大型煤化工項目節水技術進展和應用前景分析
目前國內建設及擬建的大型煤化工項目循環冷卻水濃縮倍數普遍在4~5之間，繼續提高難度較大，主要原因如下：
（1）我國煤化工項目主要集中西北地區，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，黃河水水質氯離子含量較高，根據統計通常在80~260mg/L之間波動，采用常規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。由于循環冷卻水的水質要求中，采用不銹鋼設備氯離子含量要小于700mg/L，采用碳鋼設備氯離子含量要小于1000 mg/L，取用黃河水采用常規處理工藝制備的新水補充循環冷卻水系統，濃縮倍數很難進一步提高。
（2）循環水濃縮倍數為5時，循環水系統的補水率為1.8%左右，進一步提高濃縮倍數，補水率提升幅度逐步降低，但相應的運行費用則快速提升，并且由于水質的持續惡化，長時間穩定運行在更高的濃縮倍數在技術及操作上也存在難度。
（3）在目前循環冷卻水水質處理技術基礎上，為提高整體濃縮倍數，只能通過控制新水水質，即將原水軟化脫鹽處理后補充循環冷卻水系統，但由于開式循環冷卻水系統不可避免的需要與空氣接觸換熱，長時間運行后水質同樣會惡化，進而導致濃縮倍數的降低。
綜合以上分析，煤化工項目循環冷卻水系統在以地表水作為水源的供水體系下，4~5倍的濃縮倍數已經是實際能夠達到的較高水平，進一步提高濃縮倍數在經濟性與實際效果之間將難以達到平衡。因此，進一步提高冷卻系統的節水水平，需要采用空冷等替代技術來完成。
1、直接空冷技術應用前景分析
大型直接空冷技術在國內引進較晚，且主要在電廠上應用，在煤化工項目中的應用也處于初期探索階段。考慮國內煤化工項目主要布局在西北地區，水資源短缺，溫度條件適宜直接空冷技術的推廣使用，同時直接空冷技術具有良好的節水、節能效果，在煤化工領域應用前景廣闊。在直接空冷技術的設計及建設過程中，需注意下問題：
a.大風影響
直接空冷系統受不同風向和不同風速影響比較敏感，風速超過3m/s以上時，對空冷系統散熱效果就有一定影響；當風速達到6m/s以上時，不同的風向會對空冷系統形成熱回流，降低風機效率。為了最大程度的降低大風的影響，設計中必須對高溫時段最大風速頻率進行充分研究，并在裝置布置時采取措施進行回避。
b.熱風再回流
空冷系統運行時，冷空氣通過散熱器排出的熱氣上升，呈現羽流狀況。當大風從爐后吹向平臺散熱器，風速度超出8m/s，羽流狀況被破壞而出現熱風再回流。熱氣上升氣流回流后風壓低至鋼平臺以下，這樣的熱風又被風機吸入，形成熱風再循環，甚至最外側風機出現反向轉動。在工程上主要通過增設擋風墻來克服熱風再循環，擋風墻高度需根據實際工況通過設計確定。
c.冬季低溫防護
直接空冷系統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零下20~40℃以下，冬季汽輪機低負荷暖機時易造成管束結冰凍裂的情況，設計時應結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、間接空冷技術應用前景分析
閉式水膜空冷循環水技術盡管目前在化工系統應用較少，但在煤化工節水減排大趨勢及國家對煤化工項目水耗要求下，目前部分籌備建設的煤化工項目在設計中采用了該技術。由于目前規劃及建設的大型煤化工項目體量龐大，在大規模工業化應用中還應注意以下問題：
a.溫度的影響
溫度對閉式水膜空冷循環水技術應用的影響主要體現在兩方面，一是溫差不足導致冷卻水量加大，二是夏季高溫下系統的穩定運行。
通常開式循環冷卻水系統設計溫差為10度，閉式水膜空冷循環水系統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%，冷卻水系統設計上要考慮充分的余量以適應工況的變換。
另外，在設計工作中，通常在環境溫度5℃以上時外噴淋系統開放，環境溫度較高時，空冷系統發揮的冷卻效果有限，介質冷卻主要依靠外噴淋完成，此工況下節水效果有限。因此，閉式水膜空冷循環水技術在年均溫度較高的煤化工項目布點地區的適用性受限。
b.冷卻水水質控制
閉式水膜空冷循環水技術冷卻水介質（內循環）采用水質較好的軟水或脫鹽水，在循環過程中由于不與外環境接觸，水質基本維持穩定，只需要補充由于跑冒滴漏等泄露的冷卻水。但根據蘭花清潔能源有限公司實際運行工況：軟水內循環實測pH 8.6，電導率150，濁度較高。分析其原因，主要是因為內循環水質受頻繁加減負荷和開停車影響，水質較差。閉式循環裝置運行對工況變化的適應性不強，尤其是濁度指標的波動大，在技術改進及應用過程需采取措施對內循環流程進行優化。
c.大規模循環水站的操作適應性
由于溫控要求及空冷介質擴散條件的限制，目前閉式水膜空冷循環水技術的核心裝置—水膜空冷器單臺處理能力最大為600m3/h，空冷器數量多，與之對應的風機及噴淋水泵數量也較多，增加了維護及檢修的難度；另外，多臺空冷器集中布置，易形成局部熱島，影響系統整體冷卻效果，同樣需要在設計及建設過程對布置方案進行優化。
總之，閉式水膜空冷循環水技術作為新興的節水技術，在煤化工大發展的背景下，發展前景廣闊。通過不斷積累經驗，改進工藝技術，未來有望成為大型煤化工項目節水的主要技術之一。
由于目前在建及擬建的大型煤化工項目體量逐步擴大，冷凝液回收系統規模也逐步擴大，且更加復雜，在這種情況下閉式冷凝液回收技術還需要解決裝置擴大化及多體系協同等問題，并需要針對煤化工項目工藝特點不斷優化完善。根據實際運行經驗，閉式冷凝液回收技術進一步推廣應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，且經濟有效地得到利用，是凝液回收系統中非常重要的組件。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漏汽，而對于密閉系統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，進一步提高產品質量；第三，將疏水閥納入設備管理的范疇，建立維護保養制度，定期檢測檢查及維護保養，當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
冷凝水回收管道經常要進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入回收裝置。大型煤化工項目規模大，管線復雜，為了解決上面的問題，應該在車間附件配置凝結水回收器，通過凝結水泵輸送至回收裝置。
（3）高溫工藝凝結液回收
目前工藝凝結液回收中難點主要是高溫凝結水的回收。高溫凝結水在收集及輸送過程中，特別是在凝結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水，建議先通過空冷進行冷卻，水溫仍達不到輸送要求則通過水冷進一步冷卻，冷卻到合適溫度后再通過凝結水泵輸送至回收裝置。
我國大型煤化工項目的發展經歷了曲折的過程，在發展過程中克服了主要工藝技術被國外壟斷、主要裝置大型化及長期運行經驗缺乏、國內外經濟形勢變化、水資源利用及環境保護壓力等一系列嚴峻的挑戰，從無到有，從弱變強，實現了跨越式發展。隨著前期建設的示范裝置不斷建成投產，不斷涌現出設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水平不斷提升，并為煤化工項目的大規模建設積累了寶貴的經驗。
對于大型煤化工項目建設中遇到的水資源難題，各行業的專業技術人員群策群力，聯合攻關，節水技術不斷進步，節水水平不斷提高，新工藝、新技術不斷涌現，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水、廢水零排放等新技術的推廣應用上尚存在一定的問題，但隨著示范裝置的逐步穩定運行及工藝技術的不斷調整優化，相信上述問題一定能夠得到解決。
伴隨著煤化工產業的發展，行業節水管理水平也不斷提升，從過去對具體工藝及技術的硬性要求逐步發展為目前對項目整體水耗的控制，實際上鼓勵煤化工企業根據自身特點選擇合理的節水方式，對于促進節水技術的全面進步大有裨益。
總之，煤化工產業作為國家能源安全及產業安全的重要保障，未來發展空間廣闊，而煤化工節水技術也會伴隨產業的發展不斷進步，為煤化工項目保駕護航的同時也將極大的提高我國工業行業整體節水技術水平，促進源節約型、環境友好型社會的建設。
（來源：節選《煤炭加工與綜合利用》第6期，轉 自泛地能源煤炭深加工-現代煤化工微信，微信號:zmxmhg）
