电石炉换热设备水处理工艺改进和实际应用

摘要：在电石生产过程中，电石炉换热设备在换热系统净化方面发挥重要作用，也有助于提升设备运行的效率，但在长期运行过程中，电石炉换热设备容易出现结垢、腐蚀、微生物滋生等问题。为有效控制这些问题，确保水系统有效运行，运用水处理工艺是必要的。本文首先阐述了电石炉换热装置和循环水系统，其次分析了电石炉换热设备水系统容易出现的三大问题，最后给出电石炉换热设备水处理工艺改进和实际应用的有效路径，以便为其他研究提供一些参考。

关键词：电石炉；换热设备；水处理工艺

引言：近些年，随着人口数量的增加，用水量不断增加，水资源持续紧缺。在各部门的用水中，工业用水量占据较大的比例，而在工业用水中，循环冷水占据七成的比例。受工业水循环蒸发的影响，水体中的Ca2+、Mg2+容易出现结垢的情况，进而影响使用；水中的CaCl2、MgCl2 等盐类在持续加热的情况下会与水体中的一些细菌发生反应，容易出现腐蚀的情况；在开放的空间中，水容易与细菌、空气发生反应，滋生细菌，这些因素都会影响工业水循环的质量。为了解决这些问题，有效运用电石炉换热设备中的水处理工艺是必要的，本文就此展开相关研究。

1 电石炉换热装置和循环水系统的概述

     电石炉换热装置是用于回收熔融电石余热的关键设备，在提升能源利用效率方面展现重要价值。这一装置主要由换热装置、传输结构等组成。循环水系统指的是在工业中被用作冷却介质，主要是利用工艺进行物理降温，以带走热量，使热水冷却的系统。这一系统具有热容大的特点，主要有两种形式，一种是封闭式的，一种是开放式的，两者的区别是前者一般适合用于发电机、内燃机方面，后者适合用在冶金、电力、石化等方面，本文中的电石炉便属于后者。这种循环水系统在冷却过程中需要接触空气，这就容易蒸发部分“纯水”，并提高水中有机物、矿物质等的浓度。同时，当出现渗漏、风吹等情况下，冷却水很容易出现损失，此时，需要排出一定的浓缩水，还要补充一些冷却水，这些冷却水的浓度要低于浓水，如此才能维持系统在水、盐方面的平衡，确保循环水各项指标低于国标限值，实现安全生产。

2 电石炉换热设备水系统容易出现的三大问题

受水体内部和外部环境的影响，循环水系统在工业生产运行中常常会出现以下的问题，不利于水循环系统的稳定运行。

2.1 结垢

     在循环水系统中，CaCO3、MgCO3 等微溶盐容易形成污垢，因为它们的溶解度与水体温度呈反比。冷却水在循环过程中会产生Ca2+、Mg2+、HCO3-，当水温升高时，钙镁等碳酸盐会分解，变成溶解度更低的碳酸盐并在水中分散。随着温度持续升高，电石炉换热设备的壁面会析出晶体，长此以往，就会出现结垢现象。同时，在补水的过程中，一些微生物在代谢后会产生生物黏泥，如此也容易形成污垢。通常情况下，电石炉换热设备的材料大多是不锈钢、碳钢等，这些材料热导性很好。而生物黏泥、碳酸盐垢的导热系数较低，若附着在换热器的壁面，导热系数会大幅下降。当污垢较多时，水流通速度会降低，导热效果也会变差。

2.2 微生物滋生

在循环水系统中，当水体与空气、阳光接触时，真菌、细菌等微生物很容易滋生，同时，水系统中的营养比较丰富、光照比较充足、水温也比较适宜，这些条件都可能导致微生物不断滋生、繁殖。当水体中的这些微生物在换热设备中大量出现时，换热设备的降温效果会大打折扣。在水中的微生物中，细菌占比较高，可达70%以上，包括水生黄杆菌、铁细菌等。这些细菌代谢时会产生大量生物黏泥，生物黏泥慢慢沉积后会变成垢。

2.3 腐蚀

大部分电石炉换热设备的材料为不锈钢、碳钢等，这些都是热力不稳定的体系，受周边流体的影响，这些材质容易发生各种变化，如电化学变化、物理变化等，这些变化过程即为腐蚀。一旦出现腐蚀问题，我们要知道其无法消除，只能减缓腐蚀速度。对于循环水系统而言，腐蚀大多为电化学腐蚀、微生物腐蚀，换热设备的金属表面膜并不完整，当接触循环水时，一般容易形成微观电池并释放电子。例如，当碳钢中的铁氧化时会变成Fe2+，此时，它会向水中释放两个电子，水体在溶解中电子会进行还原，如此，Fe2+与OH-相遇后会沉淀，如此就容易出现腐蚀和沉淀。

3 电石炉换热设备水处理工艺改进方式

目前，处理电石炉循环水问题的技术主要有两种，分别为化学法和物理法。前者是向水体中添加化学物质，以此控制循环水质量；后者是通过加“场”的方式处理问题。

3.1 化学法改进

常见的化学法有三种，即阻垢剂法、离子交换法和加酸处理法。离子交换法在降低水硬度方面具有重要价值，在利用交换树脂软化补水时，可运用钠型阳离子。以往，在中和水体HCO3-时，大多会运用硫酸，它虽然能软化结垢的碳酸盐的硬度，但加酸太多容易腐蚀换热设备，在此情况下，可将有机膦酸盐与Ca2+、Mg2+等离子结合，如此能加快成垢化合物的溶解速度。

以往，在减缓换热设备水体中的金属腐蚀情况时，可在金属表面涂上一些防腐涂料，如环氧酚醛树脂等，或者向换热设备中的水体加入磷酸盐类的缓蚀剂，可以在金属表面形成保护膜。但磷酸盐容易导致水体出现富营养化的情况，不仅会导致大量微生物繁殖，还需要人工排污。在改进方面，加入杀虫剂，它能够剥离生物黏泥，还能与缓蚀阻垢剂相容。阻垢剂法不仅包括氧化性杀菌剂，还包括非氧化性杀菌剂。现阶段，我们最常用的氧化性杀生剂有许多，如次氯酸盐、氯及二氧化氯等，前者主要由水解产生，在杀菌灭藻方面具有重要价值，能够分解微生物细胞壁中的蛋白质等生物活性组分，进而实现上述目标。非氧化型杀生剂的种类也有许多，如有机硫化物、季铵盐等，其优点是穿透性较强、能分散黏泥，缺点是难以降解。在电石炉换热设备中，如果经常向水中投放同一种杀生剂，会使微生物产生抗药性，因此，在运用杀生剂时，要定期更换其种类。

3.2 物理法改进

物理法指的是向换热设备的水体中引入一些额外的水体，如高压静电法、超声波法等。高压静电法是向水体中输入“高压静电场”，以此加快碳酸钙垢的分解，促使晶体分散，进而被水流带走的方法。同时，高压静电场会释放大量的能量，能实现杀灭菌藻的效果。超声波法指的是向换热设备中的水体输入“超声场”，其目的是让晶体不易形成，并借助剪切效应等分散污垢，使其远离换热设备的壁面。值得注意的是，这种方法的作用比较有限，作用时间也比较短。磁化法指的是向换热设备的水体中输入“磁场”，如此也能够消灭水分子，促使水中的污垢颗粒在作用下发生碰撞，并形成结构稳定的缔合体，以免污垢沉积。换热设备中的水体经过磁化，渗透压会增高，如此也能让微生物细胞失水，进而实现灭活的效果，而且水体中的磁化现象在磁场消除后还会持续一段时间，发挥一定的作用。

上述三种方法容易对周围环境造成多种污染，如声波污染、电磁污染等，其工业应用受到限制。在改进时，可运用电化学法， 这种方法是通过阴阳极板形成电场，具有离子分布规则、有序的特点，还能与多种离子进行缔合，有消灭微生物等效果，在抑制腐蚀、结垢等方面也有积极的作用。

4 电石炉换热设备水处理工艺的实际应用

通过取样发现，循环水中Fe3+的浓度较高，大约为0.12mg/L，这在一定程度上说明换热设备中存在腐蚀情况。水中还含有CL-，虽然并未超标，但长期富集，不锈钢的晶格易被腐蚀。水体中缺少控制微生物的药剂，导致微生物处于失控状态。受换热器本身设计的影响，当一侧接触温度较高时，换热器内壁容易结垢。因此，在改进水处理工艺时，要关注以上方面，采取以下措施。

4.1 微生物处理

在电石炉换热设备水处理工艺中，微生物很容易生成酸性物质，会降低pH值；铁细菌会在换热设备中生成大量沉积物；藻类大量滋生会堵塞换热设备的布水孔。针对这些情况，可采取以下措施。（1）改变杀菌方案。在改进水处理工艺时，可使用氯系杀菌剂和溴系杀菌剂，这样能延长杀菌的有效时间，还能满足杀菌的适用条件。在实际杀菌过程中，工作人员可运用水处理公司的分散剂，以此提升杀菌的效果。这种方式能减少CL-产生的腐蚀，规避不锈钢点蚀情况。（2）改变水体分散情况。在处理微生物时，工作人员要运用高效分散剂，其作用是分散水体中的小颗粒，避免小颗粒大量沉积，从而减少换热设备中的污泥。（3）使用生物分散剂。生物分散剂的渗透性很好，能够剥离换热设备中的淤泥，渗透到微生物淤泥底层，将微生物全部杀死，使淤泥分散到水中，最后排出。

4.2 硬垢处理

在循环水系统中，当溶解性的Ca2+、Mg2+等离子进入其中，在长时间蒸发作用下，水中离子的浓度会增加，再受温度影响，这些离子很容易饱和，进而出现水垢，水垢长时间积累会形成硬垢，影响换热效率，还会对整个生产环节产生影响。同时，硬垢会影响水体质量，不利于整个生产的控制。针对这种情况，可采取以下措施。（1）加入阻垢剂。在硬垢晶体形成时，加入阻垢剂有重要作用，能够破坏晶体的整体排列，防止小晶体长成大晶体，这样能实现良好的阻垢效果。（2）加入分散剂。在换热设备中加入分散剂，能够阻止已经结晶的小颗粒聚集在一起，避免大晶体的形成。

4.3 腐蚀处理

换热设备中，腐蚀产生的主要原因是Fe3+在水中没有分散好，长期附着于换热器的表面，最终形成铁锈，并不断腐蚀金属表面。铁锈一旦出现，会出现许多问题，如缩短换热设备的使用寿命、降低热交换效率、换热器出现破损等。针对这些问题，可采取以下措施：（1）加入缓释剂。这种方式能保护阳极、阴极，避免原电池的形成，确保金属不受到侵害，如此能阻止腐蚀的出现。（2）加入高效分散剂。在换热设备中加入高效分散剂，能将其中的Fe3+进行分解，以免其附着在换热器金属的表面，也避免附着在管道上，减少锈的出现。（3）检测、控制整个水体。这种方式能让水体的缓蚀处于有效的状态中，避免不同水质对换热器造成的腐蚀。

结语：根据电石炉换热设备中循环水系统设计的特点、系统工艺的特点以及水质情况，在改进水处理技术时，要充分考虑换热设备运行中出现的各种问题，如沉积、结垢、腐蚀、微生物滋生等，并从节能减排的角度设计水处理方案，采取多种有效措施，以此实现最大化利用水资源的目标。

参考文献：

[1]张丽慧.高有机物工业废水深度处理技术及环境风险管控[J].清洗世界, 2025,41(09):92-94.

[2]孙浩.电化学水处理工艺在循环水系统中的应用[J].河南化工,2025,42(09): 48-50.

[3]吴斌,颜昱东,谢舒凯,等.蒸汽发电系统中的循环水余压能利用改造[J].冶金动力,2025,(04):33-36.

[4]王保贵.氯碱行业循环水系统的一种减排技术[J].氯碱工业, 2025, 61(08): 41-43.

[5]朱琴,裴英鸽,张文虎,等.工业循环水系统能力提升改造[J].氯碱工业, 2025, 61(06):31-34.

[6]陆序.循环冷却水系统优化设计与节能效果分析[J].中国机械, 2025,(10): 91-94.

[7]苏定邦,谢颖,何美悦.工业常用的冷却循环水系统类型与特点[J].科技风, 2025(08):1-3.