循环冷却水水质稳定处理

16循环冷却水水质稳定处理

16.1钢铁工业循环冷却水系统概况

钢铁工业是各工业部门中的用水大户之一，例如，一座年产600万t钢的钢铁联合企业，

总用水量约为400万m3/d,其中冷却用水占85%以上。这样大的水量，从节能、经济及环境保护三方面来考虑，冷却用水都应该事先循环利用。

钢铁工业生产工艺复杂，用水要求各异，种类繁多，致使与之相应的循环供水系统增多。钢铁厂直接冷却水用户较多，如高炉煤气洗涤水；转炉烟气净化水，连铸机二次喷淋冷却水；

轧机冷却水等。高热流高度（热负荷强度）冷却设备较多，如高炉炉体、高炉封口、热风炉热风阀；转炉的氧枪、眼罩；连铸机的结晶器等。连铸机结晶器的热流密度高达209.34氷04W/m2[180 M04kcal/（m2?）],远远高于国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》中热流密度不宜大于5.82 xi04W/m2[5 M04kcal/（m2 h）]的规定值。根据以上特点，在进行循环冷却水水质稳定处理时，应与其他工业部门通常采用的方法有所区别。

钢铁工业循环冷却水系统分为直接冷却开路循环水系统（以下简称浊循环水系统）及简

介冷却循环水系统。渐渐冷却循环水系统又分为敞开式系统（即渐渐冷却水开路循环水系统，

以下简称敞开式系统）及密闭式系统（及简介冷却闭路循环水系统，以下简称密闭式系统）两种。

16.2 基础资料的收集

16.2.1设计基础资料

循环冷却水水质稳定处理设计，需收集下列资料：

⑴水质分析；

⑵垢层和腐蚀产物的分析（旧厂改造）；

⑶换热设备资料。

16.2.1.1水质分析

原水成分是确定适当的水处理方案、选择合理的水处理流程，采用的水处理药剂及计

量，进行水处理设计计算的重要基础资料。原水水质分析项目及格式见表16-1。水质分析经校核后，可作为循环冷却水水质稳定试验的依据。

A水质全分析项目

水质全分析项目见表16-1。

表16-1水质全分析项目

水样名称：取样地点：

取样时间：温度：’C

+

CaC03计或以[H+]mmol/L 计。

①?⑤水质分析中涉及有较多硬度和碱度如何表达的问题。硬度一般指水中Ca2+、Mg2+＞合物的浓度。

严格说“硬度”所指的概念不够确切，在表达时应指出其基本单元，可以写成：硬度( Ca2++Mg2+)。本手

册为方便起见，一律将"硬度(Ca2++Mg2+)”简略写为"硬度”。硬度的常用单位是mmol/L或mg/L (以CaCO3计)。过去常用的mg-N/L现在用[H+]mmol/L代替。一般没摩尔硬度可以取代2mol氢离子，所以1mg -N/L=1[H +]mmol/L=0.5mmol/L。ISO6059 T984附录中规定了毫摩[尔]/升( mmol/L )硬度单位与废止的毫克当量/升(meq/L或mg-N/L )的关系1mmol/L=2meq/L，也就是取(Ca2++Mg 2+)为硬度的基本单元。1991 年1月我国国家技术监督局以技监量发[1991]003号文件认可了1mmol/L=2meq/L的规定。由于硬度并非是

由单一金属离子或盐类形成的，因此，为了有一个系统的比较标准有必要换算为另一种盐类，通常用CaCO3

的质量浓度来表示。当硬度为0.5mmol/L (即1[H+]mmol/L )时，等于50mg/L (HCO3-+0.5CO32-+OH-)或

碱度[H+]。为简便起见，本手册采用“碱度[H+] ”的写法。碱度1[H+]mmol/L=50mg/L的CaCO3。硬度单位

和碱度单位的换算分别见表16-2和表16-3。

⑥COD测定方法是M n或C r应注明。

美国度0.009991 0.01998 0.0560 0.1000 0.0700 1

注：1[H+]mmol/L硬度表示能够接受1mmol/L[H +]离子的硬度量，相当于1meq/L或1mg-N/L的硬度; 德国度：1度相当于1L水中含10mgCaO;

法国度：1度相当于1L水中含10mgCaCO3 ；

英国度(dark degree): 1度相当于0.7L水中含10mgCaCO3

美国度：1度相当于1L水中含10mgCaCO3。

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1mmol/L ,也即碱度1mg -N/L。水中的碱度一般不能固定架组成，所以总碱度如以碱度(OH-+CO32++HCO3-) mmol/L表示时，与[H +]mmol/L的关系不是固定的比例，即碱度( OH-+CO32++HCO3-) 1mmol/L=1~2。

2

[H+]mmol/L，无法准确换算。

?

B水质分析结果的校核

a水质分析结果阴阳离子总量的校核

水溶液中的阴阳离子是平衡的。所以，按能提供或接受H+离子的物质的量计算，阳离

子的总和应该等于阴离子的总和(即阳离子的总当量数应等于阴离子的总当量数) 。但是,

水质分析结果往往有误差，故需用阳离子综合和阴离子总量进行分析校正。按平衡:

K A

+ + 2+ 2+ 2+ 3+ 3+ +

K Na Ca Mg Fe Fe Al NH4

K =[ + + + + + + L L ]

39.10 23.00 20.04 12.15 27.92 18.61 8.99 18.04

- 2- - 2- - -

HCO3 CO3 Cl SO4 NO 3 NO 2 ,

A=[ + + + + + L L ]

61.02 30.00 35.45 48.03 62.01 46.01

100%

式中2K ---- 原水中各种阳离子浓度的总和，[H+]mmol/L ;

2A――原水中各种阴离子浓度的总和，[H+]mmol/L ;

8分析误差，一般认为3的绝对值W 2%是允许的;

K+、Na+、HCO3-、CO32-、……皆以mg/L 计；

39.10、23.00、61.02、30.00……为相应化学元素或化学式符号表示的[H+]毫摩尔质量。

b含盐量与溶解固体的校核

含盐量=》K什2A1

RG=(SiO2)全+R2O3+ K1+ A1-丄HCO3

2

式中

2K i ——原水中除铁、铝离子外的阳离子浓度总和，

mg/L ;

2A i ――原水中除SiO2外的阴离子浓度总和，

mg/L ;

RG ――原水中溶解固体的实测值， mg/L ; RG ――原水中溶解固体的计算值， mg/L ； (SiO 2)全一一过滤水样中的全硅含量， mg/L ；

R 2O 3 ----- 原水中铁、铝氧化物的含量，

mg/L ;

8分析误差，对于含盐量v

100mg/L 的水样，3的绝对值w 10%是允许的；对于

含盐量》100mg/L 的水样，3的绝对值w 5%是允许的。

c pH 的值的校核

对于pH<8.3的水样，其pH 可按下式近似计算得出:

pH =6.35+lg[HCO 3]-lg[CO 2]

=pH-pH

式中 pH ――原水中pH 的实测值；

pH'――原水中pH 的计算值；

[HCO 3-]——原水中 HCO 3-含量，[H +]mmol ; [CO 2]――原水中有利 CO 2含量，[H +]mmol ;

8分析误差，一般认为 3的绝对w 0.2是允许的。

d HCO 3-、Ca 2++ Mg 2+、HCO 3'+ SO 42关系的校核

对于一般含盐量的水(即含盐量 <1000mg/L ),最普遍的关系式为：

[HCO 3]<[Ca 2++Mg 2+]<[HCO 3+SO 2']([H +]mmol/L)

e 硬度、碱度、离子间关系的校核

⑴硬度之间的关系

H 0=H z +H y

式中 H 0 ------------- 总硬度，[H +]mmol ;

H z ――碳酸盐硬度(暂硬)，[H +]mmol ; H y ――非碳酸盐硬度(永硬)，[H +]mmol 。

⑵当有H y 时，则不应有负硬度存在，此时：

[Cl '+ SO 42]>[K ++Na +] ([H +]mmol );总硬度大于总碱度。

⑶当有负硬度存在时，应当没有

H y 。此时总硬度等于碳酸盐硬度。

负硬度=总碱度左、硬度

[Ca 2++Mg 2+] w [HCO 3-]([H +]mmol)

⑷钙、镁离子总和应近于总硬度。即：

Mg 2+。此外，在一般地表水中， Ca 2+含量皆大于 Mg 2+的含量，甚至会大出几倍。如发现相

反现象，应注意检查校正。

C 水质分析结果的校核示例。

以下通过示例，说明水质分析结果校核的过程。 某处地面水水质分析结果见表 16-4。

3=

RG RG RG RG

100%

H 0 如果以上计算值和实测值不同， 2, 2+

Ca Mg +

[ + ]([H ]mmol)

20.04 12.15

般可以认为总硬度与 Ca 2+分析是正确，据此修正

a 阴阳离子总量的校核

+ +

2+ K Na Ca + + 39.10 23.00 20.04 3.10 72.41 39.00 22.20

---- + ------ + ------ + -----

39.10 23.00 20.04 12.15 =0.08+3.15+1.95+1.83 =7.01 护=HCO 3

SO ： CI

=61.02 48.03 35.45 195.20 28.20 122.50 61.02 48.03 35.45 3.20 0.59 3.46 7.25

乔 100

% 倔％

2

%

b 含盐量与溶解固体的校核

含盐量=2K 什2A 1

=(3.10+72.41+39.00+22.20)+(195.20+28.20+122.50) =136.71+345.90 =482.61(mg/L)

1 RG =(SiO 2)全 + 含盐量HCO 3 2

1

=6.92+482.61-— 195.20

2

=391.93( mg/L )

2+

丄Mg 12.15 2K= 100%

7.25 7.01

7.25 7.01

100%

1.95 1.83 3.78 3.80([H +]mmol/L)

39

「

93

Z 100%

391.93 374.40

歸

100

% E 5%

+

=3.78([H ]mmol/L)

28 20

[HCO 3+SO 4-

]=3.20+ =3.20+0.59

48.03

+

=3.79([H ]mmol/L) 3.20<3.78<3.79

e 硬度、碱度、离子间关系的校核

⑴硬度之间的关系： 总硬度 H 0=3.80[H +]mmol/L 碳酸盐硬度 H Z =3.20[H +]mmol/L 非碳酸盐硬度H y =0.60[H +]mmol/L

H o =H z +H y =3.20+0.60=3.80([H +]mmol/L)

⑵H y =0.60[H +]mmol/L 无负硬度存在，此时：

2-、

122.50 28.20 ,

[Cl +SO 4 ]= + =3.46+0.59

35.45 48.03

+

=4.05([H ]mmol/L)

+

+

3.10

72.42

[K +Na ]= + =0.08+3.15

39.10 23.00 =3.23([H +]mmol/L)

4.05>3.23

总硬度(3.80[H +]mmol/L )>总碱度(3.20[H +]mmol/L ) ⑶钙、镁离子的总和应近于总碱度：

2+

39.00 +

[Ca ]= =1.95([H ]mmol/L)

20.04 2+ 22.20 +

RG =RG RG 100% RG

c pH 值的校核

pH =6.35+lg[HCO 3】-lg[CO 2]

6.35

61.02

4.11

lg

44 6.35 0.505 ( 1.02) 7.87

=pH -pH=7.87-7.84=0.03<2

d HCO 3-、Ca 2++Mg 2+> HCO 3-+SO 42-关系的校核

[HCO 3]<[Ca 2+ +Mg 2+ ]<[HCO 3 SO?] A

QC QQ

[HCO 3]= =3.20([H +]mmol )

61.02

2+ 2+ [Ca +Mg ]= 39.00 +

20.04 22.20

12.15

=1.95+1.83

Mg 2]= =1.83([H ]mmol/L)

12.15

1.95 1.83 3.78 3.80([H +]mmol/L)