第4章 工业杀菌剂在工业冷却水行业的应用

4.1　工业冷却水行业简述

工业冷却水是指在工业生产过程中冷却热工艺介质用水的统称。目前工业循环冷却水主要应用领域包括电力、石油及化工、造纸、冶金、纺织、建材、食品、机械等高耗水行业。2017年,我国工业用水总量1277.0亿立方米,占全国用水总量(6043.4亿立方米)的21.1%,其中工业用水量的70%~80%为循环冷却水用量。循环冷却水控制水平的高低,对工业节水和工业设备的正常运行具有十分重要的意义。

工业冷却水的处理一般是解决腐蚀、结垢和微生物滋生三大问题,而微生物滋生主要危害就是产生生物黏泥,加速腐蚀和结垢。目前,我国工业冷却水控制技术整体上已经处于世界先进水平行列。其中控制微生物的化学品一般称为杀菌剂,也可称为微生物抑制剂或者生物黏泥抑制剂,以下统称为杀菌剂。杀菌剂在工业冷却水的应用非常广泛,主要分为菌藻杀灭抑制作用的杀菌剂和海生物抑制剂。工业冷却水杀菌剂每年的总应用量为10万~20万吨。

按照冷却形式,工业冷却水分为两大类:直流冷却水和循环冷却水。直流冷却水系统(图4⁃1)是冷却水由供水泵供给热交换器,换热后直接排放。为了节约用水,提高水资源利用率,循环冷却水系统被普遍采用。循环冷却水系统是指以水作为冷却介质,并循环运行的一种给水系统,由换热设备、冷却设备、处理设备、水泵、管道及其他有关设施组成。循环冷却水系统按照冷却水与空气是否接触分为密闭式循环冷却水系统(图4⁃2)和敞开式循环冷却水系统(图4⁃3)。

直流冷却水系统的特点是不需要冷却构筑物,操作简便,一次投资少,但消耗水量大,冷却水经一次使用后就直接被排放掉,使用的水量就是供水量。直流冷却水系统排水量大,对区域水源热污染大,为了节约水资源和减少对环境水域的热污染,直流冷却水系统已很少采用;但在滨海地区,由于海水丰富,海水直冷反而成为一种十分经济和节水的技术,滨海地区的核电、火电、气电等基本采用海水直冷。在总用水量和工业用

图4⁃1　直流冷却水系统示意图

图4⁃2　密闭式循环冷却水系统

图4⁃3　敞开式循环冷却水系统

1—换热器;2—冷却塔;3—集水池;4—水泵;5—补充水;6—排污水;7—药剂投加

水量均呈下降趋势情形下,海水利用在近几年却呈快速上升趋势,2017年全国海水直接利用量达到1022.7亿立方米。海水直接利用量较多的为广东、福建、浙江、山东、江苏、海南和辽宁,分别为368.0亿立方米、257.7亿立方米、179.9亿立方米、59.0亿立方米、46.6亿立方米、37.8亿立方米和35.0亿立方米,其余沿海省份大都也有一定的海水直接利用量。对于直流冷却水系统,换热器都是钛材等耐腐蚀性材质,腐蚀不是问题,最大的问题是各种海生物造成的堵塞、换热效率降低等污损。

密闭式循环冷却水系统是密闭的,冷却水不与空气接触,与外界无物质交换,没有冷却水的蒸发,所以,循环冷却水中各种矿物质和离子浓度几乎不发生变化。密闭式循环冷却水系统常用软化水或纯水作为补充水。图4⁃2中的二次冷却器就是将温度升高后的热水,用其他冷却介质(如空气或水)来冷却。二次冷却器也是一种热交换器,有空气冷却器、空气和水混合冷却器、板式换热器等几种类型,空气冷却器的外侧常装有用导热系数高的材料(如铝、铜)制成的翼形翅片或其他形状的散热片来增加散热面积,或放置在机械通风冷却塔内,以提高冷却效率;空气和水混合冷却器也称水膜表面蒸发器,当仅靠空气冷却达不到冷却负荷要求时,向冷却器送水,加强冷却效果;板式换热器是通过敞开式冷却水系统来冷却热水的。密闭式循环冷却水系统一般用于热负荷较高或有特殊要求的工业生产系统中,如中央空调、冷链等。对于密闭系统而言,由于水质好、系统小、密闭环境等,其微生物控制的难度较小。

敞开式循环冷却水系统是工业生产中应用最普遍的一种冷却水系统。冷却水通过热交换器来冷却工艺介质,冷却水在换热过程中温度升高而成为热水,热水经过冷却塔与空气接触进行蒸发冷却,水经冷却后继续循环使用。敞开式循环冷却水系统的特点是水在循环冷却使用过程中,必须经过冷却塔,通过水的蒸发,将热量带到空气中,循环水得到冷却。在蒸发冷却过程中,循环水中的矿物质不断增加,产生所谓的浓缩倍率。虽然目前循环冷却水应用已成为普遍,但在20世纪70年代之前,我国绝大多数的冷却水均是直冷形式,直到20世纪70年代中期从美法日等国引进13套大化肥装置后,才开始引入了循环冷却水的概念。对于敞开式循环冷却水系统,由于补水带入大量盐分和营养物质,温度适宜(一般30~40℃),敞开式环境和空气循环也带入大量的空气杂质和细菌等,其微生物的抑制是其必须控制的指标(腐蚀、结垢、微生物滋生)之一。