大型煤化工项目节水技术进展和应用前景分析
目前国内建设及拟建的大型煤化工项目循环冷却水浓缩倍数普遍在4~5之间，继续提高难度较大，主要原因如下：
（1）我国煤化工项目主要集中西北地区，除新疆布局的煤化工项目外，大部分集中在黄河沿岸，主要以黄河水或黄河支流作为水源。从目前项目反馈情况，黄河水水质氯离子含量较高，根据统计通常在80~260mg/L之间波动，采用常规的净水工艺并不能有效的去除氯离子，这就造成项目新水氯离子含量较高。由于循环冷却水的水质要求中，采用不锈钢设备氯离子含量要小于700mg/L，采用碳钢设备氯离子含量要小于1000 mg/L，取用黄河水采用常规处理工艺制备的新水补充循环冷却水系统，浓缩倍数很难进一步提高。
（2）循环水浓缩倍数为5时，循环水系统的补水率为1.8%左右，进一步提高浓缩倍数，补水率提升幅度逐步降低，但相应的运行费用则快速提升，并且由于水质的持续恶化，长时间稳定运行在更高的浓缩倍数在技术及操作上也存在难度。
（3）在目前循环冷却水水质处理技术基础上，为提高整体浓缩倍数，只能通过控制新水水质，即将原水软化脱盐处理后补充循环冷却水系统，但由于开式循环冷却水系统不可避免的需要与空气接触换热，长时间运行后水质同样会恶化，进而导致浓缩倍数的降低。
综合以上分析，煤化工项目循环冷却水系统在以地表水作为水源的供水体系下，4~5倍的浓缩倍数已经是实际能够达到的较高水平，进一步提高浓缩倍数在经济性与实际效果之间将难以达到平衡。因此，进一步提高冷却系统的节水水平，需要采用空冷等替代技术来完成。
1、直接空冷技术应用前景分析
大型直接空冷技术在国内引进较晚，且主要在电厂上应用，在煤化工项目中的应用也处于初期探索阶段。考虑国内煤化工项目主要布局在西北地区，水资源短缺，温度条件适宜直接空冷技术的推广使用，同时直接空冷技术具有良好的节水、节能效果，在煤化工领域应用前景广阔。在直接空冷技术的设计及建设过程中，需注意下问题：
a.大风影响
直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，风速超过3m/s以上时，对空冷系统散热效果就有一定影响；当风速达到6m/s以上时，不同的风向会对空冷系统形成热回流，降低风机效率。为了最大程度的降低大风的影响，设计中必须对高温时段最大风速频率进行充分研究，并在装置布置时采取措施进行回避。
b.热风再回流
空冷系统运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向平台散热器，风速度超出8m/s，羽流状况被破坏而出现热风再回流。热气上升气流回流后风压低至钢平台以下，这样的热风又被风机吸入，形成热风再循环，甚至最外侧风机出现反向转动。在工程上主要通过增设挡风墙来克服热风再循环，挡风墙高度需根据实际工况通过设计确定。
c.冬季低温防护
直接空冷系统的防冻是影响其安全运行的一个重要问题，尤其是在北方的一些省份，冬季的最低气温可达零下20~40℃以下，冬季汽轮机低负荷暖机时易造成管束结冰冻裂的情况，设计时应结合所在地温度情况采取必要的防冻措施，如采用蒸汽管线伴热等，来保证装置冬季低温工况下正常运行。
2、间接空冷技术应用前景分析
闭式水膜空冷循环水技术尽管目前在化工系统应用较少，但在煤化工节水减排大趋势及国家对煤化工项目水耗要求下，目前部分筹备建设的煤化工项目在设计中采用了该技术。由于目前规划及建设的大型煤化工项目体量庞大，在大规模工业化应用中还应注意以下问题：
a.温度的影响
温度对闭式水膜空冷循环水技术应用的影响主要体现在两方面，一是温差不足导致冷却水量加大，二是夏季高温下系统的稳定运行。
通常开式循环冷却水系统设计温差为10度，闭式水膜空冷循环水系统在夏季高温时温差通常为8度左右，此工况下冷却水量需增加10%~20%，冷却水系统设计上要考虑充分的余量以适应工况的变换。
另外，在设计工作中，通常在环境温度5℃以上时外喷淋系统开放，环境温度较高时，空冷系统发挥的冷却效果有限，介质冷却主要依靠外喷淋完成，此工况下节水效果有限。因此，闭式水膜空冷循环水技术在年均温度较高的煤化工项目布点地区的适用性受限。
b.冷却水水质控制
闭式水膜空冷循环水技术冷却水介质（内循环）采用水质较好的软水或脱盐水，在循环过程中由于不与外环境接触，水质基本维持稳定，只需要补充由于跑冒滴漏等泄露的冷却水。但根据兰花清洁能源有限公司实际运行工况：软水内循环实测pH 8.6，电导率150，浊度较高。分析其原因，主要是因为内循环水质受频繁加减负荷和开停车影响，水质较差。闭式循环装置运行对工况变化的适应性不强，尤其是浊度指标的波动大，在技术改进及应用过程需采取措施对内循环流程进行优化。
c.大规模循环水站的操作适应性
由于温控要求及空冷介质扩散条件的限制，目前闭式水膜空冷循环水技术的核心装置—水膜空冷器单台处理能力最大为600m3/h，空冷器数量多，与之对应的风机及喷淋水泵数量也较多，增加了维护及检修的难度；另外，多台空冷器集中布置，易形成局部热岛，影响系统整体冷却效果，同样需要在设计及建设过程对布置方案进行优化。
总之，闭式水膜空冷循环水技术作为新兴的节水技术，在煤化工大发展的背景下，发展前景广阔。通过不断积累经验，改进工艺技术，未来有望成为大型煤化工项目节水的主要技术之一。
由于目前在建及拟建的大型煤化工项目体量逐步扩大，冷凝液回收系统规模也逐步扩大，且更加复杂，在这种情况下闭式冷凝液回收技术还需要解决装置扩大化及多体系协同等问题，并需要针对煤化工项目工艺特点不断优化完善。根据实际运行经验，闭式冷凝液回收技术进一步推广应用过程中需注意如下问题：
（1）疏水阀的选用
蒸汽疏水阀能够从蒸汽系统中有效排除冷凝水（同样也能排除空气和不凝性气体），使蒸汽在用汽点尽可能干燥，且经济有效地得到利用，是凝液回收系统中非常重要的组件。从实际运行看，众多的疏水阀的可靠性不足造成部分疏水阀出现漏汽，而对于密闭系统疏水阀的漏汽难以判断，漏气后造成该部疏水阀后的背压升高，将导致其它工况的疏水阀难以正常工作，从而影响回收装置的正常运行。
因此，在项目的设计和运行过程中，为避免疏水阀因素影响回收效果，可以从以下几方面着手：第一，选型配置正确；第二，进一步提高产品质量；第三，将疏水阀纳入设备管理的范畴，建立维护保养制度，定期检测检查及维护保养，当有问题时可用疏水阀检测仪测试是否堵塞及泄漏并及时处理。
（2）管道配置
冷凝水回收管道经常要进入管廊后再汇入总管，长距离输送的管道还可能会跨越公路或翻越坡地，背压低的冷凝液可能难以进入回收装置。大型煤化工项目规模大，管线复杂，为了解决上面的问题，应该在车间附件配置凝结水回收器，通过凝结水泵输送至回收装置。
（3）高温工艺凝结液回收
目前工艺凝结液回收中难点主要是高温凝结水的回收。高温凝结水在收集及输送过程中，特别是在凝结水收集主管道中易引起管道水力条件变化，影响收集效果。对于工艺装置排放的高温凝结水，建议先通过空冷进行冷却，水温仍达不到输送要求则通过水冷进一步冷却，冷却到合适温度后再通过凝结水泵输送至回收装置。
我国大型煤化工项目的发展经历了曲折的过程，在发展过程中克服了主要工艺技术被国外垄断、主要装置大型化及长期运行经验缺乏、国内外经济形势变化、水资源利用及环境保护压力等一系列严峻的挑战，从无到有，从弱变强，实现了跨越式发展。随着前期建设的示范装置不断建成投产，不断涌现出设计阶段未考虑到的问题。通过实际问题的解决，使我国煤化工整体技术水平不断提升，并为煤化工项目的大规模建设积累了宝贵的经验。
对于大型煤化工项目建设中遇到的水资源难题，各行业的专业技术人员群策群力，联合攻关，节水技术不断进步，节水水平不断提高，新工艺、新技术不断涌现，煤化工项目整体水耗不断降低。
尽管目前大型煤化工项目在冷却水节水、废水零排放等新技术的推广应用上尚存在一定的问题，但随着示范装置的逐步稳定运行及工艺技术的不断调整优化，相信上述问题一定能够得到解决。
伴随着煤化工产业的发展，行业节水管理水平也不断提升，从过去对具体工艺及技术的硬性要求逐步发展为目前对项目整体水耗的控制，实际上鼓励煤化工企业根据自身特点选择合理的节水方式，对于促进节水技术的全面进步大有裨益。
总之，煤化工产业作为国家能源安全及产业安全的重要保障，未来发展空间广阔，而煤化工节水技术也会伴随产业的发展不断进步，为煤化工项目保驾护航的同时也将极大的提高我国工业行业整体节水技术水平，促进源节约型、环境友好型社会的建设。
（来源：节选《煤炭加工与综合利用》第6期，转 自泛地能源煤炭深加工-现代煤化工微信，微信号:zmxmhg）
