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循环水处理中自动加药设备应用分析

现代工业系统中, 循环水系统具有举足轻重的作用, 循环水水质的好坏直接关系到换热设备的寿命、生产的能耗, 甚至产品的品质。目前, 投加水质稳定剂是一种最常用、效果最直观的循环水处理方法, 也被设计人员广泛接受。但是, 在实际的设计工作中, 通常的循环水加药设备往往只是几个药剂桶和计量泵。实践证明, 这样简单的配置和控制, 远不能满足现代工业/ 高品质、低能耗0的要求。本文通过介绍某水泥生产线循环水处理项目的设计实例, 简要阐述循环水自动加药设备的应用及控制原理。
  1 系统概况
  某水泥生产线共有2 个独立的循环冷却水系统, 各采用1 套自动加药设备往往只是几个药剂桶和计量泵。实践证明, 这样简单的配置和控制, 远不能满足现代工业/ 高品质、低能耗0的要求。本文通过介绍某水泥生产线循环水处理项目的设计实例, 简要阐述循环水自动加药设备的应用及控制原理。
  1 系统概况
  某水泥生产线共有2 个独立的循环冷却水系统, 各采用1 套自动加药设备对循环水进行处理。现仅以1# 系统为例, 介绍系统情况及其自动加药设备。
  该系统设计循环水量为1 080 m3 / h, 换热温差55 e , 采用敞开式循环冷却系统, 二级换热。若按通常的设计, 循环水系统的加药和排污均由人工控制, 具有很大的随意性, 所以循环水的浓缩倍数往往偏低。在很多工业系统已有的循环水系统中, 浓缩倍数一般都在2. 5 左右, 若以此计算, 该系统补水量约172. 6 m3 / h, 排水量约69. 1 m3 / h。该系统的加药操作采用了SC ZY05CBS 自动
  加药设备, 可实现补水流量、系统电导率、pH 等主要水质参数的在线监控, 并可预设拟控制的浓缩倍数, 从而实现自动加药、自动排污, 并能精确控制系统的浓缩倍数。实际运行中, 系统的浓缩倍数基本稳定在设计值( K = 4) 左右, 以此计算, 系统补水量约138. 1 m3 / h, 排水量约34. 5 m3 / h。
  2 浓缩倍数
  浓缩倍数是敞开式循环冷却水系统设计中的重要参数, 其大小直接关系到循环水的补水量和排水量, 而循环水的加药量是根据排水量确定, 因此浓缩倍数的控制对于生产单位节省能耗、减少运行费用至关重要。
  以上述系统为例, 比较浓缩倍数K = 2. 5 和K= 4 时, 补水量、排水量、年加药量和年运行费用之间的差别, 比较结果见表1。
  表1 浓缩倍数差异比较
  
  注: 加药浓度按100 mg/ L 计; 当地水费按1 元/ m3 计; 表中的药
  剂仅指阻垢缓蚀剂( 按1. 5 万元/ t 计) , 杀生剂采用冲击投加, 耗量与
  浓缩倍数无关。
  当对循环水系统的浓缩倍数和药剂投加量进行自动控制后, 该系统每年的补水费用节省约30 万元, 药剂费用节省约45 万元。由此可见, 通过一系列高精度在线监控仪表和自动加药设备, 精确控制整个循环水处理的运行过程, 每年节省的运行费用相当可观。
  3 自动加药设备控制原理
  循环水系统自动加药设备工作原理见图1。
  
  图1 循环水自动加药设备工作示意
  3. 1 自动排污单元
  循环水处理中, 排污量直接关系到浓缩倍数的控制。在循环流量和换热温差一定的条件下, 排污量越大, 系统的浓缩倍数越小; 反之, 系统的浓缩倍数越大。一般的循环水系统浓缩倍数是采用补充水中某种离子浓度与循环水中该离子浓度的比值来确定的。
  如果系统中不投加含氯杀生剂, 那么一般以Cl-作为参照离子, 因为Cl- 在循环水中较稳定, 且易于检测。如果系统投加含氯杀生剂, 则一般采用K+ 、Na+ 等离子作为参照离子。但是, 在浓缩倍数的在线监测和控制的应用中, 一般通过在线监测电导率, 由补充水和循环水的电导率比值来估算。这是因为: ①直接监测Cl-、K+ 、Na+的传感器非常昂贵, 不适合普通工业系统的应用; ②电导率比值与浓缩倍数具有较好的相关性, 且该类传感器的工业应用较成熟。
  一般来说, 自动排污单元中只需配置1 套电导率监测装置, 当其达到预设值时, 可自动开启排污阀门。但是, 当补充水水质变化较大时, 建议在补充水和循环水管路上分别安装电导率监测装置, 并通过两者测得电导率的比值来控制排污阀门的启闭。
  3. 2 阻垢缓蚀剂投加单元
  阻垢缓蚀剂正常发挥作用的关键是保持循环水系统内药剂浓度达到设计要求, 因此当系统排污, 药剂随排污水一起流失时, 需按排污流失的药剂量进行补充。但是, 对于一般循环水系统( 尤其是老系统) , 其流失的水不仅是排污, 还有少量的风吹、溅射损失, 以及跑、冒、滴、漏等难以计量的损失。因此,
  对于这些系统, 可根据补水量和系统控制的浓缩倍数来确定实时加药量。
  3. 3 杀生剂投加单元
  循环水系统的杀生剂一般以氧化性杀生剂为主, 非氧化性杀生剂为辅, 在控制循环水系统中菌藻滋生的同时降低费用。投加方式一般采用冲击投加, 即短时间内, 使系统内杀生剂达到较高浓度, 杀灭系统内的菌藻等微生物。投加频率需根据药剂特性和系统情况采用时间控制器进行控制。
  另外, 当阻垢缓蚀剂和杀生剂联合使用时, 应充分考虑药剂之间的配伍性能, 例如: 阻垢缓蚀剂是否具有抗氧化性或抗氯性, 当投加氧化性杀生剂或氯
  系杀生剂时, 对阻垢缓蚀剂的功效是否有影响等。
  3. 4 加酸单元
  对于一些补充水属于高硬高碱水的系统, 建议采用加酸的方法来控制系统的pH, 从而控制循环水的结垢趋势。1946 年Ry znar[ 1] 就提出了用RSI指数来判断水体的结垢和腐蚀趋势的理论。对于高硬高碱水, RSI< 6, 系统具有结垢趋势, 加入适量的酸, 可降低水体的pH, 从而增大RSI。当RSI= 6时,可认为系统属于稳定状态, 既不结垢也不腐蚀。但是, 如果加酸过量, 使RSI> 6, 系统又会出现腐蚀趋势。因此, 通过在线仪表的监控, 精确投加酸液, 能将系统控制在稳定状态。一般情况下, 控制系统的RSI= 5( 轻微结垢) 左右, 再辅以少量阻垢缓蚀剂,对于控制高硬高碱补充水的循环水系统水质稳定还是比较有效的。如图1 所示, 流量传感器安装在补水管上, 测得的流量值传送至控制器, 由控制器发出指令, 调节稳定剂投加计量泵的冲程或频率。在系统的旁路管道上, 分别安装流量开关、pH 传感器、电导率传感器。流量开关用于侦测系统的运行状态, 如果系统停止运行( 无水流) , 自动加药设备也自动停止运行。pH传感器将测得的数字传送至控制器, 由控制器发出指令, 调节酸液计量泵的冲程或频率。当pH 传感器测得数值达到补充水的若干倍时, 控制器将控制排污电动阀开启, 自动进行排污, 直至电导率再次回到正常范围。
  4 结语
  总之, 在进行循环水处理的设计时, 设计人员的工作不应仅仅是提出设计方案, 更应对所采用的水处理设备的性能有所了解, 确保水处理设备的工作性能满足设计要求。否则, 即使提出的设计方案很合理, 如果最终使用的设备难以满足设计要求, 设计人员的方案还是难以实现。
  参考文献
  1 周本省. 工业水处理技术. 北京: 化学工业出版社. 2002
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