用軟水替代清水，提高循環水系統濃縮倍數對水處理成本的影響

(江蘇永鋼集團有限公司能源部，江蘇張家港 215600)

前言

2018年11月開始，唐山瑞豐鋼鐵制氧廠循環水系統由清水補水改為用清水+軟水混合補水，提高循環水濃縮倍數，水耗由2.709 t/m3下降至0.757 t/m3，節水明顯。試從成本角度分析本單位用軟水替代清水來提高循環水濃縮倍數的可行性。

1 現狀調查

目前，公司的循環水系統基本用清水補水，下面以煤氣發電一、二期的循環水系統為例，測算、分析使用清水補水與使用軟水補水的成本。

1.1 水質

水廠外供清水和軟水水質情況如表1 所示（數據統計周期為2019年1月至3月，取平均數值）。

表1 清水和軟水水質情況

1.2 水質控制標準

煤氣發電一、二期循環水系統的循環量Q=12000 t/h，冷卻塔進出水溫差Δt=8 ℃，該系統循環水水質控制標準如表2所示。

表2 循環水水質控制標準

1.3 濃縮倍數計算

1.3.1 系統蒸發量

其中：E——系統日蒸發量；

α——蒸發冷卻系數，取全年平均值0.14（%/℃）；

Q——系統循環量；

Δt——冷卻塔進出水溫差。

由上式可以看出，同一個循環水系統在同一時間的蒸發量基本不變，與補水水質無關。

1.3.2 濃縮倍數

N=C循/C補=M/(M-E)=M/B=1+E/B

其中：N——濃縮倍數；

C循——循環水系統中離子濃度；

C補——清水補水中離子濃度；

M——補水量；

B——排污量；

E——蒸發損失量。

由上計算公式可以看出，濃縮倍數與補水水質相關，水質越好濃縮倍數越高，而濃縮倍數越高，排污量及補水量就越少。

1.4 不同補水水質對循環水系統濃縮倍數、補水量及排污量的影響

因CaCO3和Cl-在補充水和循環水中含量及性能比較穩定，且這兩個指標是循環水水質控制指標，所以選用總硬度和Cl-濃度計算循環水系統濃縮倍數。

根據公司水處理廠清水、軟水水質化驗數據，計算時清水和軟水Cl-含量均取50 mg/L，軟水總硬度可忽略不計，計算補水水質在不同硬度時的補水量及排污量,見表3。

表3 同條件下不同補水水質的補水量及排污量對比

根據表3畫濃縮倍數與補水量的關系見圖1。

圖1 濃縮倍數與補水量的關系圖

由圖1數據可以看出，補充水的總硬度越小，濃縮倍數越大，補水量也就越小，循環水系統排污量也越小，但是當濃縮倍數＞5之后，節水量不明顯。

2 水處理成本測算

根據永鋼水處理廠水處理成本數據，清水成本1.02 元/t，軟水成本2.65 元/t，污水處理費1.56 元/t。以1 t 清水作為源水，可以生產0.85 t 軟水（軟水制水率85%），以及產生0.15 t污水。

若清水補水硬度170 mg/L 時，用部分軟水代替清水補水時的補水量及水處理費用如表4。

表4 同條件下不同補水水質成本對比

循環水Cl-控制標準是400 mg/L，所以當總硬度降到一定值后，系統的濃縮倍數應以Cl-濃度來計算，該系統最高濃縮倍數為8.0。

從表4 數據來看，在清水總硬度170 mg/L 時，雖然用軟水代替清水補水，濃縮倍數提高，但是綜合水處理成本并沒有下降，隨著軟水使用量的增大而增大。

按表4 方法，計算不同清水硬度從100～280 mg/L 時用部分軟水代替清水補水時的補水量及水處理費用，當清水硬度小于220 mg/L，直接使用清水補水，水處理成本最低；當清水硬度220～260 mg/L 時，使用軟水部分代替清水補水會降低水處理成本；當清水硬度大于260 mg/L 時，全部使用軟水補水時水處理費用最低。

3 結論

用軟水替代清水補水，循環水系統濃縮倍數上升，污水排放量減少，綜合考慮水處理成本，在清水硬度小于220 mg/L時，沒有必要替換軟水補水。