空調(diào)冷卻水節(jié)水技術分析論文

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摘要：針對北京地鐵復八線空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行過程中的節(jié)水問題，在理論研究的基礎上，通過采用旁流式過濾技術和化學藥劑相結合的方式，對天安門西站的冷卻水系統(tǒng)進行了改造。通過不同的處理方式進行技術性和經(jīng)濟可行性比較，找出適合地鐵冷卻循環(huán)水處理的方法。

關鍵詞：循環(huán)水旁通過濾器節(jié)水效果

一、情況概述：

北京地鐵復八線西起復興門站，東至四惠東站，全線共設13座車站，是北京地鐵建設史上第一條設計安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)的地鐵線路。車站全部采用水冷式制冷機做為站內(nèi)環(huán)境溫度控制。在機組運行過程中循環(huán)冷卻水的損失量很大，已成為北京地鐵用水量最多的設備。北京是一個缺水的大都市，市政府對節(jié)水要求很高，而且，水費又在不斷的提升，使制冷系統(tǒng)的運行費用在地鐵公司總的費用中也占據(jù)了一定的比例。

節(jié)約用水，降低運行費用是地鐵運營公司的首要任務，首先我們要確定可以節(jié)約的水量在哪里？

在制冷機運行季節(jié)，正常的蒸發(fā)量和合理的飛濺損失量是無法回收的，只有通過相應的水處理技術和設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⑴

在制冷機運行過程中，由于水的溫度是通過蒸發(fā)而降溫的，在蒸發(fā)過程中也是水質濃縮的過程，系統(tǒng)中水質硬度隨著濃縮過程的進行而增加，其表現(xiàn)出的結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，蒸發(fā)器內(nèi)管和冷卻塔上會出現(xiàn)嚴重的結垢現(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，應選擇好合理的濃縮倍數(shù)，適量排污。或選擇好的水質穩(wěn)定技術和相應的技術改造，以達到更好的水處理效果和減少更多的排污⑵。

濃縮倍數(shù)的選擇是根據(jù)水質情況來確定的，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。在沒有采用過濾器前，運行期的分析數(shù)據(jù)見表一：

表一2003年天安門西站運行期冷卻水平均分析數(shù)據(jù)站點名稱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8.821043636771.144.222.54

按照常規(guī)預測：一套循環(huán)水量在500M3/H的系統(tǒng)，當濃縮倍數(shù)在2.54時，它的排污量大約在2M3/H，每天運行12小時，每天的排污量在24噸，而當濃縮倍數(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。按每年運行時間120天計算，13個站，每個運行季節(jié)可以節(jié)水22000噸，按每噸水5.7元計算，節(jié)約費用大約是12.54萬元，其節(jié)水的社會、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益非常顯著的。隨著對環(huán)境和節(jié)水要求的日益提高，循環(huán)冷卻水“零”排污技術的推廣和應用是國內(nèi)水處理界的新技術目標。

二、解決方案----化學處理與旁流過濾技術結合：

在理論上，大幅度提高循環(huán)冷卻水運行的濃縮倍數(shù)是可能的，在技術上是可行的，一些文獻還提出冷卻水處理的“零”排污方案。這種方案是利用化學水穩(wěn)定劑的處理技術與旁流過濾設備相結合來達到目的⑶。

在冷卻水運行過程中，冷卻塔是開放式運行，塔上的污物很多，像風沙帶進的懸浮物，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；也會導致水中成垢物質結集在一起，形成垢質，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，藻類粘泥和風沙及碎塔片等過濾去除，是可以提高運行水的濃縮倍數(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)直接阻擋機械雜質。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，藻類粘泥和風沙及碎踏片等過濾，提高運行水的潔凈度。該過濾器采用剛性濾網(wǎng)與復合纖維組成，多層過濾，不但有機械阻擋作用，還具有溶膠吸附作用，不僅能吸附小于孔徑的雜質，還能吸附部分水溶性物質，如：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水，水在容器中形成漩流，這樣，大的雜質由于離心力的作用向外擴散，進而靠重力下移，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的水流對擋在過濾層外面的雜質還有沖刷作用（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向下集中，這樣，自動控制系統(tǒng)就可適時的將雜質排出。這種過濾的特殊結構巧妙的使水流產(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。

雖然過濾器并聯(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)運行將有困難。

三、試驗數(shù)據(jù)分析：

我們通過近幾年在地鐵復八線實際冷卻水處理技術的實施和對水質等問題的了解，及對現(xiàn)場管理和運行模式的認識，我們認為，在地鐵復八線推廣“零”排污技術是可行的，通過技術實施和雙方協(xié)商好的運行方式，可以獲得相當大的節(jié)水效果。

2003年開始，我們對整個復八線的濃縮倍數(shù)提升做了一些嘗試，將部分站點的濃縮倍數(shù)達到6左右，總硬度達到1000以上。在這個硬度下運行，結垢傾向會很嚴重。由于天安門西站原設計的水箱不合理，每次停機水都有泄漏問題，2003年運行期濃縮倍數(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：

運行期間，我們請中石化集團的水處理藥劑評定中心進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⑶⑷⑸。

分析項目自來水循環(huán)冷卻水

總硬度mg/l280-360900-1700

總堿度mg/l200-250500-770

氯離子mg/l30-46163-352

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。達到了預期的目的。

從運行效果看，整個運行期，制冷機沒有出現(xiàn)任何結垢跡象，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A30.0804

2198碳鋼A30.0679

2178碳鋼A30.0483

2151碳鋼A30.0580

2176碳鋼A30.0411

2179碳鋼A30.0388

平均值0.0623

6141黃銅0.0013

6145黃銅0.0011

6144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，再返回到運行管線中。設備費用大約在8200-10000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：每臺制冷機可以節(jié)約用水10-20噸/天，節(jié)水總量在23400噸

2.節(jié)省費用：按每噸水5.7元計算，全年節(jié)水費用達到13.34萬元。

3.節(jié)能源：當采用旁流過濾技術后，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充水量投加的，當采用過濾器后，補水量降低，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、藥劑費用中就可以收回。

五、結論

通過我們在地鐵天安門西站進行化學水處理與旁通過濾技術聯(lián)合應用試驗表明，在滿足國家對循環(huán)水的行業(yè)標準的前提下，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)的零排污運行模式，會為北京地鐵贏得更好的社會影響和經(jīng)濟效益。如果在地鐵和相關單位推廣應用、將會產(chǎn)生巨大的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

六、參考文獻：

1.金熙等編《工業(yè)水處理技術問答及常用數(shù)據(jù)》北京.化學工業(yè)出版社，1997年，274-290

2.齊冬子編《敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學處理》北京.化學工業(yè)出版社，2001年，8-10，169-181，212；

3.中石化總公司水處理藥劑評價中心實驗報告，2004年,未發(fā)表；

4.北京宇清源水處理技術開發(fā)有限公司，2003年地鐵運行總結報告未發(fā)表；

5.北京宇清源水處理技術開發(fā)有限公司，2004年地鐵運行總結報告未發(fā)表；