纯碱生产中循环冷却水处理新思路分析

王晓波

摘要：我国目前对纯碱生产中的循环冷却水处理方式基本上都是采用以化學处理为主的方式，通常情况下选用分散剂、杀菌剂或者是阻垢剂等，可是在技术应用方面还存在一定的缺陷，常见的有：氨气冷却器、碳化塔冷却水箱还有氨盐水钛板换热器应用过程中都还存在一定的结垢和黏泥现象，这就需要工作人员每年都对设备进行清理，增加了人工劳动量和总体成本。鉴于此，本文就纯碱生产中循环冷却水处理新思路和生产运行效能提升策略做出了简要分析。

关键词：纯碱生产;循环;冷却水;处理;新思路

1 电化学设备工作原理

电化学设备是利用水及水中矿物质的电化学特性，通过电化学来调节水中矿物质的平衡，而实现去除结垢物质、防腐和防治微生物的目的。是一种清洁的循环冷却水处理技术。

电化学设备中阴极电化学反应反应室中维持的工作电流大概为直流50～90A。在阴极（反应室内壁）附近形成高浓度的氢氧根，这种升高的PH 环境（PH 高达13），让易结垢的矿物质预先结垢，并从水中析出。实际上，阴极附近局部的高氢氧根浓度形成的化学环境，和用石灰处理形成的冷石灰软化环境类似。

2 纯碱生产中循环冷却水处理问题

纯碱生产过程中需要大量使用循环冷却水，现有的处理方法通常是化学处理技术，一般是阻垢剂、分散剂、杀菌剂三种，该技术有一定局限性，在碳化冷却箱、氨冷却器、氨盐水换热器、压缩机中末冷器都不同程度存在结垢、粘泥现象，每年对关键设备都要进行酸洗，既增加了运行成本，又缩短了设备寿命。主要问题如下：

1）浓缩倍数问题比较突出，排污难度较大。按照水质控制的相关要求以及满足生产需求，水的浓缩倍数有着较高的要求，其主要是因为循环水当中结垢性离子浓度与氯离子浓度问题无法有效解决;

2）微生物滋生以及粘泥问题明显。菌藻的耐药性促使处理工作必须采取经常冲击药物的方式，这也会导致水质发生变化，结垢性的指数也会出现一定的超标，在循环水池以及比较细的换热器管当中会沉淀大量的淤泥，这也是菌藻沉积所导致的;

3）结垢问题顽固。这是由于加药处理的原理决定的。一方面以重碳酸盐为代表的结垢性离子只是被分散在水中，在换热的地方出现不稳定现象，比如在填料上结垢，需要经常更换填料。另一方面，加药量与浓缩倍数之间的关系是在一定设定条件下确定的，在复杂的循环水系统中，换热器非常多，工况存在差异，有时存在部分高温换热设备，理论上对不同工艺条件的换热器水质的控制标准要求也不一样，在一个大系统中就无法两全其美，不可能照顾到所有换热器，只能是一部分换热器运行在较佳工况。即使是最简单的电厂冷却系统，也会因为负荷、季节变化，换热器工作条件也在变化。即使在纯碱生产碳化装置最关键部位，换热温度并不高，在检修时也发现有明显的结垢。

4）为了保证生产换热需要，每年还需要对换热器进行酸洗，对设备寿命产生不利影响。

5）结垢影响传热效率，降低了能源利用效率。在电厂凝器中，即使是投用了胶球清洗，也难免出现结垢，还是要定期酸洗或机械清洗，就是半边清洗，对发电的影响也是巨大的。

3 纯碱生产中循环冷却水处理新思路

电化学处理主要是借助电厂的铜实现电解、氧化、还原、絮凝、气浮等化学与物理相结合的处理步骤，促使水质得到有效的控制，同时也不需要任何的化学药剂，也不会形成任何的二次污染，所以被称为环境友好型水处理技术工艺。随着电化学法在环境领域中的应用不断成熟，已经被国内外广泛应用于各种水循环系统处理工作中，其中也涉及到纯碱生产的工业领域。电化学设备主要是应用水和水中的矿物质以电化学特性的方式进行处理，借助电化学的方式实现对水中矿物质的平衡性调节，并实现除垢、防腐以及预防微生物滋生等作用，属于清洁循环冷却水的一种有效方式。

在反应当中可以维持50A到90A的电流，并在阴极周边形成高浓度的氢氧根，提高pH环境，促使容易结垢的矿物质可以预先结垢，同时在水中更容易提取。实际上阴极周边的高氢氧根浓度会形成一个化学环境，与石灰的处理环境比较类似。电流会将一部分的氯离子转变为氯气，同时在冷却水中形成持续性的杀菌物质（次氯酸），同时形成臭氧、氧自由基以及氢氧根自由基等物质，它们会提供一个环境处理效应，并按照电流以及局部pH的高低，可以维持电化学设备内部的消毒环境。

电化学设备的应用优势非常多：

1）安全可靠。设备本身可以实现自动化工作，可以规避因为接触设备所导致的安全性问题;

2）一机多用。可以有效的解决结垢、微生物以及生物黏泥、腐蚀等多方面的问题，同时不需要添加任何的化学制剂，在设备运行过程中也不会形成额外的化学排泄物，所以对于环境无直接性影响。另外，因为不会涉及到结垢性的因子，所以系统本身的结垢可能性也非常低，设备周期运行、运行效益及运行的维护成本等可以得到有效控制，多重的杀菌环境可以抑制菌藻的滋生;

3）运行成本。设备本身的运行成本非常低，每一台设备的总功率最高只有3kW。另外，在空间成本方面设备的占地面积也比较少，设备本身的质量比较轻，安装便捷高效;

4）设备清洁度较高。设备的合理安装之后可以实现电解水处理，同时也可以有效的破坏微生物的滋生，对于塔池底部的黏泥也可以达到有效的处理;

5）设备可以通过微电脑进行控制，可以实现全自动化的工作，维护的操作难度、成本比较低。

4 效益

1）降低纯碱生产成本。使用电化学处理技术可以节省采购循环水化学药剂的成本。该方法按零排放设计，在设备自动排污时会带出少量循环水，这部分水可以集中回收，水质与循环水系统完全一致。在生产中可以实现自动化，可以节省人工加药成本，同时也避免了人工加药安全事故的发生。2）节能降耗。由于电化学设备的清洁度比较高，能够降低换热设备的结垢速率，大大提高了循环水的水质和换热设备的热效率。3）避免了环境污染。化学药剂在投加过程中对工作环境存在污染，使用电化学处理技术完全避免了对环境的污染。有些情况下pH 值偏高需要略加酸调节，如果厂内有别处用水可以从循环水池分流。在加药的情况下，分流会引起加药费用增加。

结束语

综上所述，纯碱生产过程中循环冷却水的合理处理非常重要，电化学处理技术是近些年快速发展并逐渐成熟的一项新技术，其可以有效的阻垢、防腐以及杀菌，借助合理的配置循环处理的功能可以有效的达到甚至超过系统的循环量，并实现提前清理结垢问题，整体效益突出，可以显著减少结垢问题并延长设备的运行周期以及效率，可以降低整体生产成本，在循环冷却水系统中有着较高的应用价值。

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（作者单位：山东海化集团股份公司纯碱厂）