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恩曼CPRS装置在连铸环循环水系统的应用探讨

恩曼CPRS装置在炼钢3#4#连铸浊环循环水系统的应用探讨

孙浪波 高建明

陕西龙门钢铁有限责任公司炼钢厂,韩城市,715400

摘要:目前工业循环水处理普遍采用化学处理法,即投加阻垢緩蚀剂的方式,以防止设备管道结垢和腐蚀,或者用软水、去离子水进行循坏利用,以稳定生产正常进行,这样的化学处理不仅生产成本高,有一定的局限性,而且长期使用化学药品对环境有彩响,同时用水量也较大,节水效果不好; 本文介绍一种新型的防垢除垢装里,该装置仅安装于循环水管道中,不借助于任何外部动力、助剂, 仅依靠自身的催化体,既能起到设备管道防垢除垢的作用,又能够有效地节约用水,是一个较为理想的环保型产品. 关键词:结垢;浓缩倍数

1 前言

水是工业生产赖以生存的资源,随着工业化进程的迅速发展,不但对水质的要求越来越高,而且对水的用量也越来越大,由于水资源、可利用因素有限,实施有效节水、科学节水更加被人们重视,实现水质循环利用是当代节水的有效手段,要确保工业生产正常进行,充分利用水资源,但是加大水质循环利用也有一定的局限性,否则对设备,乃至生产将产生负面的影响,以目前的情况,工业水质处理主要从两方面进行:

一是投加阻垢缓蚀剂,以防止设备管道的结垢和腐蚀,由于受到水质温度的影响,阻垢缓蚀剂的效能受到一定的限制,不能很好的提高循环水的浓缩倍数,使节水效果不理想,同时又因为化学处理过程中,对水处理剂的投加方式、循环水中药剂含量的检测、以及补排水时,必须严格操作, 管理较为复杂,即便如此,往往导致设备管道有不同程度结垢,而且水处理费用较高,以及化学药 品具有一定的毒性,对周围环境有不同程度的影响;其二采用软水处理技术,使用软水在一定程度上起到节水效果,但是由于软水本身腐蚀性较强,对设备管道的危害性较大,为此也必须投加相应的缓蚀剂,同时软水处理的成本高,而处理软水的杂质又以高浓度成分转嫁给下游领域,出现再次污染或存在处理的困难性,甚至一些软水制取对水质消耗也较大,综合相关因素,均不理想。

采用CPRS新型防垢除垢装置,能够较好的解决设备、管道的结垢和腐蚀问题,CPRS防垢装置克服了使用水处理剂和软水的不足之处,能够较好的取而代之解决水处理方面的一些问越,进一步提高循环水的浓缩倍数,实现节约用水的目的,通过CPRS处理的水质,完全能够满足生产用水要求。

2 CPRS防垢装置作用机理

CPRS防垢装置是由普通的金属外壳和其内的芯片组合而成的,芯片是由多种重金属熔合而成的一种具有特殊的催化载体,通过检测没有放射性危害,它无须通电、充磁、无须借助任何化学药品,主要原理是与水接触后因催化作用能够改变水中微粒的静电动势,从而改变微粒的状态,阻止微粒间的相互作用而使微粒分散于水中,从而达到防垢目的:CPRS防垢装罝不但可以阻止污垢沉积,同时也能将己沉积的污垢逐渐溶解去除,达到对设备、管道净化的的效果,对防止藻类的生长和抑制金属的腐蚀也有一定作用,也适用于高温高压工作环境,CPRS工具安装简单,可以直接安装在现有的管线上,使用过程维护保养方便。

由于CPRS工具有以上功能,补充水(循环水)不需要相关(化学)处理,通过CPRS工具后, 水被“活化”,能够直接供给设备用水,而设备管道不会产生结垢,同时CPRS工具还有逐步去除老垢的作用,使设备的冷却效果更好,延长了设备使用寿命,从而避免使用化学药剂,减少环境污染, 降低水处理成本,又因CPRS防垢装置对水温适应范围广,同时仅对水中氯离子要求<5000mg/l,pH<10, 一般的循环水系统均能满足要求,由此表明使用CPRS防垢装置,不但能够有效解决结垢问题,而且也能够较大的提高循环水的浓缩倍数,可见其节水效果十分可观。

3 水质运行情况及现阶段存在问题

目前在3#4#连铸浊环循环水系统投加阻垢缓蚀剂,以防止水垢的形成和管道的腐蚀,维持生产的正常进行。阻垢缓蚀剂的作用机理是:其有效成分和成垢离子相互作用,导致垢体发生晶格畸变、 扭曲变形,同时还具有络合增容和协同效应作用,以防止水垢的生成沉积,在水质处理的过程中, 阻垢缓蚀剂不断地投加使用,而且在较高的水温、较强的碱性环境中,其阻垢作用受到很大的限制, 阻垢作用降低,从而影响水处理效果,其节水效果也不理想。下表表1 3#4#连铸浊环系统水质指标和补水指标为2011年6月~10月前半月使用阻垢剂情况

表1 3#4#连铸浊环系统水质指标和补水指标

月份 循环水 补充水 浓缩度
硬度 碱度 氯根 ph 硬度 碱度 氯根
6 18.3 1.2/7.3 819 7.5 11.1 5.7 468 1.75
7 17.8 1.4/7.0 820 7.5 10.7 5.7 458 1.79
8 18.0 1.3/6.7 857 7.5 10.8 5.4 487 1.76
9 19.3 1.4/6.9 918 8.0 10.8 5.4 470 1.95
10 20.8 1.4/6.7 976 8.0 11.2 5.3 468 2.09
平均 18.8 1.3/6.9 878 7.5 10.9 5.5 470 1.86

由于使用阻垢剂,循环水中浓缩倍数K (即循坏水中氯离子浓度与补充水中氯离子浓度之比) 值较大,K值越大,说明浓缩倍数越高,节水效果越好,目前我厂的水质情况是高硬度、高碱度水质,为了防止水质结垢,而采用投加阻垢剂方式处理,在水质运行的过程中,需要对相关参数进行控制(硬度、碱度、氯离子、pH),其循环水的浓缩倍数最高控制为2.0,尽管如此,仍然有一薄层水垢产生,以上数据表明,循环水中总硬度平均18.8mgn/K总碱度平均8.1 mgn/1 (甲基橙碱度即碳酸氢根1.3mgn/l,酚酞碱度即碳酸根6.9mgn/l>,氯离子浓度平均878mg/l,而补充水中平均硬度 10.9mgn/l,总碱度5.5mgn/l,氯离子浓度470mg/l,其循环水总碱度大于补充水中总碱度,在循环水运行过程中,钙离子和碳酸氢根是成垢的离子即:

Ca+HCO3=CaCO3+H20

同时只要降低其中之一离子浓度,便可降低结垢的情况,投加阻垢剂只是起到对成垢离子的稳定,并没有改变水中某种离子浓度:

3#4#连铸浊环系统每月需要投加阻垢剂2.5吨,由于补水水质和化学处理剂的制约,循环水的浓缩倍数平均K=1.86,由此每月需要补充水39410m3(2011年5月~9月平均>,用水量较大,由于浓缩倍数较小,节水效果不佳,要实现有效节水,其循环水的浓缩倍数为4~5,才能达到理想的节水效果,而阻垢剂的局限性是要求出水温度<42℃:,水质pH<9.5等因素影响,其循环水的浓缩倍数已没有提高空间,即便如此控制,连铸拉矫机,、辊道处水温度较高,使阻垢剂的效能大大降低,随着时间的推移,连铸拉矫机架上附有厚度不等的坚硬污垢,机架内腔水路因结垢坚硬堵塞水流,辊道出水口堵塞难以疏通,过滤器内积泥垢较多等问题,长期影响连铸机的生产。

4 安装CPRS防垢装置可行性和经济效益

针对使用阻垢剂存在的一些问题,将CPRS防垢装置直接安装(串接)于循环水管道中,2011 年10月9日在4#连铸浊环(二冷水)管道安装CPRS防垢装置,由于3#、4#连铸浊环共用旋流池, CPRS防垢装罝基本实现对两个连铸机共管作用,当3#连铸机单系统运行时,因安装在4#机管道上的防垢装置停用,必须投加阻垢剂维持正常的生产。

下表为2011年10月下半月~2012年3月使用“CPRS”防垢装置情况。

表2 3#4#连祷浊环系统水质指标和补水指标

月份 循环水 补充水 浓缩度
硬度 碱度 氯根 ph 硬度 碱度 氯根
2011.10 19.7 0.8/5.8 920 7.5 11.6 5.3 421 2.19
2011.11 18.9 0.7/5.1 956 7.0 11.2 5.4 422 2.27
2011.12 20.6 0.7/5.1 998 7.0 11.4 5.5 458 2.18
2012.1 24.1 0.6/4.6 1040 7.0 11.2 5.4 443 2.35
2012.2 23.4 0.5/4.3 976 7.0 11.1 5.8 436 2.25
2012.3 27.2 0.6/4.8 981 7.0 10.8 6.2 452 2.79
平均 22.3 0.6/5.0 1261   11.2 5.6 439 2.34

防垢装罝,3月份前控制循环水中氯离子浓度<1500mg/l, 3#4#连铸浊环系统水的平均浓缩倍数达到2.34,而3月份平均浓缩倍数达到2.79,上表显示,多数月份浓缩倍数较低,但均在2.0以上,主要原因是3#4#连铸系统共用一个旋流井(即同一个水系),当单系统运行时,因蒸发最较少,系统浓缩不明显,表现为浓缩倍数较低,而双系统运行时,浓缩倍数升高较大.由于生产的影响,双机生产时间没有满负荷,其循环水的浓缩倍数没有发挥出来:通过近6个月的运行,每月不定期对系统的检查表明,二冷喷嘴未发现有结垢现象,结晶器架0段水总管内壁有<0.1mm 土白色污垢(1#连铸使用药剂有<0.1mm土黄色污垢),拉矫机架上基本没有新污垢形成,机架内腔打开有松散粉状污垢堆积,以前的污垢易于脱落,冷床辊道出水口形成约0.2mm污垢而未发现增厚迹象,垢迹较软,辊道堵塞易于疏通,过滤器内积泥垢较少,长轴泵体有约0.2~0.3mm 土白色污垢 (1#机长轴泵体上有约0.2mm 土黄色污垢),但未有增厚的迹象。

上表数据表明:使用“CPRS”防垢装置,其作用是对处理水温没有要求,该装置通过与水质接 触,改变水分子的状态,从而拟制水质结垢,循环水中硬度平均22.3mgn/l,最高月份硬度27.2mgn/l, 总碱度平均5.6mgn/l(甲基橙碱度即碳酸氢根0.6 mgn /l,酚酞碱度即碳酸根5.0 mgn /l),基本和补充水的总碱度5.6 mgn/l相等,甚至低于补充水总碱度,这正是防止结垢的根源:使用阻垢剂后,循环水中的总碱8.2mgn/l(甲基橙碱度即碳酸氢根1.3mgn/l,酚酞碱度即碳酸根6.9mgn/l),而结垢的主要原因是水中的碳酸氢根和钙离子达到一定浓度已生成碳酸钙硬垢,由于使用“CPRS”防垢装置后,使碳酸氢根浓度降低不足以形成结垢条件,因而具有防垢作用。

3#4#连铸浊环系统使用“CPRS”防垢装置后,取消了阻垢剂用量,产生的效益较大,由此每月 可节约阻垢剂2.5吨即15000元:由于循环水的浓缩倍数提高,节水效果也较为明显,每月补充新水28740m3(2011年11月~2012年3月平均),每月较以前节水10670m3即21340元:每月共计节约资金:36340元

由于取消了阻垢剂的用量,杜绝了阻垢剂化学品对环境的影响,也减轻了操作人员的劳动强度。 3#4#连铸浊环循环水的运行过程中,为了降低水中悬浮物的含量,需要投加一定量的絮凝剂,通过对水中悬浮物含量的测定和水质观察,CPRS防垢装置使用前后循环水中悬浮物含量没有异常变化,该装置并未对絮凝剂(聚合氯化铝和聚丙烯酰胺)沉降效果产生负面影响,表明“CPRS”防垢工具和絮凝剂具有共存性。

5 结束语

CPRS防垢装置在3#4#连铸浊环的应用过程中,考虑到悬浮物的作用,仅控制循环水中氣离子 浓度<1500mg/l,与水处理剂附垢剂的作用相比,显示出较好的性能,主要表现为好的防止结垢能 力和高的浓缩倍数,以达到好的节水效果,但是由于CPRS防垢装置的作用是浸入水中的微粒子, 因此以水雾形式喷溅到墙壁和外管壁、或水面和空气界面的污垢,CPRS防垢装置表现为不足之处, 同时这些问题也是阻垢剂爱能莫及的事情。同时由于CPRS防垢装置在循环水的运行过程中,一旦投加阻垢缓蚀剂与其共存,其循环水中“瀲活”的微粒将功效减弱,表现为循环水的总碱度升高,但由于阻垢剂的存在,也不会出现结垢现象

CPRS防垢装置的应用,在连铸浊环循环水系统中收到了好的效果,从此取代了阻垢剂的用量,不但节约了资金,减轻操作人员的劳动强度,同时也防止化学药品对操作人员和周围环境的 影响,由于CPRS防垢装置的耐高温性等特性,弥补了阻垢剂的不足之处,使循环水浓缩倍数大幅提高,因而节水效果显著,其应用前景广阔。

参考文献

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[2] 周本省.工业水处理技术[M].北京,化学工业出版社:2002.

[3] 王忠尧.工业用水及污水水质分析[M].北京,化学工业出版社:2010