２０１２年第８期（总第８３期） 缸派占 ｛｝圭 ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ 节能减簿 Ｉ 工业循环冷却水系统除垢节能新技术解析 郑晋梅 ， 董 葛 （１．太原理工大学， 山西 太原摘０３００２４；２．山西惠普节能应用技术研究所， 山西 太原０３０００１） 要： 叙述了目前国内外最先进的工业循环冷却水系统除垢节能技术的工作原理，并根据工业实践数据，对各项技术 的使用特点、优势及局限性进行了解析比较。 关健词： 工业循环冷却水系统；除垢节能 中图分类号：ＴＱ０８５ 文献标识码： Ａ 文章编号： ２０９５—０８０２一（２０１２）０８—００７４—０３ Ｄｅｓｃａｌｉｎｇ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ＺＨＥＮＧ Ｊｉｎ—ｍｅｉ’．ＤＯＮＧ Ｇｅ （１．Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａｎｘｉ ＨＰ ｓ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００１，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｄｖａｎｃｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｏ］ｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｄｅｓｃａｌｉｎｇ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ａｎｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｄ— ｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｌｅａｎｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ０引言 据有关资料表明，中国总能耗的７２．８％用于工业 生产，工业生产总能耗的７０％以上用于生产过程中的 各类循环水系统，占到全国总能耗的５０％左右；也就是 说，中国将近一半的能源用在工业生产中的“工业循 环水系统”。 由于现阶段的技术，无法有效解决循环水系统内长 期运行不断积累的水垢、微生物粘泥垢的形成和堆积，阻 碍了热交换能力，特别是生物粘泥垢，导致的热交换损失 是碳酸钙垢的５倍，造成工作效率的连续下降。生产企业 只有通过增加循环流量来弥补此问题，而流量加大能耗 １新型化学清洗除垢节能原理 目前国内外最先进、最有效的在线化学清洗技术 是ＫＮＪ一６０运行净。它与传统化学清洗主要区别是，具 有中性的化学特征，具有与被清洗的金属之间无化学 作用的特性，使其在应用中显现出清洗性质温和，不影 响系统的正常运行，不腐蚀系统，不发生污垢堵管现 象，不改变系统水本身的ｐＨ值，且清洗后的排污在同 行中首先达到了环保排放的要求。 １．１技术原理 “运行净”系线型高分子缩聚物，该缩聚物中含有 大量活性较高的分子官能团，通过官能团自身具有远 大于水垢分子间吸引力的高能量，有效吸附水垢分子， 从而达到除垢防垢目的。 １．２除垢机理 除垢机理分两个阶段，第一阶段是“运行净”分子 官能团的能量远远大于水垢分子之间的分子间力（即 也随之上升，最终导致工业生产总能耗约上升２５％。 水垢影响传热效率及增加能耗的关系见表１。 表１ 水垢影响传热效率及增加能耗的关系 水垢厚度 １ＴＩＩＴ１ ０ Ｏ ３ Ｏ．６ ０ ９ １．２ １．６ ＢＴＥ／ ／。Ｋ 传热效率 传热损失 ％ ９２ ７７ ７３．６８ ６１．１２ ５２ ２Ｏ ４５．６０ ３９．５２ 范德华引力），当“运行净”分子官能团与水垢分子接触 时，会克服水垢分子之问的引力，迫使水垢分子向官能 团迁移，达到除垢的目的。与水垢之间的作用如图１所 示。该阶段的除垢过程实质上是１个物理过程，具体表 现为系统水由原来的澄清状态开始出现不同程度的浑 浊。 ０ ２１ ３４ ４４ ５６ ５７ 增加电能消耗 ％ Ｏ １１ ２３ ３２ ４１ ５２ 收稿日期：２０１２－０７—０８ 第二阶段是吸附在“运行净”分子上的水垢分子， 两者开始出现化学反应，如图２所示，具体表现为浑浊 的系统水开始逐渐澄清。 第一作者简介：郑晋梅，１９５７年生，女，山东济南人，１９８１年毕业于 天津大学无线电技术专业，高级工程师。 ・７４・ ２０１２年第８期 郑晋梅，等：：［业循环冷却水系统除垢节能新技术解析 ２０１２年８月 图１ “运行净”分子宫能团夺取水垢分子的示意图 图２第二阶段时化学反应过程示意图 “运行净”的应用，可使运行的系统，重新恢复原有 的设计工艺参数，从而达到了系统长期运行过程中无 垢化清洁运行的理想状态，有效的提高系统及设备的 热交换能力，使系统运行能耗、用水量、运行成本、设备 维修率等明显降低。 ２新型物理除垢节能原理 ２．１ 电解法除垢节能原理 ２．１．１技术原理［ 电解除垢是将电极插入循环水中，利用水及水中 矿物质的电化学特性，通过电解来调节水中矿物质的 平衡，而实现阻垢、防腐和防治微生物的目的。 ２．１．２除垢节能机理 通过电极直接向冷却循环水加载直流电．提高循 环水对形成水垢物质的溶解能力，逐渐溶解冷却循环 水系统水中附着的水垢。电解开始后，水中的重金属离 子（包括水垢）会附着在电解除垢系统电解槽中的负 电极板表面．再定期切换正电极与负电极的极性。切 换后，负电极上附着的水垢脱落，与排水一同排出到循 环水系统外部。 ２．２变频电磁法除垢节能原理 ２．２．１技术原理 变频电磁法是采用信号处理技术，产生一种变频 信号，通过电缆将该变频信号加在管道上，从而在管道 内部产生１个分子力动态干扰场，引起水分子产生共 振。由于不同条件下水的温度、硬度、黏度、ｐＨ值不同， 其内部的自然频率就不同，所以其共振频率也不可能 相同。因此，只有采用变频技术，才能确保使任何水质 条件下的水分子产生共振。 ２．２．２除垢节能机理 变频共振是向水中施加１个与其自然频率相同的 频率，引起水分子产生共振。共振的结果，使氢键断开， 使水分子团变成单个的极性水分子，因而提高了水的 活化性和对水垢的溶解度，极微小的水分子可以渗透、 包围、疏松、溶解、去除热交换系统内的老垢，同时，浮 在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的 文石碳酸钙体，因其表面无电荷。故不再吸附在管道 上，从而达到除垢、防垢的目的。 ２．３ 多效纳米能量球滤料除垢节能原理 ２．３．１技术原理 多效纳米能量球滤料系统，是一种以改性纳米电 气石材料为核心合成的功能性滤料，对水质进行处理 的新型装置。 功能性滤料为多效纳米能量球，是由多种纳米无 机矿物材料和电能材料等组成，经纳米加工并制造成 圆形陶粒。能量球具有大量分子级的微孔，不仅具有很 强的吸附能力，而且有很好的分解能力。同时，可以降 低循环冷却水（冷冻水）的硬度和浊度、有非常好的抑 制细菌和藻类生长的作用、具有调控水的ｐＨ值（保护 铜管和铁管）、除臭等功能。 ２．３．２节能机理 ａ）除垢节能。多效纳米能量球，可将部分水分子电 解成氢离子和氢氧离子，氢氧离子与其它水分子形成 相对稳定的羟基离子。水中的钙、镁离子除了以离子态 存在，还会以如下形式存在：Ｃａ（ＨＣ０３） 和Ｍｇ（ＨＣＯ ） 。当 它们遇到羟基及游离Ｃａ离子时： Ｃａ（ＨＣ０３）２＋２０Ｈ一＝２ＣＡＣ０３ ＋Ｈ２０， Ｍｇ（ＨＣ０３）２＋２０Ｈ一＋２Ｃａ ＝２ＣａＣＯ３』＋Ｍｇ（ＯＨ）２ ｉ。 经如上反应，产生了ＣａＣＯ 和Ｍｇ（ＯＨ） 沉淀，它们 形成了松散的水渣，由过滤层滤掉，不会结成水垢硬 层； ｂ）杀菌、抑藻。由于多效纳米能量球，具有永久电 极，在其周围有徽电场，在这种环境下，细菌、霉菌等微 生物的繁殖会受到明显的抑制甚至被杀灭。另外，少数 细菌在空气中由于依附在带正电荷的灰尘或其它悬浮 颗粒物上而呈正电型，遇上负离子时，正负极吸合的冲 击作用会把细菌的细胞膜击穿，从而杀死细菌。同时本 材料特别添加了进口霉菌抑制剂，对细菌滋生和藻类 滋生具有较好的抑制作用； ｃ）调控循环水系统的ＰＨ值。空调水系统中既有 ｃｕ又有Ｆｅ，做到使二种金属都得到保护，这就应该控 制系统水的ＰＨ值在９～９．９之问，因为铁的钝化区在 ・７５・ ２０１２年第８期 源占 ｛｝圭 电运行，特别是电解法需在高压状态下工作。Ｊ二作状态 ＰＨ值９～１３之间（生成Ｆｅ ０ 保护膜，使Ｆｅ不受腐 蚀），Ｆｅ喜碱性介质，而ｃｕ怕强碱，当ＰＨ值达到１０以 上时，ｃｕ才开始受腐蚀，故在ｃｕ与Ｆｅ都共存的水系 统中，最好要严格控制ＰＨ值在９～９．９之间。经多效纳 米能量球滤料处理过的循环冷却水（冷冻水）的饱和 ＰＨ值在９．５左右，可使循环冷却水（冷冻水）的酸碱度 保持在适当的碱性环境，既可以保护铜又可以保护铁， 还有利于抑制细菌和藻类生长。 下，前者对周围不会产生任何磁场，周围的磁场变化对 其也影响甚微。后者则不同，如对变频电磁法而言，由 于变频信号通过电缆将该加在管道上，线圈产生的磁 场对现场的磁电计量设备会产生影响，故对磁电计量 设备距离有一定要求，一般应＞２ ｍ。同时电动机产生 的磁场也会对变频磁场产生干扰，故对设备距离也有 一定要求，如对大功率电动机（高压注水泵的电机）距 ３应用技术比较 上述的除垢节能技术，同传统的化学除垢方式比 较，最大的区别或优势有：ａ）均可在线除垢，不需要停 离应在３ １ＴＩ以上。 电解法和变频电磁法的区别是，后者由于频率变 化范围宽，可适用于一定范围内的不同ｐＨ值、不同温 度、不同流速、的工业循环水系统。实践表明，当ｐＨ值 在７～９，碱度大于硬度时电磁处理防垢的效果才明显。 般当水中碱度大于８ ｍｇ当量时，应考虑采用变频电 磁法除垢。相关理论表明，电磁场强度与水的流速的乘 一机；ｂ）除垢过程中对循环系统管壁没有任何腐蚀，不会 发生因除垢而产生管漏现象，也不存在化学腐蚀和排 放污染问题；ｃ）将水垢以分子的形式溶解在水中，因此 不会存在堵塞管道的现象；ｄ）均可在温度较高的 业 循环水系统运行中使用，如多效纳米能量球滤料系统 设计温度可达１００℃，变频电磁法设计温度可达１４９ ｏＣ， “运行净”可在３５０ ｃｃ以下的任何温度都能正常发挥作 用；ｅ）适用于任何材质的工业循环水系统。 在实际使用中，每项技术又各有所长。“运行净”因 积有一恒定的最佳值，所以当电磁场强度一定时，对工 业循环水的流速就相应限制，如当电磁场强度０．６～０．８ 特拉斯时，要达到最佳除垢效果，流速应为２ ｍ／ｓ左 右。 注：本文还参考了上海开纳杰化工研究所刘威所著的《 台金 行业循环水系统永久无垢清洁运行》以及佛山高品环保技术有 为要保待循环水系统中系线型高分子缩聚物的一定浓 度，故只适用于封闭的工业循环水系统的除垢节能。 物理除垢技术可适用于封闭或非封闭的任何系 统。所不同的是多效纳米能量球滤料系统为自激发能 量场，无需外接能源，而电解法和变频电磁法则需要带 ０・０・＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０・０‘◇●◇●＜＞●ｏ●＜＞‘＜＞・（＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０●＜＞０＜＞●＜＞‘（）●◇限公司王林双所著的《多效空调循环冷却水处理系统简介》。 参考文献： ［１］岳峰，田中博．使用水都电解除垢技术处理某铜厂循环水 （责任编辑：高志凤） 研究［Ｊ］．工业用水与废水，２０１０（３）：８９—９１． ●０●＜＞－０・＜＞０（＞００●＜＞●＜）●＜＞●－ｃ＞●＜＞・ｏ●＜＞０＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●（）●０●０・＜ ●（＞・◇● （上接６２页） ３产生的效益 根据余热锅炉所产过热蒸汽的品质，主蒸汽参数 确定为：温度３１５ 、压力１．２５ ＭＰａ，每套机组产蒸汽 量约为３７．０ ｔ／ｈ，按照汽轮机效率≤８２％、发电机效 与变电站３５ ｋＶ母线连接。低温余热电站与现有电力 系统实现并网运行，运行方式为并网不上网。在发变组 出口开关处设置并网同期点。在不改变变电站原有供 电及运行方式的前提下，发电机发出的电量将全部用 于全厂负荷。从现行的条件和技术要求来讲，该项目的 率≤９７％计算，平均余热发电功率约为７ １５０ ｋＷ，额 定装机功率９ ＭＷ。装机容量２×９ ＭＷ，年发电量１１ ４４０×１０ ｋＷ・ｈ，年供电量ｌ０ ５７０×１０ ｋＷ・ｈ。项目实 施后为工厂节省的外购电电费如下：１０ ７５５．１６×１０ ｋＷ・ ｈ／ａ，０．２７３ ５元／ｋＷ・ｈ（无税）。 实施实现了铁合金行业资源的循环利用，对节能减排 具有相当重要的意义。 参考文献： ［１］齐中勇，李红晓．矿热炉烟气余热发电的应用［Ｊ］．铁合金， ２０１ １（２）：３９——４０． ［２］安月明，李洪元，金永新．我国矿热电炉能耗现状及节能潜力 ４结语 低温余热电站采用发变组形式接人电力系统。发 电机出线经升压变压器变为３５ ｋＶ后经单回电缆线路 分析［Ｊ］冲国有色冶金，２００８（６）：４９—５４． ［３］严 军，英措．矿热炉烟气余热利用技术的探讨［Ｊ］．铁合 金 ２０１ １（４）：４２—４５． （责任编辑：张楠） ・７６・