化學(xué)工業(yè)冷卻節(jié)水、凝液回收和污水凈化回用措施探討

1、化學(xué)工業(yè)冷卻節(jié)水、凝液回收和污水凈化回用措施探討 08-09-11 14:41:00 作者：伍桂松編輯：studa0714摘要化學(xué)工業(yè)用水量大，節(jié)水是我國化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。尤其對位于西北和北方沿海缺乏淡水的地區(qū)，發(fā)展節(jié)水工藝技術(shù)已是當(dāng)務(wù)之急。采取冷卻系統(tǒng)節(jié)水、冷凝水回收利用、污水凈化回用等措施，可有效節(jié)約化學(xué)工業(yè)用水。 關(guān)鍵詞化學(xué)工業(yè)，水資源保護，水處理我國是一個水資源嚴(yán)重短缺的國家，特別是北方沿海地區(qū)和廣大西部地區(qū)是我國最缺水地區(qū)之一?？紤]到北方沿海地區(qū)和西部人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水需求等因素，北方沿海地區(qū)和西部地區(qū)的供水形勢還將更加嚴(yán)峻。同時，南方沿海部分

2、地區(qū)也存在著水質(zhì)性和資源性缺水狀況。我國化學(xué)工業(yè)已成為最重要的工業(yè)門類之一，2005年實現(xiàn)產(chǎn)值42483億元，工業(yè)增加值10256億元，實現(xiàn)利稅2059億元，分別占全國總量的16.88%，14.21%和9.9%?；瘜W(xué)工業(yè)擁有幾十個行業(yè)、數(shù)百萬種產(chǎn)品，技術(shù)先進，裝備優(yōu)良，滲透到國民經(jīng)濟生產(chǎn)和人類生活各個領(lǐng)域。特別是，我國目前正逐步進人能源重化工時代，化學(xué)工業(yè)作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的地位將更加突出?；瘜W(xué)工業(yè)高速發(fā)展已成為國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的必然要求，而水資源保障不夠已成為部分地區(qū)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的制約因素之一。化學(xué)工業(yè)是用水大戶，萬元產(chǎn)值綜合耗水量20100t，其中煉油企業(yè)耗水量最低，為35t，石油化工耗水量較低

3、，約為20t左右。煤化工耗水量比石油化工要高得多，萬元產(chǎn)值綜合耗水量約100t左右。精細(xì)化工耗水量巨大，萬元產(chǎn)值耗水量最高可達400500t。按我國化工行業(yè)萬元產(chǎn)值平均用水負(fù)荷75t計，2005年化學(xué)工業(yè)耗水量達到300億t左右，占全國耗水總量5573億t的5.3%(2005年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報)，工業(yè)耗水量的20%以上，是我國工業(yè)中最大的用水產(chǎn)業(yè)之一。目前，化工行業(yè)用水狀況與國際先進水平相比還存在著很大差距，尚有很大節(jié)水潛力。據(jù)報道，美國、加拿大和墨西哥三國化工單位產(chǎn)值耗水量為38m3萬元，僅為我國的二分之一。單位產(chǎn)值用水量的加大，不僅浪費了寶貴的水資源，更大的問題是將直接加大廢水的排放量

4、，1t新鮮水將產(chǎn)生0.20.5t的廢水。由于人們對環(huán)境關(guān)注的日益加強和環(huán)境保護法規(guī)的日益嚴(yán)格，節(jié)約用水將成為化工企業(yè)改善環(huán)境影響，提高經(jīng)濟效益的重要手段。從我國化學(xué)工業(yè)的布局結(jié)構(gòu)看，我國現(xiàn)代石油和化學(xué)工業(yè)主要分布在發(fā)達地區(qū)，由于近年來經(jīng)濟的高速發(fā)展，結(jié)構(gòu)性缺水日益嚴(yán)重，在華北地區(qū)，新鮮水價格最高已達5元t以上，也就是說1t甲醇僅新鮮水費用就達到100元左右。特別是近年來由于我國能源化工需求的不斷增長、國際原油價格居高不下，我國西部地區(qū)以豐富的煤炭資源為依托，迎來了煤化工發(fā)展的新時代。但由于我國煤炭資源與水資源的逆向分布，水資源已成為西部各省發(fā)展能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約因素。從可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，

5、近年來國家特別強調(diào)全面貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，在“十一五”“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”，要求“落實節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，建設(shè)低投入、高產(chǎn)出、低消耗、少排放、能循環(huán)可持續(xù)的國民經(jīng)濟體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會?！痹趪窠?jīng)濟的各個環(huán)節(jié)落實“節(jié)約能源、節(jié)約用水、節(jié)約土地、節(jié)約材料、加強資源的綜合利用?！辈⑻岢隽思s束性指標(biāo)，即“單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右，單位工業(yè)增加值用水量降低30%，農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)提高到0.5，工業(yè)固體廢物綜合利用率提高到60%?！被瘜W(xué)工業(yè)作為用水大戶，在這樣的政策背景下，大力提倡節(jié)水是大勢所趨，節(jié)約用水已成為化學(xué)工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的一個重要環(huán)節(jié)。

6、1、化學(xué)工業(yè)節(jié)水的基本途徑從化工行業(yè)自身特點來看，化工用水量最大的環(huán)節(jié)是冷卻用水、鍋爐給水和工藝用水。冷卻用水在總用水量中所占比重最大，一般占到裝置總用水量的60%70%，特別是氮肥、基本化工原料等行業(yè)。而冷卻水使用后，除溫度稍高外，一般水質(zhì)清潔，無污染，只要進行水質(zhì)穩(wěn)定后即可循環(huán)回用。因此，減少冷卻水的使用是化工節(jié)水的根本途徑。蒸汽凝液回收是減少鍋爐用水的主要途徑。工藝水由于直接參與化學(xué)反應(yīng)，直接回收的可能性較小，選擇本質(zhì)節(jié)水型工藝是減少工藝用水的主要途徑。另外對廢水排放進行深度處理，生產(chǎn)符合生產(chǎn)要求的回用水也是節(jié)水的主要途徑之一。因此化工行業(yè)節(jié)水的基本途徑為：節(jié)水型工藝；冷卻節(jié)水(高循環(huán)倍

7、率技術(shù)、空冷技術(shù)、海水冷卻)；凝液回收；污水回用。其中節(jié)水型工藝應(yīng)該是在項目前期工作中首先就要考慮的問題，并且不同化工產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)水工藝相差較大。本文重點討論冷卻節(jié)水、凝液回收和污水回用。2、冷卻節(jié)水2.1、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水化工企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)基本流程一般是：給水管網(wǎng)來的新鮮水經(jīng)循環(huán)水處理裝置緩蝕阻垢處理后進入循環(huán)水給水管網(wǎng)，供全廠冷換熱設(shè)備使用，換熱后水溫達到設(shè)計值后，進入循環(huán)回水管網(wǎng)，一部分經(jīng)冷卻塔換熱后溫度降低10cC左右，依靠重力沉降于塔下水池，另一部分約占總水量的3%進入旁濾系統(tǒng)，過濾以降低循環(huán)水濁度，再進入塔下水池，經(jīng)格柵進人吸水池，再經(jīng)過緩蝕阻垢、殺菌滅藻藥劑處理，水質(zhì)穩(wěn)定后，經(jīng)循

8、環(huán)水泵升壓送至循環(huán)水給水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)如圖1所示，2)。要減少循環(huán)水系統(tǒng)用水量，最主要的措施是提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)。循環(huán)水濃縮倍數(shù)的定義如下所示：濃縮倍率：循環(huán)冷卻水中某種鹽分的濃度補給水中某種鹽分的濃度以循環(huán)量為10000m3h、冷熱水溫差10的循環(huán)水系統(tǒng)為例，不同濃縮倍數(shù)下的補充水率、排污率和節(jié)水率如表1所示。從表1可以看出，使用循環(huán)水較使用直流水具有顯著的節(jié)水減排效果，濃縮倍數(shù)在1.5，補充水率為3.31%，折算成節(jié)水率為96.69%；污水排放率為2.23%，折算成減排率為97.77%。隨著濃縮倍數(shù)升高，節(jié)水減排效果提高，節(jié)水率和減排率提高，但提高的幅度逐漸下降。目前，由于水源緊張，水

9、價上漲，排污收費增加，個別企業(yè)循環(huán)水濃縮倍數(shù)已提升至6以上。目前我國化工企業(yè)循環(huán)水濃縮倍率一般在2左右，如果都提高到6，可減少循環(huán)水補充水40%，減少污水排放80%。要提高循環(huán)水濃縮倍率，主要通過以下幾種方法。2.1.1、優(yōu)化水處理配方提高循環(huán)水濃縮倍率，在補充水水質(zhì)不變的情況下，最顯著的結(jié)果就是循環(huán)水中的含鹽量提高，濁度增大，微生物增多等。如處理不當(dāng)，將加速設(shè)備管道的腐蝕，并導(dǎo)致裝置利用率的降低和循環(huán)水水質(zhì)的惡化。通過調(diào)整循環(huán)水處理配方，循環(huán)水濃縮倍率可以提高到3-4。循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運行情況下。加藥、加酸設(shè)施的安全可靠是水處理的基礎(chǔ)，因此要求循環(huán)水系統(tǒng)有較高水平的水質(zhì)在線監(jiān)測和自動加藥系統(tǒng)

10、，因此要以系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、可靠，減少操作波動為首要條件，選用與系統(tǒng)相適應(yīng)的自動連續(xù)加藥(加酸)設(shè)備。高濃縮倍數(shù)運行時，循環(huán)水離子含量和污染物含量增加，濁度和微生物控制難度加大，需要加強旁流處理和殺菌。配備旁流過濾器，其流量為循環(huán)水量的3%-5%，以降低循環(huán)水中的懸浮物、膠體和部分微生物，有利于控制循環(huán)水腐蝕及結(jié)垢。天津化工研究設(shè)計院開發(fā)了高濃縮倍率工業(yè)冷卻水處理及智能化在線遠程監(jiān)控技術(shù)，該技術(shù)通過高效阻垢分散劑、緩蝕劑的開發(fā)并組成最佳配方，與智能化在線遠程監(jiān)控技術(shù)進行有效集成。這一技術(shù)的使用可以將我國工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)目前普遍運行的濃縮倍率由2倍左右提高到5倍以上，解決循環(huán)水水質(zhì)因提高濃縮倍率而引

11、起的嚴(yán)重結(jié)垢及腐蝕問題，從而提高了工業(yè)用水的重復(fù)利用率并最大限度地減少了排污量。該技術(shù)目前已獲得多項國家專利，并已在天津石化公司乙烯廠建成了應(yīng)用示范工程，該工程年節(jié)水60萬t，直接經(jīng)濟效益300多萬元。2.1.2、改善循環(huán)水補充水水質(zhì)在循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)不變的前提下，要提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，最直接的方法就是提高循環(huán)水補充水的水質(zhì)。特別是對于補水水質(zhì)較差，或受客觀條件限制，無法大幅提高水處理劑的性能時，也可以采取對補充水進行預(yù)處理的辦法，改善補水水質(zhì)，以利于循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的提高。這種措施在北方高堿、高硬水系尤其適用，而且綜合效益明顯，目前在一些企業(yè)已得到了成功應(yīng)用。按石油化工給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，石

12、油化工敞開式循環(huán)水水質(zhì)要求Ca2+質(zhì)量濃度為30-500mRL，而石為，石油化工企業(yè)給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為Ca2+質(zhì)量濃度175mgL。假設(shè)循環(huán)水Ca2+質(zhì)量濃度為500mgL，補充水Ca2+質(zhì)量濃度為175mg/L，則循環(huán)水濃縮數(shù)倍數(shù)為2.86。若采用順流再生固定床技術(shù)對循環(huán)水補充水進行離子交換處理，生成的軟水中陽離子質(zhì)量濃度約為80mg/L。這樣，在不改變循環(huán)水水質(zhì)狀況的情況下，循環(huán)水濃縮倍數(shù)可達到6.25倍，補充水量由大約2%降低為1.4%，節(jié)水30%。2.1.3、循環(huán)水分級濃縮串聯(lián)補水技術(shù)近年來，我國電力系統(tǒng)開發(fā)了一種經(jīng)濟適用的循環(huán)水濃縮串聯(lián)補水技術(shù)。該技術(shù)由河北省電力勘測設(shè)計研究院開發(fā)，該技

13、術(shù)已在西柏坡電廠(4300MW機組)的廢水綜合治理工程成功應(yīng)用，該成果獲中國電力科學(xué)技術(shù)二等獎。循環(huán)水分級濃縮串聯(lián)補水技術(shù)工藝流程如圖2所示。該工藝將循環(huán)水分成兩級進行處理，補給水串聯(lián)運行。第1級原水進入第1級機組循環(huán)水系統(tǒng)低濃縮倍率運行，(濃縮倍率小于等于2)，第1級循環(huán)排污水經(jīng)過濾、弱酸離子交換樹脂脫堿軟化處理后作為第2級機組循環(huán)補給水，第2級機組的循環(huán)水系統(tǒng)采用高濃縮倍率運行(濃縮倍率小于等于4.5，且循環(huán)水總濃縮倍率大于等于6.0)，其排污水經(jīng)澄清過濾和反滲透處理后可作為鍋爐補給水或循環(huán)水系統(tǒng)補給水。該技術(shù)已在西柏坡電廠成功運行多年，與常規(guī)循環(huán)水單級濃縮處理系統(tǒng)比較，其優(yōu)點主要有：(1

14、)濃縮倍率高。綜合循環(huán)水濃縮倍率可達69，節(jié)水效果明顯、排污量較小、經(jīng)濟、安全、可靠；(2)解決了提高濃縮倍率與凝汽器管材結(jié)垢或腐蝕的矛盾；(3)對循環(huán)水濃縮倍率2倍左右的循環(huán)水裝置，改造方便，適用性強；(4)減少了廢水排放量；(5)節(jié)約投資、占地面積小。與空冷技術(shù)相比，分級濃縮串聯(lián)補水技術(shù)工程造價低(約是空冷的110)。缺點是冷卻水系統(tǒng)的蒸發(fā)、風(fēng)吹損失需另尋辦法解決?？绽浼夹g(shù)耗水率低，缺點是工程造價高、運行管理復(fù)雜。以1200MW規(guī)模電廠為例，采用分級濃縮串聯(lián)補水技術(shù)，需投資4000萬元左右，解決了約占12循環(huán)水水量的排污損失(1566萬t/a左右)，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

15、按石家莊市工業(yè)企業(yè)用水價2.98元m3計，節(jié)約水費4666.68萬元a。1年即可收回投資。采用空冷技術(shù)，投資約5億元左右，節(jié)水約3200萬ta。水投資分別為：2.55元t和15.6元t。2.2、海水冷卻海水可替代淡水，直接作為工業(yè)冷卻水、城市生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)生產(chǎn)用水、環(huán)境用水及其它用水。利用海水做工業(yè)冷卻用水，直接成本低，只有淡水成本的5%-10%，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。海水用作工業(yè)冷卻水已有幾十年的歷史。日本早在20世紀(jì)30年代就使用海水作為工業(yè)冷卻水。1962年日本工業(yè)用水總量為313.5億m3，其中海水約占56.56%，1967年工業(yè)用水總量增至567.7億m3a，海

16、水約占60.81%。1965年到1975年，日本年工業(yè)冷卻用海水量由90億m3提高到167億m3，年增長率為6.4%。1980年工業(yè)用水的50%為海水，日本沿海的大多數(shù)火力發(fā)電、核電、冶金及石油化工等行業(yè)都在以不同形式利用海水，僅電力企業(yè)的海水利用量就達1000億m3a。到1995年電廠海水利用量就約達1200億t。美國20世紀(jì)70年代末至80年代初，海水的直接利用量已達720億m3。2000年工業(yè)用海水達到30%。英、法、荷、意等西歐國家，1970年海水利用量為371億m3，2000年工業(yè)用海水達到2500億m3。我國沿海城市，特別是東北部沿海地區(qū)淡水資源不能滿足電力、石化等耗水大戶的用水要求，很早就開展了直接利用海水作工業(yè)冷卻水的歷史較