濟、適用。