大型煤化工項目節(jié)水技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用前景分析
目前國內(nèi)建設(shè)及擬建的大型煤化工項目循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)普遍在4~5之間，繼續(xù)提高難度較大，主要原因如下：
（1）我國煤化工項目主要集中西北地區(qū)，除新疆布局的煤化工項目外，大部分集中在黃河沿岸，主要以黃河水或黃河支流作為水源。從目前項目反饋情況，黃河水水質(zhì)氯離子含量較高，根據(jù)統(tǒng)計通常在80~260mg/L之間波動，采用常規(guī)的凈水工藝并不能有效的去除氯離子，這就造成項目新水氯離子含量較高。由于循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求中，采用不銹鋼設(shè)備氯離子含量要小于700mg/L，采用碳鋼設(shè)備氯離子含量要小于1000 mg/L，取用黃河水采用常規(guī)處理工藝制備的新水補充循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，濃縮倍數(shù)很難進(jìn)一步提高。
（2）循環(huán)水濃縮倍數(shù)為5時，循環(huán)水系統(tǒng)的補水率為1.8%左右，進(jìn)一步提高濃縮倍數(shù)，補水率提升幅度逐步降低，但相應(yīng)的運行費用則快速提升，并且由于水質(zhì)的持續(xù)惡化，長時間穩(wěn)定運行在更高的濃縮倍數(shù)在技術(shù)及操作上也存在難度。
（3）在目前循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理技術(shù)基礎(chǔ)上，為提高整體濃縮倍數(shù)，只能通過控制新水水質(zhì)，即將原水軟化脫鹽處理后補充循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，但由于開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不可避免的需要與空氣接觸換熱，長時間運行后水質(zhì)同樣會惡化，進(jìn)而導(dǎo)致濃縮倍數(shù)的降低。
綜合以上分析，煤化工項目循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在以地表水作為水源的供水體系下，4~5倍的濃縮倍數(shù)已經(jīng)是實際能夠達(dá)到的較高水平，進(jìn)一步提高濃縮倍數(shù)在經(jīng)濟性與實際效果之間將難以達(dá)到平衡。因此，進(jìn)一步提高冷卻系統(tǒng)的節(jié)水水平，需要采用空冷等替代技術(shù)來完成。
1、直接空冷技術(shù)應(yīng)用前景分析
大型直接空冷技術(shù)在國內(nèi)引進(jìn)較晚，且主要在電廠上應(yīng)用，在煤化工項目中的應(yīng)用也處于初期探索階段。考慮國內(nèi)煤化工項目主要布局在西北地區(qū)，水資源短缺，溫度條件適宜直接空冷技術(shù)的推廣使用，同時直接空冷技術(shù)具有良好的節(jié)水、節(jié)能效果，在煤化工領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。在直接空冷技術(shù)的設(shè)計及建設(shè)過程中，需注意下問題：
a.大風(fēng)影響
直接空冷系統(tǒng)受不同風(fēng)向和不同風(fēng)速影響比較敏感，風(fēng)速超過3m/s以上時，對空冷系統(tǒng)散熱效果就有一定影響；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到6m/s以上時，不同的風(fēng)向會對空冷系統(tǒng)形成熱回流，降低風(fēng)機效率。為了最大程度的降低大風(fēng)的影響，設(shè)計中必須對高溫時段最大風(fēng)速頻率進(jìn)行充分研究，并在裝置布置時采取措施進(jìn)行回避。
b.熱風(fēng)再回流
空冷系統(tǒng)運行時，冷空氣通過散熱器排出的熱氣上升，呈現(xiàn)羽流狀況。當(dāng)大風(fēng)從爐后吹向平臺散熱器，風(fēng)速度超出8m/s，羽流狀況被破壞而出現(xiàn)熱風(fēng)再回流。熱氣上升氣流回流后風(fēng)壓低至鋼平臺以下，這樣的熱風(fēng)又被風(fēng)機吸入，形成熱風(fēng)再循環(huán)，甚至最外側(cè)風(fēng)機出現(xiàn)反向轉(zhuǎn)動。在工程上主要通過增設(shè)擋風(fēng)墻來克服熱風(fēng)再循環(huán)，擋風(fēng)墻高度需根據(jù)實際工況通過設(shè)計確定。
c.冬季低溫防護(hù)
直接空冷系統(tǒng)的防凍是影響其安全運行的一個重要問題，尤其是在北方的一些省份，冬季的最低氣溫可達(dá)零下20~40℃以下，冬季汽輪機低負(fù)荷暖機時易造成管束結(jié)冰凍裂的情況，設(shè)計時應(yīng)結(jié)合所在地溫度情況采取必要的防凍措施，如采用蒸汽管線伴熱等，來保證裝置冬季低溫工況下正常運行。
2、間接空冷技術(shù)應(yīng)用前景分析
閉式水膜空冷循環(huán)水技術(shù)盡管目前在化工系統(tǒng)應(yīng)用較少，但在煤化工節(jié)水減排大趨勢及國家對煤化工項目水耗要求下，目前部分籌備建設(shè)的煤化工項目在設(shè)計中采用了該技術(shù)。由于目前規(guī)劃及建設(shè)的大型煤化工項目體量龐大，在大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用中還應(yīng)注意以下問題：
a.溫度的影響
溫度對閉式水膜空冷循環(huán)水技術(shù)應(yīng)用的影響主要體現(xiàn)在兩方面，一是溫差不足導(dǎo)致冷卻水量加大，二是夏季高溫下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
通常開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計溫差為10度，閉式水膜空冷循環(huán)水系統(tǒng)在夏季高溫時溫差通常為8度左右，此工況下冷卻水量需增加10%~20%，冷卻水系統(tǒng)設(shè)計上要考慮充分的余量以適應(yīng)工況的變換。
另外，在設(shè)計工作中，通常在環(huán)境溫度5℃以上時外噴淋系統(tǒng)開放，環(huán)境溫度較高時，空冷系統(tǒng)發(fā)揮的冷卻效果有限，介質(zhì)冷卻主要依靠外噴淋完成，此工況下節(jié)水效果有限。因此，閉式水膜空冷循環(huán)水技術(shù)在年均溫度較高的煤化工項目布點地區(qū)的適用性受限。
b.冷卻水水質(zhì)控制
閉式水膜空冷循環(huán)水技術(shù)冷卻水介質(zhì)（內(nèi)循環(huán)）采用水質(zhì)較好的軟水或脫鹽水，在循環(huán)過程中由于不與外環(huán)境接觸，水質(zhì)基本維持穩(wěn)定，只需要補充由于跑冒滴漏等泄露的冷卻水。但根據(jù)蘭花清潔能源有限公司實際運行工況：軟水內(nèi)循環(huán)實測pH 8.6，電導(dǎo)率150，濁度較高。分析其原因，主要是因為內(nèi)循環(huán)水質(zhì)受頻繁加減負(fù)荷和開停車影響，水質(zhì)較差。閉式循環(huán)裝置運行對工況變化的適應(yīng)性不強，尤其是濁度指標(biāo)的波動大，在技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用過程需采取措施對內(nèi)循環(huán)流程進(jìn)行優(yōu)化。
c.大規(guī)模循環(huán)水站的操作適應(yīng)性
由于溫控要求及空冷介質(zhì)擴散條件的限制，目前閉式水膜空冷循環(huán)水技術(shù)的核心裝置—水膜空冷器單臺處理能力最大為600m3/h，空冷器數(shù)量多，與之對應(yīng)的風(fēng)機及噴淋水泵數(shù)量也較多，增加了維護(hù)及檢修的難度；另外，多臺空冷器集中布置，易形成局部熱島，影響系統(tǒng)整體冷卻效果，同樣需要在設(shè)計及建設(shè)過程對布置方案進(jìn)行優(yōu)化。
總之，閉式水膜空冷循環(huán)水技術(shù)作為新興的節(jié)水技術(shù)，在煤化工大發(fā)展的背景下，發(fā)展前景廣闊。通過不斷積累經(jīng)驗，改進(jìn)工藝技術(shù)，未來有望成為大型煤化工項目節(jié)水的主要技術(shù)之一。
由于目前在建及擬建的大型煤化工項目體量逐步擴大，冷凝液回收系統(tǒng)規(guī)模也逐步擴大，且更加復(fù)雜，在這種情況下閉式冷凝液回收技術(shù)還需要解決裝置擴大化及多體系協(xié)同等問題，并需要針對煤化工項目工藝特點不斷優(yōu)化完善。根據(jù)實際運行經(jīng)驗，閉式冷凝液回收技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用過程中需注意如下問題：
（1）疏水閥的選用
蒸汽疏水閥能夠從蒸汽系統(tǒng)中有效排除冷凝水（同樣也能排除空氣和不凝性氣體），使蒸汽在用汽點盡可能干燥，且經(jīng)濟有效地得到利用，是凝液回收系統(tǒng)中非常重要的組件。從實際運行看，眾多的疏水閥的可靠性不足造成部分疏水閥出現(xiàn)漏汽，而對于密閉系統(tǒng)疏水閥的漏汽難以判斷，漏氣后造成該部疏水閥后的背壓升高，將導(dǎo)致其它工況的疏水閥難以正常工作，從而影響回收裝置的正常運行。
因此，在項目的設(shè)計和運行過程中，為避免疏水閥因素影響回收效果，可以從以下幾方面著手：第一，選型配置正確；第二，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量；第三，將疏水閥納入設(shè)備管理的范疇，建立維護(hù)保養(yǎng)制度，定期檢測檢查及維護(hù)保養(yǎng)，當(dāng)有問題時可用疏水閥檢測儀測試是否堵塞及泄漏并及時處理。
（2）管道配置
冷凝水回收管道經(jīng)常要進(jìn)入管廊后再匯入總管，長距離輸送的管道還可能會跨越公路或翻越坡地，背壓低的冷凝液可能難以進(jìn)入回收裝置。大型煤化工項目規(guī)模大，管線復(fù)雜，為了解決上面的問題，應(yīng)該在車間附件配置凝結(jié)水回收器，通過凝結(jié)水泵輸送至回收裝置。
（3）高溫工藝凝結(jié)液回收
目前工藝凝結(jié)液回收中難點主要是高溫凝結(jié)水的回收。高溫凝結(jié)水在收集及輸送過程中，特別是在凝結(jié)水收集主管道中易引起管道水力條件變化，影響收集效果。對于工藝裝置排放的高溫凝結(jié)水，建議先通過空冷進(jìn)行冷卻，水溫仍達(dá)不到輸送要求則通過水冷進(jìn)一步冷卻，冷卻到合適溫度后再通過凝結(jié)水泵輸送至回收裝置。
我國大型煤化工項目的發(fā)展經(jīng)歷了曲折的過程，在發(fā)展過程中克服了主要工藝技術(shù)被國外壟斷、主要裝置大型化及長期運行經(jīng)驗缺乏、國內(nèi)外經(jīng)濟形勢變化、水資源利用及環(huán)境保護(hù)壓力等一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，從無到有，從弱變強，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。隨著前期建設(shè)的示范裝置不斷建成投產(chǎn)，不斷涌現(xiàn)出設(shè)計階段未考慮到的問題。通過實際問題的解決，使我國煤化工整體技術(shù)水平不斷提升，并為煤化工項目的大規(guī)模建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗。
對于大型煤化工項目建設(shè)中遇到的水資源難題，各行業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員群策群力，聯(lián)合攻關(guān)，節(jié)水技術(shù)不斷進(jìn)步，節(jié)水水平不斷提高，新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，煤化工項目整體水耗不斷降低。
盡管目前大型煤化工項目在冷卻水節(jié)水、廢水零排放等新技術(shù)的推廣應(yīng)用上尚存在一定的問題，但隨著示范裝置的逐步穩(wěn)定運行及工藝技術(shù)的不斷調(diào)整優(yōu)化，相信上述問題一定能夠得到解決。
伴隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，行業(yè)節(jié)水管理水平也不斷提升，從過去對具體工藝及技術(shù)的硬性要求逐步發(fā)展為目前對項目整體水耗的控制，實際上鼓勵煤化工企業(yè)根據(jù)自身特點選擇合理的節(jié)水方式，對于促進(jìn)節(jié)水技術(shù)的全面進(jìn)步大有裨益。
總之，煤化工產(chǎn)業(yè)作為國家能源安全及產(chǎn)業(yè)安全的重要保障，未來發(fā)展空間廣闊，而煤化工節(jié)水技術(shù)也會伴隨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷進(jìn)步，為煤化工項目保駕護(hù)航的同時也將極大的提高我國工業(yè)行業(yè)整體節(jié)水技術(shù)水平，促進(jìn)源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè)。
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