CN105110546A - 一种非药剂型循环冷却水综合处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环冷却水的综合处理装置及方法，包括冷却水磁化装置（4）、电化学水处理装置（11）和胶球清洗装置（6）。冷却水循环泵（3）抽取冷却水池（2）中的水输送至管壳式热交换器（5），与从工艺介质入口管线（14）来的工艺介质换热后进入冷却水塔（1）冷却后落入冷却水池，完成冷却水的一个循环过程。本发明提出了一种非药剂型循环冷却水的综合处理装置及方法，可以大幅度减少排污甚至做到零排放，从“除”、“清”、“防”全方位解决循环冷却水系统存在的腐蚀、结垢、生物侵蚀等问题，冷却水磁化装置（4）、电化学水处理装置（11）和胶球清洗装置（6）可以全方位保护循环冷却水系统，减少了排污，避免了化学药剂的二次污染，降低了循环冷却水系统的操作费用。

Description

一种非药剂型循环冷却水综合处理装置及方法

技术领域

本发明属于工业水处理技术领域，具体是涉及一种非药剂型循环冷却水综合处理装置及方法。

背景技术

工业循环冷却水在石化、能源、冶金、电力等行业是普遍又重要的生产要素，在工业用水中占比达到80%左右，已成为企业资源消耗和运行成本的重要因素。在传统工业循环冷却水处理过程中，一直以添加化学药剂处理为主要手段。而添加化学药剂给循环冷却水系统带来了新的污染，定期清洗换热器不仅影响系统稳定，还会产生新的污染源。通过加药和定期清洗的方式即使暂时解决了循环冷却水系统的问题，长期来看依然风险很高，由于循环冷却水系统不稳定导致的结垢、腐蚀穿孔、高能耗、环境污染等问题导致的财产损失和严重事故比比皆是，触目惊心。

目前工业循环水处理面对五大困扰：（1）结垢和生物粘泥造成系统堵塞和换热效率下降导致的能源损失。（2）大量排污造成的水资源浪费。（3）腐蚀导致换热器和管线渗漏和安全事故。（4）添加化学药剂带来的环境污染和高昂的药剂成本。（5）定期清洗导致的生产波动和高额清洗费用。

随着国家可持续发展需求，对工业循环冷却水的处理和排放要求越来越高，显然以化学药剂作为循环冷却水处理主要手段的传统方法会越来越受到限制，处理成本也会越来越高。工业循环冷却水处理需要一种全新的处理方法和理念，以适应现代工业的发展需求。

发明内容

本专利发明的目的在于，针对工业循环冷却水目前存在的五大困扰，提出了一种非药剂型循环冷却水综合处理装置及方法，该方法从“除”、“清”、“防”全方位彻底解决循环冷却水系统存在的腐蚀、结垢、生物侵蚀等一系列问题，是一种治标又治本的技术方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，包括循环冷却水塔、循环冷却水池、冷却水循环泵、管壳式热交换器、工艺介质入口管线、工艺介质出口管线，关键在于，本发明的冷却水综合处理装置还包括冷却水磁化装置、电化学水处理装置和胶球清洗装置，所述冷却水磁化装置设于所述冷却水循环泵的出口管线上，所述电化学水处理装置以旁路安装的形式位于循环冷却水回水管线和循环冷却水池之间，所述胶球清洗装置设于所述管壳式热交换器的工艺介质入口管线和工艺介质出口管线之间。

进一步地，所述循环水磁化装置包括磁化环、磁力线、连接法兰和准谐振控制箱。

进一步地，所述磁化环在准谐振控制箱的控制下所产生的磁场磁通量超过1万高斯。

进一步地，所述胶球清洗装置包括胶球捕捉器、胶球清洗器、胶球发射器和胶球。

进一步地，所述胶球捕捉器设于管壳式热交换器与胶球清洗器之间，所述胶球清洗器通过胶球捕捉器与胶球发射器连接。

进一步地，所述胶球经过胶球发射器发射进入换热器的工艺介质入口管线，胶球捕集器从管壳式热交换器的工艺介质出口管线回收胶球。

进一步地，所述胶球是可塑变形的且内径比换热管稍大。

进一步地，所述电化学水处理装置具有平行安装的电极板，所述电极板能够在低电压下产生电流密度超过100A/m²的电流场。

进一步地，在所述电极板的阴极上设有刮刀。

一种采用前述非药剂型循环冷却水综合处理装置进行循环冷却水综合处理的方法，关键在于，所述方法包括以下环节：

1）、所述冷却水循环泵从循环冷却水池中抽取冷却水，使所述冷却水以超过0.5m/s的流速通过冷却水磁化装置，使冷却水被磁化，磁化后的冷却水流经循环冷却水系统中的各个环节，使磁化水的效能得到充分释放；

2）、从循环冷却水池中抽取的冷却水流过管壳式热交换器完成换热过程后，会通过循环冷却水回水管线输送至循环冷却水塔进行冷却，所述电化学水处理装置以旁路安装的形式将部分冷却循环水从循环冷却水回水管线引出，经过电化学的过程，实现定点结垢和定点除垢和产生强氧化剂实现杀菌灭藻；

3）、所述胶球清洗装置是专门针对冷却水磁化装置和所述电化学水处理装置效能无法达到的管程污垢清理，其过程是将胶球定时发送到工艺介质入口管线，所述胶球将会随着工艺介质流入换热管，由于胶球比换热管内径稍大且具有可塑变形的特性，当流过换热管时就会刮掉其内壁的污垢沉淀，完成换热管的清理过程。

进一步地，所述电化学水处理装置（11）、冷却水磁化装置（4）和胶球清洗装置（6）相互配合、相辅相成，形成一种“除”、“清”、“防”相结合的系统，全方位解决循环冷却水系统存在的腐蚀、结垢、生物侵蚀等一系列问题。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：1）有效的解决了循环冷却水处理过程中产生的结垢和生物粘泥造成的系统堵塞问题，极大地提高了系统的稳定性；2）避免了通过添加化学药剂进行循环冷却水处理所带来的高污染和高昂的药剂成本，是一种环境友好型处理方法；3）省去了现有循环冷却水处理方法中需定期清洗导致的生产波动和高额清洗费用；4）可有效防止因腐蚀导致换热器和管线渗漏产生的安全事故。

附图说明

图1为本发明循环冷却水综合处理装置的结构示意图；

图2为本发明的冷却水磁化装置结构示意图。

图中：

1、冷却水塔2、冷却水池3、冷却水循环泵

4、冷却水磁化装置5、管壳式热交换器6、胶球清洗装置

7、胶球捕捉器8、胶球清洗器9、胶球发射器

10、胶球11、电化学水处理装置12、电化学水处理排渣

13、工艺介质出口管线14、工艺介质入口管线15、补水

16、循环水蒸发17、循环水风吹损失18、循环水排污

19、循环冷却水回水管20、电化学水处理装置出水

21、磁化环22、磁力线23、连接法兰24、准谐振控制箱

具体实施方式

下面将结合附图，进一步详细说明本发明的具体实施方式。

请参考图1、图2，循环冷却水系统的一般运行过程如下：冷却水循环泵（3）抽取冷却水池（2）中的水输送至管壳式热交换器（5），与从换热工艺管线（14）来的工艺介质进行热交换后再回到冷却水塔（1），就此冷却水完成一个循环过程。在这个过程中，循环冷却水由于蒸发（16）和风吹（17）会损失部分冷却水，且由于蒸发（16），冷却水会逐渐浓缩而造成离子浓度上升，为了维持循环冷却水离子浓度的平衡，因此需要进行排污（18）和补充低离子浓度的补充水（15）。在这个过程中，传统的循环冷却水处理方法是采用排污（18）维持离子平衡，采用注入化学药剂实现阻垢、缓蚀和杀菌灭藻目的。

在上述过程中，按照本发明提出的综合处理装置及方法，在循环水系统的回水管路（19）上，以旁路安装的方式，安装电化学水处理装置（11）。电化学水处理主要是利用水及水中矿物质的电化学特性，通过电化学来调节水中矿物质平衡，从而达到去除结垢物质、防腐和防治微生物的目的，是一种环境友好型的循环冷却水处理技术。本发明电化学水处理装置具有平行安装的电极板，电极板能够在低电压下产生电流密度超过100A/m²的电流场，当循环水流过这些平行安装的电极板时，在阳极区域产生次氯酸、双氧水等具有杀菌灭藻的强氧化剂，在阴极板上会形成碳酸钙、碳酸镁等结晶物质，并通过阴极刮刀定时刮掉极板上沉积的垢质，从而实现了电化学水处理装置定点结垢定点除垢、杀菌灭藻的功能。电化学水处理装置（11）的作用过程如下：电源给阳极供电，这样在阴极附近就会形成高浓度的氢氧根离子，在这种高PH值（PH值可高达13）的环境下，易结垢的矿物质就会在阴极区域从水中析出并结垢。而在阳极侧由于电流的作用会析出氧、氯分子、双氧水等强氧化性物质（包括氧化性更强的反应中间产物如氧自由基、游离氯、过氧基离子等等），能起到很好的消毒灭活作用，避免微生物、细菌等引起的生物沉积。经过电化学水处理装置（11）处理后的水（20）直接排入冷水池，析出的残渣（12）将定时排出。可有效防止因腐蚀导致换热器和管线渗漏产生的安全事故。

根据电化学水处理装置（11）的去除效率和循环冷却水和补充水的离子浓度水平，可以根据离子平衡计算出旁路水处理量。而对于已经结垢及彻底防止结垢，按照本发明提出的综合处理装置及方法，可在循环水泵出口及其他管段加装冷却水磁化装置（4）。所述冷却水磁化装置（4）包括磁化环（21）、控制磁化环的准谐振控制箱（24）以及连接法兰（23），在准谐振控制箱（24）的控制下，磁化环（21）会产生磁通量超过1万高斯的超强磁场。循环冷却水含有多种离子，并且含量一般都比较高，因此当冷却水通过冷却水磁化装置（4）做切割磁力线（22）运动时就会被磁化。磁化后的水的性质会发生一系列物理和化学变化，氢键角由105°变成103°，水分子会由原来13～18个的大分子团变成5～6个的小分子团甚至单个水分子，这样水的渗透力、溶解性都会增强，水分子的表面张力、粘滞系数会降低，水分子的偶极矩会发生偏转，并且偶极矩会增大。在被充分磁化的水中，各种盐类的特性也会因此发生改变，导致不容易形成结晶体，原来管壁上的结晶物质会在磁化水作用下晶体结构发生改变而慢慢剥落下来，原有的堆锈层会逐渐消失并形成保护性氧化层。在被磁化的水中，藻类、细菌的繁殖生长受到抑制。

对于电化学水处理装置（11）和冷却水磁化装置（4）无法波及的管程污垢清理，按照本发明提出的设备及方法，可以采用胶球清洗装置（6）。所述胶球清洗装置（6）包括胶球捕集器（7）、胶球清洗器（8）和胶球发射器（9），胶球（10）经过胶球发射器（9）发射进入换热器（5）的工艺介质入口管线（14），胶球捕集器（7）从管壳式热交换器（5）的工艺介质出口管线（13）回收胶球，胶球发射器（9）将胶球定时发送到工艺介质入口管线（14），胶球将会随着工艺介质流入管壳式热交换器（5），由于胶球比换热管内径稍大且具有可塑变形的特性，当流过换热管时就会刮掉其内壁的污垢沉淀，完成换热管的清理过程，从而保证了热交换管的清洁，可有效解决结垢和生物粘泥造成的系统堵塞问题，保证了管壳式热交换器（5）的高效热交换。

上述冷却水磁化装置（4）、电化学水处理装置（11）和胶球清洗装置（6）可以全方位保护循环冷却水系统，减少了排污，避免了化学药剂的二次污染，降低了循环冷却水系统的操作费用。

本发明电化学水处理装置（11）、冷却水磁化装置（4）和胶球清洗装置（6）这三种不同功能的装置有机结合起来，可以大幅度减少排污甚至做到零排放，形成一种“除”、“清”、“防”相结合的全方位解决循环冷却水系统存在的腐蚀、结垢、生物侵蚀等一系列问题，对于循环水系统来说能够取得治标又治本的技术效果。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，包括循环冷却水塔（1）、循环冷却水池（2）、冷却水循环泵（3）、管壳式热交换器（5）、工艺介质入口管线（14）、工艺介质出口管线（13），其特征在于，还包括冷却水磁化装置（4）、电化学水处理装置（11）和胶球清洗装置（6），所述冷却水磁化装置（4）设于所述冷却水循环泵（3）的出口管线上，所述电化学水处理装置（11）以旁路安装的形式位于循环冷却水回水管线（19）和循环冷却水池（2）之间，所述胶球清洗装置（6）设于所述管壳式热交换器（5）的工艺介质入口管线（14）和工艺介质出口管线（13）之间。

2.根据权利要求1所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述循环水磁化装置（4）包括磁化环（21）、磁力线（22）、连接法兰（23）和准谐振控制箱（24）。

3.根据权利要求2所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述磁化环（21）在准谐振控制箱（24）的控制下所产生的磁场磁通量超过1万高斯。

4.根据权利要求1所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述胶球清洗装置（6）包括胶球捕捉器（7）、胶球清洗器（8）、胶球发射器（9）和胶球（10）。

5.根据权利要求4所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述胶球捕捉器（7）设于管壳式热交换器（5）与胶球清洗器（8）之间，所述胶球清洗器（8）通过胶球捕捉器（7）与胶球发射器（9）连接。

6.根据权利要求4所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述胶球（10）经过胶球发射器（9）发射进入换热器（5）的工艺介质入口管线（14），胶球捕集器（7）从管壳式热交换器（5）的工艺介质出口管线（13）回收胶球。

7.根据权利要求4或6所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述胶球（10）是可塑变形的且内径比换热管稍大。

8.根据权利要求1所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，所述电化学水处理装置（11）具有平行安装的电极板，所述电极板能够在低电压下产生电流密度超过100A/m²的电流场。

9.根据权利要求8所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理装置，其特征在于，在所述电极板的阴极上设有刮刀。

10.一种采用如权利要求1所述的装置进行循环冷却水综合处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下环节：

1）、所述冷却水循环泵（3）从循环冷却水池（2）中抽取冷却水，使所述冷却水以超过0.5m/s的流速通过冷却水磁化装置（4），使冷却水被磁化，磁化后的冷却水流经循环冷却水系统中的各个环节，使磁化水的效能得到充分释放；

2）、从循环冷却水池（2）中抽取的冷却水流过管壳式热交换器（5）完成换热过程后，会通过循环冷却水回水管线（19）输送至循环冷却水塔（1）进行冷却，所述电化学水处理装置（11）以旁路安装的形式将部分冷却循环水从循环冷却水回水管线（19）引出，经过电化学的过程，实现定点结垢和定点除垢和产生强氧化剂实现杀菌灭藻；

3）、所述胶球清洗装置（6）是专门针对冷却水磁化装置（4）和所述电化学水处理装置（11）效能无法达到的管程污垢清理，其过程是将胶球定时发送到工艺介质入口管线（14），所述胶球将会随着工艺介质流入换热管，由于胶球比换热管内径稍大且具有可塑变形的特性，当流过换热管时就会刮掉其内壁的污垢沉淀，完成换热管的清理过程。

11.根据权利要求10所述的一种非药剂型循环冷却水综合处理方法，其特征在于，所述电化学水处理装置（11）、冷却水磁化装置（4）和胶球清洗装置（6）相互配合、相辅相成，可以大幅度减少排污甚至做到零排放，形成一种“除”、“清”、“防”相结合的系统，全方位解决循环冷却水系统存在的腐蚀、结垢、生物侵蚀等一系列问题。