空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)研究

1、空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)研究 摘要：針對北京地鐵復(fù)八線空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過 程中的節(jié)水問題，在理論研究的基礎(chǔ)上，通過采用旁流式過 濾技術(shù)和化學(xué)藥劑相結(jié)合的方式，對天安門西站的冷卻水系 統(tǒng)進(jìn)行了改造。通過不同的處理方式進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)可行 性比較，找出適合地鐵冷卻循環(huán)水處理的方法。 關(guān)鍵詞：循環(huán)水旁通過濾器節(jié)水效果 一、情況概述：北京地鐵復(fù)八線西起復(fù)興門站，東至四 惠東站，全線共設(shè) 13 座車站，是北京地鐵建設(shè)史上第一條 設(shè)計安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)的地鐵線路。車站全部采用水冷式 制冷機(jī)做為站內(nèi)環(huán)境溫度控制。在機(jī)組運(yùn)行過程中循環(huán)冷卻 水的損失量很大，已成為北京地鐵用水量最多的設(shè)備。北京 是一個缺水的

2、大都市，市政府對節(jié)水要求很高，而且，水費(fèi) 又在不斷的提升，使制冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用在地鐵公司總的費(fèi) 用中也占據(jù)了一定的比例。節(jié)約用水，降低運(yùn)行費(fèi)用是地鐵 運(yùn)營公司的首要任務(wù)，首先我們要確定可以節(jié)約的水量在哪 里？在制冷機(jī)運(yùn)行季節(jié)，正常的蒸發(fā)量和合理的飛濺損失量 是無法回收的，只有通過相應(yīng)的水處理技術(shù)和設(shè)備來合理的 減少排污水量。也就是說：減少排污量是開展節(jié)約用水工作 的重點(diǎn) 在制冷機(jī)運(yùn)行過程中，由于水的溫度是通過蒸發(fā)而 降溫的，在蒸發(fā)過程中也是水質(zhì)濃縮的過程，系統(tǒng)中水質(zhì)硬 度隨著濃縮過程的進(jìn)行而增加，其表現(xiàn)出的結(jié)垢傾向會隨著 濃縮倍數(shù)的增加而增加。如果僅采取簡單的減少排污量，甚 至不排污的方式，蒸

3、發(fā)器內(nèi)管和冷卻塔上會出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢 現(xiàn)象，造成能耗增加和檢修工作量增加，這種代價是不合理 的和不可取的。所以為了避免這種代價的交換，應(yīng)選擇好合 理的濃縮倍數(shù)，適量排污?；蜻x擇好的水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)和相應(yīng) 的技術(shù)改造，以達(dá)到更好的水處理效果和減少更多的排污 。濃縮倍數(shù)的選擇是根據(jù)水質(zhì)情況來確定的，循環(huán)冷卻水 的蒸發(fā)和排污與循環(huán)水量、溫差、濃縮倍數(shù)等因素相關(guān)。在 沒有采用過濾器前，運(yùn)行期的分析數(shù)據(jù)見表一：表一2003 年天安門西站運(yùn)行期冷卻水平均分析數(shù)據(jù)站點(diǎn)名稱PH 值 TDSmg/l 總硬度 mg/l 氯離子 mg/l 最低濃縮倍數(shù)最高濃縮倍 數(shù)平均的濃縮倍數(shù)天安門西 8.821043636771.1

4、44.222.54 按照常規(guī)預(yù)測：一套循環(huán)水量在 500M3/H 的系統(tǒng)，當(dāng)濃縮 倍數(shù)在 2.54 時，它的排污量大約在 2M3/H ，每天運(yùn)行 12 小時，每天的排污量在 24 噸，而當(dāng)濃縮倍數(shù)提高到 5 時， 排污量下降到 0.75M3/H ，每天是 9 噸，減少 15 噸。如果 一個系統(tǒng)可以每天節(jié)水 10-20 噸，整個沿線的節(jié)水率是非常 可觀的。按每年運(yùn)行時間 120 天計算， 13 個站，每個運(yùn)行 季節(jié)可以節(jié)水 22000 噸，按每噸水 5.7 元計算，節(jié)約費(fèi)用大 約是 12.54 萬元，其節(jié)水的社會、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益非常 顯著的。隨著對環(huán)境和節(jié)水要求的日益提高，循環(huán)冷卻水 “零”

5、 排污技術(shù)的推廣和應(yīng)用是國內(nèi)水處理界的新技術(shù)目 標(biāo)。二、解決方案 化學(xué)處理與旁流過濾技術(shù)結(jié)合：在理 論上，大幅度提高循環(huán)冷卻水運(yùn)行的濃縮倍數(shù)是可能的，在 技術(shù)上是可行的，一些文獻(xiàn)還提出冷卻水處理的“零 ”排污 方案。這種方案是利用化學(xué)水穩(wěn)定劑的處理技術(shù)與旁流過濾 設(shè)備相結(jié)合來達(dá)到目的 。在冷卻水運(yùn)行過程中，冷卻塔是 開放式運(yùn)行，塔上的污物很多，像風(fēng)沙帶進(jìn)的懸浮物，破碎 的塔片和在冷卻塔上滋生的藻類粘泥，這些污物在冷卻水運(yùn) 行過程中，會在流速低的地方沉積，造成水的濁度增加；也 會導(dǎo)致水中成垢物質(zhì)結(jié)集在一起，形成垢質(zhì)，沉積在換熱面 上，影響換熱效率。冷卻水的排污，實際上就是通過增加的 新水降低這些

6、污物的影響。如果能夠通過過濾器的方式將冷 卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風(fēng)沙及碎塔片等過濾去除，是 可以提高運(yùn)行水的濃縮倍數(shù)，減少排污量的。常規(guī)的物理過 濾處理是在循環(huán)管線上，安裝一個管道過濾器。大部分管道 過濾器采用單層濾網(wǎng)直接阻擋機(jī)械雜質(zhì)。由于管道水的正面 壓力，濾網(wǎng)很容易堵塞，而小于孔徑的雜質(zhì)依然會透過過濾 器。我們采用旁流精確過濾的方式，是通過安裝旁路精密管 道過濾器的方式，將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風(fēng)沙及 碎踏片等過濾，提高運(yùn)行水的潔凈度。該過濾器采用剛性濾 網(wǎng)與復(fù)合纖維組成，多層過濾，不但有機(jī)械阻擋作用，還具 有溶膠吸附作用，不僅能吸附小于孔徑的雜質(zhì)，還能吸附部 分水溶性物質(zhì)，如：

7、銹水、膠體等。這種過濾器盡管也是串 聯(lián)在管道中，但由于采用了切向進(jìn)水，水在容器中形成漩 流，這樣，大的雜質(zhì)由于離心力的作用向外擴(kuò)散，進(jìn)而靠重 力下移，過濾層在中心出水管四周。另外由于向心力的作 用，水對過濾層的正面壓力減小，因而為吸附過濾制造了條 件，即吸附的雜質(zhì)不易因為水壓而透過過濾層。不但如此， 圍繞中心出水管而旋轉(zhuǎn)的水流對擋在過濾層外面的雜質(zhì)還有 沖刷作用（用水流對過濾層的剪切力自動清洗）。向心力形 成的旋渦促使雜質(zhì)向下集中，這樣，自動控制系統(tǒng)就可適時 的將雜質(zhì)排出。這種過濾的特殊結(jié)構(gòu)巧妙的使水流產(chǎn)生離心 力、向心力、剪切力、漩流沉淀，因此，具有過濾效果好， 不易堵塞，工作可靠的特點(diǎn)。雖

8、然過濾器并聯(lián)安裝在循環(huán)系 統(tǒng)中，但通過的水量只是循環(huán)水量的5% 左右，對系統(tǒng)總的 循環(huán)流量影響不大，即使過濾器發(fā)生堵塞，也不會對整個系 統(tǒng)運(yùn)行有影響。如果采用串聯(lián)方式，利用壓差排污，對系統(tǒng) 的總流量是有影響的，會減少系統(tǒng)循環(huán)水量，會直接影響換 熱效率，如果發(fā)生堵塞，系統(tǒng)運(yùn)行將有困難。三、實驗數(shù)據(jù) 分析：我們通過近幾年在地鐵復(fù)八線實際冷卻水處理技術(shù)的 實施和對水質(zhì)等問題的了解，及對現(xiàn)場管理和運(yùn)行模式的認(rèn) 識，我們認(rèn)為，在地鐵復(fù)八線推廣 “零 ” 排污技術(shù)是可行 的，通過技術(shù)實施和雙方協(xié)商好的運(yùn)行方式，可以獲得相當(dāng) 大的節(jié)水效果。 2003 年開始，我們對整個復(fù)八線的濃縮倍 數(shù)提升做了一些嘗試，將

9、部分站點(diǎn)的濃縮倍數(shù)達(dá)到 6 左右， 總硬度達(dá)到 1000 以上。在這個硬度下運(yùn)行，結(jié)垢傾向會很 嚴(yán)重。由于天安門西站原設(shè)計的水箱不合理，每次停機(jī)水都 有泄漏問題， 2003 年運(yùn)行期濃縮倍數(shù)只有 2.54 。在 2004 年，我們采用了采用旁流過濾方法，安裝了一臺 20M3/H 的 精密旁通過濾器，具體安裝見附圖：運(yùn)行期間，我們請中石 化集團(tuán)的水處理藥劑評定中心進(jìn)行水樣抽檢和腐蝕掛片檢 驗，其中水樣分析報告和掛片數(shù)據(jù)見表二和表三 。表 二水樣分析報告分析工程自來水循環(huán)冷卻水總硬度 mg/l280- 360900-1700 總堿度 mg/l200-250500-770 氯離子 mg/l30- 4

10、6163-352 濃縮倍數(shù) 6-8 按照濃縮倍數(shù) 7 計算，排污量為 0.6M3/H ，每天的排污量為 7.2 噸，與 2003 年比，每天節(jié) 水 16.8 噸。達(dá)到了預(yù)期的目的。從運(yùn)行效果看，整個運(yùn)行 期，制冷機(jī)沒有出現(xiàn)任何結(jié)垢跡象，從腐蝕掛片的腐蝕率 看，效果也很好。表三腐蝕率數(shù)據(jù)懸掛掛片號材質(zhì)腐蝕率 mm/ 年說明 2157 碳鋼 A30.1017 掛片露出水面，所以 偏高 2152 碳鋼 A30.08042198 碳鋼 A30.06792178 碳鋼 A30.04832151 碳鋼 A30.05802176 碳鋼 A30.04112179 碳 鋼 A30.0388 平均值 0.0623

11、6141 黃銅 0.00136145 黃銅 0.00116144 黃銅 0.0002 平均值 0.0008 國家行業(yè)規(guī)范要 求：開放式水處理系統(tǒng)腐蝕率允許值： 0.125mm/年，我 們的實驗數(shù)據(jù)表明均符合國家水處理規(guī)范要求。四、實施方 案和節(jié)約的費(fèi)用：我們在循環(huán)管道上引出一條旁路，水量是 總循環(huán)水量的 1/20 ，安裝一個精密過濾器，水通過精密過濾 器過濾后，再返回到運(yùn)行管線中。設(shè)備費(fèi)用大約在 820010000 元采用精密過濾器的綜合效益可以從幾個方面統(tǒng)計： 1. 節(jié)水量：每臺制冷機(jī)可以節(jié)約用水 10-20 噸 /天，節(jié)水總量 在 23400 噸 2.節(jié)省費(fèi)用：按每噸水 5.7 元計算，全

12、年節(jié)水 費(fèi)用達(dá)到 13.34 萬元。 3.節(jié)能源：當(dāng)采用旁流過濾技術(shù)后， 水的潔凈度增加，在冷卻塔上的附著量減少，提高了冷卻塔 的換熱效率，相當(dāng)節(jié)約了能源消耗，估計至少可以降低5 10% 的能源消耗。 4. 節(jié)約水處理藥劑：水處理藥劑是按照補(bǔ) 充水量投加的，當(dāng)采用過濾器后，補(bǔ)水量降低，加藥量也可 以節(jié)省 10% 左右。安裝一臺旁流過濾器的成本從一年的節(jié) 水和節(jié)電、藥劑費(fèi)用中就可以收回。五、結(jié)論通過我們在地 鐵天安門西站進(jìn)行化學(xué)水處理與旁通過濾技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用實驗 表明，在滿足國家對循環(huán)水的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可以大量 減少排污量，節(jié)省水資源。從而真正實現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)的零排 污運(yùn)行模式，會為北京地鐵贏得更好的社會影響和經(jīng)濟(jì)效 益。如果在地鐵和相關(guān)單位推廣應(yīng)用、將會產(chǎn)生巨大的社會 效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 六、參考文獻(xiàn)： 1.金熙等編工業(yè)水處理技術(shù)問答及常 用數(shù)據(jù)北京 .化學(xué)工業(yè)出版社， 1