空调冷却水系统节水技术研究

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摘要：针对北京地铁复八线空调循环冷却水系统运行过程中的节水问题，在理论研究的基础上，通过采用旁流式过滤技术和化学药剂相结合的方式，对天安门西站的冷却水系统进行了改造。通过不同的处理方式进行技术性和经济可行性比较，找出适合地铁冷却循环水处理的方法。

  关键词：循环水旁通过滤器节水效果   一、情况概述：北京地铁复八线西起复兴门站，东至四惠东站，全线共设13座车站，是北京地铁建设史上第一条设计安装有中央空调系统的地铁线路。车站全部采用水冷式制冷机做为站内环境温度控制。在机组运行过程中循环冷却水的损失量很大，已成为北京地铁用水量最多的设备。北京是一个缺水的大都市，市政府对节水要求很高，而且，水费又在不断的提升，使制冷系统的运行费用在地铁公司总的费用中也占据了一定的比例。节约用水，降低运行费用是地铁运营公司的首要任务，首先我们要确定可以节约的水量在哪里？在制冷机运行季节，正常的蒸发量和合理的飞溅损失量是无法回收的，只有通过相应的水处理技术和设备来合理的减少排污水量。也就是说：减少排污量是开展节约用水工作的重点⑴在制冷机运行过程中，由于水的温度是通过蒸发而降温的，在蒸发过程中也是水质浓缩的过程，系统中水质硬度随着浓缩过程的进行而增加，其表现出的结垢倾向会随着浓缩倍数的增加而增加。如果仅采取简单的减少排污量，甚至不排污的方式，蒸发器内管和冷却塔上会出现严重的结垢现象，造成能耗增加和检修工作量增加，这种代价是不合理的和不可取的。所以为了避免这种代价的交换，应选择好合理的浓缩倍数，适量排污。或选择好的水质稳定技术和相应的技术改造，以达到更好的水处理效果和减少更多的排污⑵。浓缩倍数的选择是根据水质情况来确定的，循环冷却水的蒸发和排污与循环水量、温差、浓缩倍数等因素相关。在没有采用过滤器前，运行期的分析数据见表一：表一2003年天安门西站运行期冷却水平均分析数据站点名称PH值TDSmg/l总硬度mg/l氯离子mg/l最低浓缩倍数最高浓缩倍数平均的浓缩倍数天安门西8.821043636771.144.222.54按照常规预测：一套循环水量在500M3/H的系统，当浓缩倍数在2.54时，它的排污量大约在2M3/H，每天运行12小时，每天的排污量在24吨，而当浓缩倍数提高到5时，排污量下降到0.75M3/H，每天是9吨，减少15吨。如果一个系统可以每天节水10-20吨，整个沿线的节水率是非常可观的。按每年运行时间120天计算，13个站，每个运行季节可以节水22000吨，按每吨水5.7元计算，节约费用大约是12.54万元，其节水的社会、环境效益和经济效益非常显著的。随着对环境和节水要求的日益提高，循环冷却水“零”排污技术的推广和应用是国内水处理界的新技术目标。二、解决方案----化学处理与旁流过滤技术结合：在理论上，大幅度提高循环冷却水运行的浓缩倍数是可能的，在技术上是可行的，一些文献还提出冷却水处理的“零”排污方案。这种方案是利用化学水稳定剂的处理技术与旁流过滤设备相结合来达到目的⑶。在冷却水运行过程中，冷却塔是开放式运行，塔上的污物很多，像风沙带进的悬浮物，破碎的塔片和在冷却塔上滋生的藻类粘泥，这些污物在冷却水运行过程中，会在流速低的地方沉积，造成水的浊度增加；也会导致水中成垢物质结集在一起，形成垢质，沉积在换热面上，影响换热效率。冷却水的排污，实际上就是通过增加的新水降低这些污物的影响。如果能够通过过滤器的方式将冷却水中的悬浮物，藻类粘泥和风沙及碎塔片等过滤去除，是可以提高运行水的浓缩倍数，减少排污量的。常规的物理过滤处理是在循环管线上，安装一个管道过滤器。大部分管道过滤器采用单层滤网直接阻挡机械杂质。由于管道水的正面压力，滤网很容易堵塞，而小于孔径的杂质依然会透过过滤器。我们采用旁流精确过滤的方式，是通过安装旁路精密管道过滤器的方式，将冷却水中的悬浮物，藻类粘泥和风沙及碎踏片等过滤，提高运行水的洁净度。该过滤器采用刚性滤网与复合纤维组成，多层过滤，不但有机械阻挡作用，还具有溶胶吸附作用，不仅能吸附小于孔径的杂质，还能吸附部分水溶性物质，如：锈水、胶体等。这种过滤器尽管也是串联在管道中，但由于采用了切向进水，水在容器中形成漩流，这样，大的杂质由于离心力的作用向外扩散，进而靠重力下移，过滤层在中心出水管四周。另外由于向心力的作用，水对过滤层的正面压力减小，因而为吸附过滤制造了条件，即吸附的杂质不易因为水压而透过过滤层。不但如此，围绕中心出水管而旋转的水流对挡在过滤层外面的杂质还有冲刷作用（用水流对过滤层的剪切力自动清洗）。向心力形成的旋涡促使杂质向下集中，这样，自动控制系统就可适时的将杂质排出。这种过滤的特殊结构巧妙的使水流产生离心力、向心力、剪切力、漩流沉淀，因此，具有过滤效果好，不易堵塞，工作可靠的特点。虽然过滤器并联安装在循环系统中，但通过的水量只是循环水量的5%左右，对系统总的循环流量影响不大，即使过滤器发生堵塞，也不会对整个系统运行有影响。如果采用串联方式，利用压差排污，对系统的总流量是有影响的，会减少系统循环水量，会直接影响换热效率，如果发生堵塞，系统运行将有困难。三、试验数据分析：我们通过近几年在地铁复八线实际冷却水处理技术的实施和对水质等问题的了解，及对现场管理和运行模式的认识，我们认为，在地铁复八线推广“零”排污技术是可行的，通过技术实施和双方协商好的运行方式，可以获得相当大的节水效果。2003年开始，我们对整个复八线的浓缩倍数提升做了一些尝试，将部分站点的浓缩倍数达到6左右，总硬度达到1000以上。在这个硬度下运行，结垢倾向会很严重。由于天安门西站原设计的水箱不合理，每次停机水都有泄漏问题，2003年运行期浓缩倍数只有2.54。在2004年，我们采用了采用旁流过滤方法，安装了一台20M3/H的精密旁通过滤器，具体安装见附图：运行期间，我们请中石化集团的水处理药剂评定中心进行水样抽检和腐蚀挂片检验，其中水样分析报告和挂片数据见表二和表三⑶⑷⑸。表二水样分析报告分析项目自来水循环冷却水总硬度mg/l280-360900-1700总碱度mg/l200-250500-770氯离子mg/l30-46163-352浓缩倍数6-8按照浓缩倍数7计算，排污量为0.6M3/H，每天的排污量为7.2吨，与2003年比，每天节水16.8吨。达到了预期的目的。从运行效果看，整个运行期，制冷机没有出现任何结垢迹象，从腐蚀挂片的腐蚀率看，效果也很好。表三腐蚀率数据悬挂挂片号材质腐蚀率   mm/年说明2157碳钢A30.1017挂片露出水面，所以偏高2152碳钢A30.08042198碳钢A30.06792178碳钢A30.04832151碳钢A30.05802176碳钢A30.04112179碳钢A30.0388平均值0.06236141黄铜0.00136145黄铜0.00116144黄铜0.0002平均值0.0008国家行业规范要求：开放式水处理系统腐蚀率允许值：≤0.125mm/年，我们的实验数据表明均符合国家水处理规范要求。四、实施方案和节约的费用：我们在循环管道上引出一条旁路，水量是总循环水量的1/20，安装一个精密过滤器，水通过精密过滤器过滤后，再返回到运行管线中。设备费用大约在8200-10000元采用精密过滤器的综合效益可以从几个方面统计：1.节水量：每台制冷机可以节约用水10-20吨/天，节水总量在23400吨2.节省费用：按每吨水5.7元计算，全年节水费用达到13.34万元。3.节能源：当采用旁流过滤技术后，水的洁净度增加，在冷却塔上的附着量减少，提高了冷却塔的换热效率，相当节约了能源消耗，估计至少可以降低5-10%的能源消耗。4.节约水处理药剂：水处理药剂是按照补充水量投加的，当采用过滤器后，补水量降低，加药量也可以节省10%左右。安装一台旁流过滤器的成本从一年的节水和节电、药剂费用中就可以收回。五、结论通过我们在地铁天安门西站进行化学水处理与旁通过滤技术联合应用试验表明，在满足国家对循环水的行业标准的前提下，可以大量减少排污量，节省水资源。从而真正实现冷却水系统的零排污运行模式，会为北京地铁赢得更好的社会影响和经济效益。如果在地铁和相关单位推广应用、将会产生巨大的社会效益、环境效益和经济效益。   六、参考文献：1.金熙等编《工业水处理技术问答及常用数据》北京.化学工业出版社，1997年，274-2902.齐冬子编《敞开式循环冷却水系统的化学处理》北京.化学工业出版社，2001年，8-10，169-181，212；3.中石化总公司水处理药剂评价中心实验报告，2004年,未发表；4.北京宇清源水处理技术开发有限公司，2003年地铁运行总结报告未发表；5.北京宇清源水处理技术开发有限公司，2004年地铁运行总结报告未发表；