浅议钢铁企业浊循环冷却水系统浓缩倍数选择

浅议钢铁企业浊循环冷却水系统浓缩倍数选择　　

金亚飚　　

(上海宝钢工程技术有限公司 上海 201900)　　

摘要 浓缩倍数是循环冷却水的含盐浓度与补充水的含盐浓度之比值。它是敞开式循环冷却水系统日常运行中需要控制的一个很重要的控制和管理指标。《工业循环冷却水处理设计规范》中关于浓缩倍数的要求仅适用于常规净循环水系统，本文就钢铁企业浊循环冷却水系统浓缩倍数的选择进行了分析和探讨，可作为相似工程中设计的借鉴和参考。　　

关键词 钢铁企业  浊循环冷却水系统  浓缩倍数  补充水  排污水　　

1.概述　　

浓缩倍数是循环冷却水的含盐浓度与补充水的含盐浓度之比值。它是敞开式循环冷却水系统日常运行中需要控制的一个很重要的控制和管理指标。浓缩倍数低，耗水量就大，排污水量也大，循环水相对不易结垢，水质稳定药剂耗量低；反之，浓缩倍数高，耗水量就小，排污水量也小，循环水相对容易结垢，水质稳定药剂耗量高。浓缩倍数大小的选择对于实际工程中补充水量、排污水量的计算和设计具有指导意义。　　

钢铁企业浊循环冷却水系统常用于炼铁、炼钢、连铸、热轧等单元的煤气清洗、火焰切割、喷雾冷却、精炼除尘等。浊循环冷却水系统回水经加药、混凝、沉淀、过滤处理后冷却，不断循环使用。冷却水通过沉淀池构筑物、冷却塔时不断蒸发，循环水中的盐类不断被浓缩，含盐量不断增加。　　

在《工业循环冷却水处理设计规范》中明确提出，敞开式系统循环冷却水的设计浓缩倍数不宜小于3.0。根据以往的工程实际经验，对于一般含盐量的补充水，国内钢铁企业敞开式净循环冷却水的浓缩倍数一般控制在2~3之间，少数可达到4。但《工业循环冷却水处理设计规范》中关于浓缩倍数的要求仅适用于常规净循环水系统，不能适用于浊循环水系统。　　

本文通过对钢铁企业浊循环冷却水系统的分析，对浊循环冷却水系统的浓缩倍数的选择进行了探讨，可作为相似工程中设计的借鉴和参考。　　

2.浊循环冷却水系统常规控制水质指标和浓缩倍数计算参照指标　　

在进行浓缩倍数的选择时，首先要选取最重要的水质指标参数作为设定和计算浓缩倍数的参照值。　　

钢铁企业浊循环冷却水系统常规控制水质指标包括悬浮物、pH、总硬度、碱度、Cl^-、SO₄²⁺、全铁、电导率、温度等。考虑到浊循环水处理系统主要是去除在生产过程中进入水体的悬浮物并控制管道和设备的结垢，所以浊循环水系统一般以悬浮物和总硬度作为与浓缩倍数相关联的最重要的水质指标参数。在以往实际工程浊循环水系统浓缩倍数的选择和计算时，通常以悬浮物含量作为计算的指标。　　

本文在介绍浓缩倍数的具体计算时，也均以循环水悬浮物作为参照值。　　

3.浊循环冷却水系统的特点及分析　　

与敞开式净循环冷却水系统相比，浊循环冷却水系统具有以下特点：　　

第一，浊循环供水水质要求低于净循环供水水质要求，供水悬浮物含量高于净循环水。煤气清洗、火焰切割、喷雾冷却、精炼除尘等经沉淀处理后的浊循环供水的悬浮物含量约为20~150mg/L，而一般钢铁企业工业净循环水控制悬浮物含量为20mg/L。供水水质要求低，如果采用相同的补水，则相对而言可以采用较高的浓缩倍数。因此，如果均以工业新水作为选择和计算浓缩倍数的基准，浊循环水系统的浓缩倍数必然远高于敞开式净循环水系统。　　

第二，浊循环冷却水系统不仅是一个降温冷却的过程，它也是一个水处理物理变化过程。通过对浊循环回水的加药、混凝、沉淀、过滤等处理，将在生产过程中进入浊循环水体的大量悬浮物以污泥形式加以去除，以满足生产的要求。而对于敞开式净循环水系统而言，少量水中悬浮物的增加主要来源于空气中的尘埃，往往可通过旁滤的手段加以去除，循环水系统本身可以认为是一个降温冷却的过程。浊循环水系统相对净循环水系统，系统更为复杂，可变因素也多，所以不能以原先适用于敞开式净循环水系统的浓缩倍数来直接应用于浊循环水系统。　　

由于上述特点的存在，在进行浊循环冷却水系统浓缩倍数的选择时，必须考虑上述因素的影响，不能简单的套用《工业循环冷却水设计规范》中关于浓缩倍数的要求。　　

4.浊循环冷却水浓缩倍数的选择　　

4.1物料平衡设定和水量平衡设定　　

浊循环水系统历经加药、混凝、沉淀、过滤等处理过程，在进行浊循环冷却水系统浓缩倍数的选择时，在不考虑补充水、排污水和蒸发等因素的前提下，须先做如下两个设定：物料平衡和水量平衡。　　

　4.1.1　物料平衡　　

常规浊循环冷却水系统的工艺流程为：浊循环回水至浊循环冷却水处理站，经混凝、沉淀、过滤后，再经冷却塔冷却，最后将水重新送往用户。在生产过程中进入浊循环水体的大量悬浮物以污泥形式加以去除。　　

在实际运行过程中，随污泥排出的悬浮物、杂质、盐类等的含量不可能做到与生产过程中产生的这部分量完全平衡，有的时间段可能是前者大于后者，有的时间段也可能是后者大于前者。但在进行浓缩倍数的选择时，设定随污泥排出的悬浮物、杂质、盐类等的含量与生产过程中产生的这部分量相等，即在整个浊循环水系统中基本没有这就是物料平衡假设。这样，在设计计算时所要分析的对象就可以大为简化，参与浓缩倍数计算的对象仅为经处理后符合生产要求的浊循环水的含盐量。另外，从常年平均的角度考虑，这种假设也是可靠的。　　

　4.1.2　水量平衡假设　　

在浊循环冷却水系统中，随污泥排出部分水量。污泥再经浓缩、脱水后，泥饼外运，在浓缩、脱水过程中所产生的清水回流至浊循环水系统。考虑到真正随泥饼损失的水量较少，在进行浓缩倍数的选择时，设定随泥饼损失的水量忽略不计，则浊循环系统内的水量也是稳定的，这就是水量平衡假设。通过水量平衡的假设，使设计计算时所要分析的对象也得到简化，另外，根据以往工程的实际经验，该部分水量约占整个浊循环系统排污水量的5%以下，因此在设计计算时确实可以忽略。　　

4.2浊循环冷却水补充水水质的选择　　

采用何种水质作为浊循环水系统的补充水，对于浊循环水系统的浓缩倍数的选择也有很大影响。浊循环水可采用厂区工业新水、回用水、净循环水系统强制排污水。浊循环补充水通常采用净循环水的强制排污水或其它循环水系统的串接排水等。净循环水系统一般采用厂区内工业新水作为其补充水源。因此浊循环补充水的水质指标要远低于净循环水系统。浓缩倍数与补充水的含盐浓度密切相关，浊循环补充水含盐量高，浓缩倍数相对数值必然有所降低，但如果均以工业新水作为计算基准，浊循环水浓缩倍数仍应高于敞开式净循环水系统。　　

4.3浊循环冷却水浓缩倍数的选择　　

　4.3.1　浊循环冷却水浓缩倍数的计算分析　　

浊循环冷却水系统的补充水通常采用敞开式净循环冷却水的强制排污水或其它循环水系统的串接排水等。现按以敞开式净循环冷却水的强制排污水作为浊循环冷却水系统的补充水和以工业新水作为浊循环水系统的补充水做计算分析如下。　　

1).以净循环水作为浊循环补充水的浊循环浓缩倍数计算分析　　

由于在实际工程中，常以相关净循环水系统的强制排污水作为浊循环冷却水系统的补充水，因此在进行浊循环水系统浓缩倍数的选择时，应结合相关的净循环水系统做整体计算。　　

在进行浊循环水浓缩倍数的计算前，先设定如下参数：以经处理后的浊循环水悬浮物含量A为浊循环浓缩倍数计算的参照量，浊循环浓缩倍数值设定为N2；相关净循环冷却水系统浮物含量B为20mg/L（钢铁企业工业净循环水常用悬浮物控制指标），净循环水系统浓缩倍数值N1设定为2(国内大型钢铁企业实际控制指标，可从各大钢铁企业的工厂设计统一技术规定中获取该数值)；净循环冷却水系统补充水采用厂区工业新水，工业新水悬浮物含量C为10mg/L(国内大型钢铁企业实际控制指标)。　　

由上面的计算可以得出以下推论：①在浊循环水水质满足工艺生产要求的前提下，N2越高，A也越高，浊循环水系统需要补充的水也越是少，这说明应尽可能的降低浊循环水的水质要求(提高A值)以提高浓缩倍数从而减少补充水的耗量；②通常情况下A>C，理论计算上来说，当A/C<N1，则N2<1，当A/C>N1，则N2>1，但当N2<1时，浓缩倍数没有意义；③一般敞开式净循环水浓缩倍数N1>2，也就是说只有在浊循环水悬浮物含量A是工业新水悬浮物含量C的2倍以上时，浊循环水浓缩倍数才可能大于1，浊循环说浓缩倍数才有意义，反而言之，当浊循环水的悬浮物含量不是工业新水悬浮物含量的2倍以上时，不应使用净循环强制排污水作为浊循环水系统的补充水，而应考虑采用水质更加好的工业新水；④根据煤气清洗、火焰切割、喷雾冷却、精炼除尘等经沉淀处理后的浊循环供水的悬浮物含量约为20~200mg/L，一般钢铁企业工业新水控制悬浮物含量为10mg/L，以及净循环水浓缩倍数通常控制在2左右，浊循环水系统的有效浓缩倍数值应在1~10范围内；⑤根据工艺生产要求，浊循环冷却水水质在已经抵达上限即浊循环水水质恒定的前提下，净循环强制排污水浓缩倍数N1越是高，则浊循环水浓缩倍数N2越是低，系统所须补充水量也越是大，也就是说净循环水浓缩倍数的提高反而不利于浊循环水系统浓缩倍数的提高。　　

2).以工业新水作为浊循环补充水的浊循环浓缩倍数计算分析　　

仍先设定如下参数：以经处理后的浊循环水悬浮物含量A为浊循环浓缩倍数计算的参照量，浊循环浓缩倍数值设定为N2；浊循环冷却水系统补充水采用厂区工业新水，工业新水悬浮物含量C设定为10mg/L，一般厂区内工业新水水质通常认为是不变的。　　

根据煤气清洗、火焰切割、喷雾冷却、精炼除尘等经沉淀处理后的浊循环供水的悬浮物含量约为20~150mg/L，一般钢铁企业工业新水控制悬浮物含量为10mg/L，浊循环水系统的有效浓缩倍数值应在2~15范围内。　　

　4.3.2　浊循环冷却水浓缩倍数的选择　　

按照节水环保、废水串接使用的原则，应当优先以净循环水强制排污水作为浊循环水系统的补充水，当净循环强制排污水量不能满足浊循环补充水量要求时，直接采用工业新水作为浊循环补充水。　　

当浊循环水悬浮物含量小于或等于工业新水悬浮物含量2倍时，也就意味着浊循环要求的水质与净循环水质相近，再以净循环强制排污水作为浊循环补充水已经没有意义了。应以工业新水作为浊循环水系统强制排污水，浓缩倍数一般为2 (该浓缩倍数值以工业新水悬浮物含量为基准)。　　

当浊循环水悬浮物含量大于工业新水悬浮物含量2倍以上时，应以净循环水强制排污水作为浊循环系统的补充水，浓缩倍数一般为1~10(该浓缩倍数值以净循环强制排污水的悬浮物含量为基准)。　　

下表是钢铁企业常规浊循环水系统的浓缩倍数，可供实际工程中参考。　　

表1 钢铁企业常规浊循环水系统浓缩倍数值　　

5.结论　　

综上所述，钢铁企业浊循环水系统不仅是个降温冷却的过程，其中还存在着混凝、沉淀、过滤的水处理流程，在进行浓缩倍数的选择和计算时必须进行周密的考虑和计算。　　

6. 参考文献　　

1.《钢铁工业给水排水设计手册》 北京冶金工业出版社 2002.1　　

2.《冶金工业污水处理技术及工程实例》化学工业出版社 2003.6　　

3.《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-1995　　

4.《工业循环水冷却设计规范》GB/T50102-2003　　

作者简介：金亚飚(1975.12- )，男，汉族，籍贯江苏省常熟市，同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，高级工程师、注册公用设备工程师、中国水网咨询专家，兼任《环境科学与技术》杂志特约编委、《科技创新导报》杂志特约编委，主要从事钢铁企业给排水设计和冶金环境保护研究工作。