【污水處理工藝】臭氧發(fā)生器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造案例
近年來，桐鄉(xiāng)市果園橋水廠原水的受污染程度日趨嚴重，針對日益惡化的原水水質(zhì)，采用深度處理已成為提高出廠水水質(zhì)的必要手段，臭氧活性炭工藝就是其中最有效的手段之一。果園橋水廠臭氧活性炭深度處理工程于2003年5月投入運行，是國內(nèi)較早采用該工藝的水廠之一。臭氧系統(tǒng)采用具有國際領(lǐng)先水平的德國WEDECO和瑞士OZONIA臭氧發(fā)生器，以液態(tài)氧為氣源，通過高壓放電制取臭氧。
共設(shè)3組臭氧發(fā)生器，其中型號為CFL-10的2臺，產(chǎn)量為6kg/h，輸出功率為76kW，質(zhì)量分數(shù)為7%時單臺最大臭氧產(chǎn)量為10kg/h；型號為SMO750的1臺，產(chǎn)量為10kg/h，輸出功率為124kW，質(zhì)量分數(shù)為7%時單臺最大臭氧產(chǎn)量為15kg/h，采用直流冷卻水方式對放電管及其電氣元件進行冷卻。
1 存在的問題
臭氧發(fā)生器是深度處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到整個水廠能否安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟的運行。運行三年多來，冷卻水系統(tǒng)暴露出不少問題，對臭氧發(fā)生器產(chǎn)生了嚴重的影響，主要體現(xiàn)在以下兩個方面:
① 壓力稍有波動，容易引起設(shè)備跳閘系統(tǒng)冷卻水采用出廠水，當(dāng)發(fā)生供水壓力異常降低(如管網(wǎng)爆管)或送水泵異常停泵時，臭氧發(fā)生器經(jīng)常出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，特別是在夏季，冷卻水水溫較高，冷卻效果較差，輕微或短時的壓力波動就能引起設(shè)備跳閘。因此，保持穩(wěn)定、符合要求的冷卻水壓力顯得尤為重要。
② 管道結(jié)垢，設(shè)備腐蝕
考慮到管道材質(zhì)對水質(zhì)的影響，在車間外采用球墨鑄鐵管、車間內(nèi)采用PPR管，但在運行期間仍然發(fā)現(xiàn)由于微生物的危害，造成設(shè)備及管道大量結(jié)垢，甚至不銹鋼材質(zhì)被腐蝕。冷卻水中常見的微生物主要有藻類、細菌和真菌三大類。由于水溫和pH值均適合大多數(shù)微生物的生長，隨著冷卻水不斷流過，帶來所需的營養(yǎng)基質(zhì)，促使微生物迅速繁殖，再加上各種無機離子和有機物質(zhì)的濃縮、灰塵雜質(zhì)的進入以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會產(chǎn)生嚴重的沉積物附著、設(shè)備腐蝕和微生物大量孳生。微生物在系統(tǒng)內(nèi)的繁殖生長，不僅使水質(zhì)變差，而且還會與其他有機或無機雜質(zhì)形成粘垢附著在系統(tǒng)管道上，增加水流阻力，嚴重降低系統(tǒng)的傳熱效率，加速設(shè)備及管道的腐蝕，從而威脅和破壞水廠長期、安全、高效的運行。
根據(jù)以上情況分析，應(yīng)該將冷卻水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性放在第一位考慮，必須對系統(tǒng)進行徹底改造，以滿足生產(chǎn)的要求。
2 改造方案
根據(jù)臭氧發(fā)生器的運行特點及要求，特別是考慮到第二種問題的存在，否定了直接在冷卻水系統(tǒng)前增加管道泵進行增壓的方案，根據(jù)設(shè)備廠家提供的水壓、水量、水質(zhì)、水溫等運行參數(shù)重新對整套系統(tǒng)進行了設(shè)計。將原直流冷卻水改為循環(huán)冷卻水方式，通過熱交換方式對設(shè)備進行冷卻整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包括不銹鋼板式換熱器、不銹鋼管道泵等設(shè)備。系統(tǒng)分為外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)兩部分，外循環(huán)采用出廠水作為介質(zhì)，介質(zhì)由廠內(nèi)自用水管經(jīng)板式換熱器流回至二次提升泵房吸水井，通過深度處理對介質(zhì)進行二次處理;內(nèi)循環(huán)采用蒸餾水作為介質(zhì)，在臭氧發(fā)生器、循環(huán)水泵及板式換熱器之間形成閉路循環(huán)。內(nèi)、外循環(huán)通過板式換熱器發(fā)生熱量交換，以溫度較低的外循環(huán)水冷卻溫度較高的內(nèi)循環(huán)水。
在板式換熱器和循環(huán)水泵進口閥門前安裝了不銹鋼過濾器，主要作用是防止粗顆粒進入冷卻水系統(tǒng)。在循環(huán)水泵負壓側(cè)設(shè)置一補水箱，補充冷卻水由于蒸發(fā)、滲漏及采樣造成的損失?？紤]到注入冷卻水時需排出系統(tǒng)內(nèi)的氣體，在內(nèi)、外循環(huán)管路的最高端均安裝了排氣閥。在內(nèi)、外循環(huán)管路的最低端還安裝了排水閥以便更換冷卻水或設(shè)備檢修時排凈系統(tǒng)內(nèi)積水。儀表的設(shè)置以簡單、實用為原則，同時也采用了一些先進可靠并已在生產(chǎn)實踐中得到成功運用的監(jiān)測控制儀表。外循環(huán)進水管路上安裝有壓力表、溫度計，出水管路上安裝有溫度計;內(nèi)循環(huán)進水管路(相對于板式換熱器而言)上安裝有壓力表、PT100溫度傳感器，出水管路上安裝有壓力表、溫度計。整套系統(tǒng)除補水箱上留有一小孔與外界連通以避免箱內(nèi)形成真空外，全部密閉，以避免灰塵雜質(zhì)進入系統(tǒng)內(nèi)部。
系統(tǒng)設(shè)置2臺管道泵作為循環(huán)水泵，1用1備。根據(jù)臭氧發(fā)生器對冷卻水的要求，選定的流量為45m3/h，揚程為300kPa，功率為7.5kW。板式換熱器選型時，根據(jù)臭氧發(fā)生器投入運行至今最不利工況時的測量溫度再考慮適當(dāng)?shù)挠嗟?。選擇內(nèi)循環(huán)溫度T1=37℃，T2=40℃，ΔT=3℃;外循環(huán)溫度T1=35℃，T2=38℃，ΔT=3℃，根據(jù)選定的循環(huán)溫度，選用板式換熱器的板片總數(shù)為57片，換熱面積為14.85m2，熱交換量為565.74MJ/h，板片的傳熱系數(shù)高達19047kJ/(m2·h·℃)，換熱器的水頭損失為20kPa。
3 運行情況及改造效果
改造于2006年4月初開始，4月底完成。完成后隨即進行了整套系統(tǒng)的調(diào)試，先用自來水對內(nèi)、外循環(huán)的管道及設(shè)備進行沖洗，特別是內(nèi)循環(huán)管路在循環(huán)水泵大流量的沖刷下，大量原先積存在臭氧發(fā)生器內(nèi)的沉積物被沖出。第一輪沖洗完成后隨即進行第二輪沖洗，將純凈水經(jīng)補水箱注入內(nèi)循環(huán)管道中，臭氧發(fā)生器冷卻系統(tǒng)出水經(jīng)循環(huán)水泵、板式換熱器重新進入該系統(tǒng)，在循環(huán)水泵作用下循環(huán)使用。每7～14d將內(nèi)循環(huán)水予以更換，更換時水質(zhì)情況見表1，第二輪沖洗結(jié)束后，內(nèi)循環(huán)水質(zhì)已達到了設(shè)備要求，將內(nèi)循環(huán)水更換為蒸餾水投入運行。
表1 內(nèi)循環(huán)水質(zhì)
運行期間室外氣溫最高為39℃，外循環(huán)進水水溫為29℃，出水水溫為29.5℃;內(nèi)循環(huán)熱交換前水溫為31.5℃，熱交換后水溫為29.5℃，在最高氣溫時熱交換后的水溫也滿足設(shè)備的要求。外循環(huán)進水壓力為0.26MPa(出廠水壓為0.35MPa)，在循環(huán)水泵作用下冷卻水進入臭氧發(fā)生器時的水壓為0.22MPa，滿足設(shè)備要求冷卻水壓力>0.2MPa的要求。運行三個多月以后適逢夏季高溫，臭氧發(fā)生器運行正常，未發(fā)生一起因冷卻水原因產(chǎn)生的跳閘現(xiàn)象。
運行時由于氣溫較高，外循環(huán)閥門處于全開狀態(tài)，而在其他季節(jié)可根據(jù)內(nèi)循環(huán)水溫適當(dāng)減少外循環(huán)水量，節(jié)省運行成本。
4 結(jié)語
三個多月的運行情況表明，新的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運行安全可靠，降低了臭氧發(fā)生器的故障率，因此該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的改造是成功的。
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