淺析高濃縮倍率循環(huán)冷卻水處理技術(shù)

1、淺析高濃縮倍率循環(huán)冷卻水處理技術(shù)尹 勁，任心果，邢 進(jìn)(山東兗礦濟(jì)三電力有限公司，山東 濟(jì)寧272069)摘 要 高濃縮倍率循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展在我國起步較晚，70年代初，我國引進(jìn)了循環(huán)冷卻水處理技術(shù)它的優(yōu)越性和帶來的經(jīng)濟(jì)效益很快被人們公認(rèn)，并由化工行業(yè)迅速推廣到石化、熱電等其它行業(yè)。特別是80年代后期，高濃縮循環(huán)冷卻水處理技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣泛。本文對高濃縮倍率循環(huán)冷卻水處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。 關(guān)鍵詞 高濃縮倍率 循環(huán)冷卻技術(shù)火電廠高濃縮倍率循環(huán)冷卻水處理技術(shù)是指循環(huán)冷卻水的濃縮倍率達(dá)到3及以上的處理技術(shù)。遵照1998年國家電力公司下達(dá)的火力發(fā)電廠節(jié)約用水的若干

2、意見要求，循環(huán)冷卻水的濃縮倍率，根據(jù)不同水質(zhì)、凝汽器管材、通過試驗(yàn)并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較后確定。各種循環(huán)冷卻水處理方案一般應(yīng)達(dá)到以下效果：(1)加防垢防腐藥劑及加酸處理，濃縮倍率應(yīng)在3左右；(2)采用石灰處理，濃縮倍率應(yīng)在4左右；(3)采用弱酸樹脂等處理方式，濃縮倍率應(yīng)在4以上。這些指示條文，充分說明了未來的火電廠循環(huán)冷卻水處理技術(shù)將朝著節(jié)水、節(jié)能、滿足環(huán)境保護(hù)要求等幾方面來發(fā)展。通過近年來循環(huán)水管理控制方面的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)前循環(huán)冷卻水處理技術(shù)發(fā)展實(shí)際，特談?wù)剬Ω邼饪s倍率循環(huán)水處理技術(shù)在濟(jì)三電力的應(yīng)用實(shí)際。1 濟(jì)三電力有跟公司循環(huán)水系統(tǒng)資料l.l循環(huán)水系統(tǒng)工況資料 冷卻水溫：設(shè)計(jì)水溫：夏季33

3、，春秋季20，冬季15平均最高水溫：27最高水溫：33循環(huán)倍率：57.9（THA工況凝汽量）冷卻管內(nèi)設(shè)計(jì)流速：2m/s清潔系數(shù)：0.85凝汽器汽側(cè)進(jìn)口允許最高溫度：80凝汽器循環(huán)水允許溫升（設(shè)計(jì)工況）：9.6循環(huán)水處理方式：加酸、加緩蝕阻垢劑、加殺菌劑。機(jī)組負(fù)荷：135MW凝汽器材質(zhì)：不銹鋼TP306L循環(huán)水系統(tǒng)管道和其他換熱器殼體材質(zhì)：碳鋼1.2補(bǔ)給水原水水質(zhì)及分析 原水水質(zhì)見表1。 從上述水質(zhì)分析評價可以看到，濟(jì)三電力公司補(bǔ)給水原水水質(zhì)屬結(jié)垢性水，水質(zhì)在沒有任何濃縮的情況下，就具有中等結(jié)垢傾向，因此隨著濃縮倍率的提高，其在換熱系統(tǒng)上的結(jié)垢傾向?qū)⒃絹碓絿?yán)重，這將嚴(yán)重影響凝汽器的傳熱效率。2

4、電廠凝汽器換熱管結(jié)構(gòu)機(jī)理 循環(huán)冷卻水通過凝汽器換熱后循環(huán)水溫上升，回到冷卻塔中噴淋散熱，部分水分蒸發(fā)而使水溫下降，在循環(huán)過程中使水中的一部分碳酸氫根離子變成碳酸根離子，同時PH值上升，含鹽量增大，這樣就造成碳酸鈣在水中的量逐漸增多，超過它的溶解度，以過飽和的狀態(tài)存在于水中，而循環(huán)冷卻水要實(shí)現(xiàn)高濃縮倍率運(yùn)行，必然在高含鹽量條件下運(yùn)行，鹽類溶液結(jié)垢物質(zhì)(如：CaCO3)有一個逆著溶解度曲線的問題，也就是說，結(jié)垢的碳酸鈣物質(zhì)的溶解度隨著水溫的上升而下降。水的溫度在傳熱表面或其附近時，大于在大部分系統(tǒng)中的溫度，在這些區(qū)域中，某些物質(zhì)(如：CaCO3、CaSO4·2H2O、SiO2等)的溶解度

5、是很小的，而這些物質(zhì)就趨于沉淀和結(jié)垢。高濃縮倍率運(yùn)行下的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要特點(diǎn)為結(jié)垢物質(zhì)過飽和度增大，含鹽量增大，此時水溶液的比重、粘度(流動性)也有變化；另外一特點(diǎn)，就是受空氣中不溶的懸浮固體物顆粒影響也較敏感，結(jié)垢趨勢增大，這就是經(jīng)常檢查管子時發(fā)現(xiàn)有污垢的原因，高濃縮倍率運(yùn)行循環(huán)冷卻水系統(tǒng)污垢沉積更突出。3抑制結(jié)垢機(jī)理探討要提高循環(huán)水濃縮倍率，通常有以下幾種途徑：循環(huán)水補(bǔ)水加硫酸降堿度、循環(huán)水弱酸陽床處理、循環(huán)水加藥控制硬垢的生成等多種方法配合；使用阻垢劑是其中最常用的方法之一，關(guān)于阻垢劑對鈣垢的抑制作用的機(jī)理，可分為下面三種類型，第一種為低劑量效應(yīng)；第二種為分散作用；第三種為晶格畸變作用

6、。 碳酸鈣晶體為正六面體，加了阻垢劑后，使CaCO3，晶體均發(fā)生了畸變，抑制了晶體的生長速率，畸變程度越嚴(yán)重，阻垢效果就越好，發(fā)生畸變后，CaCO3晶體顆粒越不規(guī)則，越不易沉淀形成硬垢，起分散作用的阻垢劑主要表現(xiàn)在防垢官能團(tuán)上有差異，對Ca2+、Mg2+等離子有極好的絡(luò)合能力，并對這些鹽類也有很好的去活化作用，而且能和已形成的CaCO3晶體中的Ca2+進(jìn)行表面螫合，起到螫合增溶的效果，避免了大顆粒晶體硬垢的形成和沉積，能夠產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格畸變的作用，能夠使CaCO3顆粒變得非常的不規(guī)則，也就是成垢物質(zhì)最不易沉積和結(jié)垢，所形成的垢疏松，象“雪片狀”的物質(zhì)在冷卻水池被除去。4高濃縮倍率循環(huán)冷卻水處理

7、的現(xiàn)行技術(shù)4.1 石灰軟化加酸旁濾加藥處理技術(shù) (1)適用條件 該法適用于嚴(yán)重缺水地區(qū)，當(dāng)?shù)啬芄?yīng)高純度的石灰粉，適合于以暫硬為主水質(zhì)的生水。 該法處理技術(shù)較為全面，循環(huán)水濃縮倍率可達(dá)45倍。 適合于單機(jī)容量為300MW，600MW級的以采用鎂硬含量很少的地下水作水源的火電廠。 該技術(shù)非常強(qiáng)調(diào)石灰軟化處理要輔以阻垢劑穩(wěn)定處理和凝汽器連續(xù)膠球清洗，可維持濃縮倍率46運(yùn)行。 (2)優(yōu)缺點(diǎn) 該處理法優(yōu)點(diǎn)是處理能力大，運(yùn)行費(fèi)用稍低。存在問題是投資大，石灰分場供應(yīng)的石灰粉純度要求高，環(huán)境也差。4.2 100弱酸樹脂交換處理技術(shù) (1)適用條件 該處理法適用于嚴(yán)重缺水地區(qū)，要求節(jié)水量較多，維持濃縮倍率控制

8、在45，碳酸鹽硬度大于2mmo1L，堿度較高、硬堿比適中的水質(zhì)，硫酸根含量較高、水中懸浮物含量小于5mgL的地下水作為火電廠循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水以及硫酸貨源品種和運(yùn)輸條件具備的電廠。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析可知，在以地下水或自來水為火電廠補(bǔ)充水水源的水質(zhì)中，幾乎所有水質(zhì)的碳酸鹽硬度都大于或等于2 mmo1L，硬堿比為0.81.3的水質(zhì)中占統(tǒng)計(jì)水質(zhì)的70，由此可見，該處理法具有普遍適用性。 (2)優(yōu)缺點(diǎn)該處理法技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)自動化、環(huán)境清潔，倍受青睞。存在問題是投資稍大，設(shè)備空間未充分利用，陽床再生工作量大，酸堿耗高，產(chǎn)生的再生廢水量大。4.3硫酸阻垢劑穩(wěn)定處理技術(shù) (1)適用條

9、件 該處理法適用于特定情況下可維持循環(huán)冷卻水濃縮倍率3以上的處理技術(shù)，要求節(jié)水量不顯著的缺水地區(qū)火電廠。 (2)優(yōu)缺點(diǎn) 該處理法投資少、占地少、技術(shù)條件簡單。缺點(diǎn)是加酸后水中的水硬和中性鹽的含量增多，尤其是當(dāng)循環(huán)冷卻水中SO42-含量是隨著加酸量而增加，這對高濃縮倍率下運(yùn)行的循環(huán)水系統(tǒng)是不利的。其次磷酸鹽是菌藻類的營養(yǎng)物，會促進(jìn)它的生長與繁殖。當(dāng)采用有機(jī)磷系穩(wěn)定劑處理時還存在排出廢水對環(huán)境有污染問題。5硫酸阻垢劑穩(wěn)定處理循環(huán)冷卻水技術(shù)在濟(jì)三電力的應(yīng)用實(shí)踐 (1)根據(jù)濟(jì)三電力公司的循環(huán)水及其補(bǔ)水的水質(zhì)、循環(huán)水系統(tǒng)的材質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)，選擇了某廠生產(chǎn)的緩釋阻垢劑進(jìn)行小型試驗(yàn)，加藥量控制在14ppm，試

10、驗(yàn)結(jié)果如下： 靜態(tài)阻垢率 水質(zhì)：根據(jù)補(bǔ)水水質(zhì)配制的濃縮5倍的水；試驗(yàn)溫度：45；試驗(yàn)周期：24小時 試驗(yàn)靜態(tài)阻垢率為：97.2 緩釋性能 水質(zhì)：根據(jù)補(bǔ)水水質(zhì)配制的濃縮5倍的水；試驗(yàn)溫度：45；試驗(yàn)周期：72h 試驗(yàn)儀器：旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)儀；試驗(yàn)方法：“HGT215-91”水處理劑緩釋阻垢性能測定的旋轉(zhuǎn)掛片法；掛片線速度：0.5m/s；PH值：自然PH值。 極限污垢熱阻 水質(zhì):根據(jù)補(bǔ)水水質(zhì)配制的濃縮5倍的水；試驗(yàn)儀器：動態(tài)污垢監(jiān)測儀；進(jìn)口水溫:45±0.5；傳熱強(qiáng)度：7×435kJm2·時試驗(yàn)周期：24h；流量：0.5ms。 (2)循環(huán)水采用硫酸阻垢劑處理小型試驗(yàn) 以補(bǔ)

11、給水原水為試驗(yàn)用水，用硫酸調(diào)整其堿度為1.5mmol/l，加入緩釋阻垢劑，在45溫度下的試驗(yàn)臺上進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)期間測定堿度、Cl-和Ca2+，當(dāng)B=Cl-Ca2+0.2或有結(jié)垢時試驗(yàn)結(jié)束。通過試驗(yàn)，在14ppm阻垢劑劑量下，極限濃縮倍率為5.23。 從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在用硫酸調(diào)節(jié)補(bǔ)給水堿度為1.5mmol/l靜態(tài)試驗(yàn)中，加酸后其濃縮倍率可以達(dá)到5倍以上，由于靜態(tài)試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)存在差異，因此應(yīng)將倍率適當(dāng)控制在5倍以下；又因補(bǔ)給水硫酸根離子比較高，在濃縮倍率較高的情況下，容易形成硫酸鈣垢，應(yīng)控制(SO42-)×(Ca2+)<5×105(以mgl計(jì)算)，原水達(dá)到5倍時，其數(shù)值為8.55×105，因此實(shí)際控制循環(huán)水倍率為3.5左右。6結(jié)語 按照小型試驗(yàn)的結(jié)果，公司制定了循環(huán)水控制方案，控制濃縮倍率在3.04.0，控制堿度在5mmol/l以下，控制B0.2；經(jīng)機(jī)組5年來的運(yùn)行實(shí)踐，循環(huán)水倍率穩(wěn)定控制在3.5左右，機(jī)組未發(fā)生一次凝汽器結(jié)垢事故，且污水排放指標(biāo)穩(wěn)定，滿足了節(jié)水、節(jié)能以及環(huán)保的要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社