電廠循環(huán)冷卻水處理及節(jié)水措施

黃慧群 張成義 葛小玲 胡 笳

[摘要]對火力發(fā)電廠節(jié)水的必要性和循環(huán)冷卻水處理工藝進行介紹。實際應用中提高濃縮倍率節(jié)約水耗的循環(huán)水處理工藝很多。結(jié)合工程的實際情況，為使循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢得到良好的抑制，最為簡單的方法是采用循環(huán)水加水質(zhì)穩(wěn)定劑處理，經(jīng)濟實用，既可以將濃縮倍率控制在一個較高的水平，又能保證循環(huán)水處理工藝簡單化，便于運行和維護。

[關鍵詞]循環(huán)冷卻水節(jié)水濃縮倍率

中圖分類號：TV－9文獻標識碼：A文章編號：1671--7597(2009)1020130--01

一、循環(huán)水處理的必要性

在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，有許多設備需要用水作為冷卻介質(zhì)，其中主要的是汽輪機的凝汽器。冷卻水水質(zhì)不良，使凝汽器銅管內(nèi)生成附著物和銅管發(fā)生腐蝕的原因之一。由于附著物的傳熱性很差，它的形成導致凝結(jié)水溫度升高，從而使凝汽器真空度降低，影響汽輪機的出力和運行的經(jīng)濟性。銅管的腐蝕會減弱其機械強度，甚至會穿孔，使冷卻水漏入凝結(jié)水中，影響鍋爐的安全運行。因此，為保證循環(huán)冷卻水的水質(zhì)，必須對其進行專門的處理。

冷卻水系統(tǒng)通常有兩種：一種是直流式冷卻水系統(tǒng)；一種是循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)又分為密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

電廠運行中大多為敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，現(xiàn)僅就敞開式系統(tǒng)進行簡單介紹。

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特點是：水在冷卻塔與大氣直接接觸后，由于有CO2散失和鹽類濃縮現(xiàn)象，在凝汽器銅管內(nèi)或冷卻塔的填料上有結(jié)垢問題：由于溫度適宜、陽光充足、營養(yǎng)豐富，有微生物的滋長問題；由于冷卻水在塔內(nèi)對空洗滌，有生成污垢的問題：由于循環(huán)冷卻水與空氣接觸，水中溶解氧是飽和的，因此還有換熱器材料的腐蝕問題。因此我們要針對循環(huán)冷卻水的上述問題，提供合理可行的方案，防止這種冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢、微生物生長和腐蝕等方面的問題。

二、節(jié)水的重要性及目前存在的問題

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，人均水資源占有量為2840m³，只有世界平均水平的1／4。目前水荒覆蓋面幾乎遍及全國。尤其是北方地區(qū)缺水問題相當嚴重，已成為困擾工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的一個重要問題，另一方面較低的污染治理效果和重復利用率，也間接加劇了水資源匱乏的局面。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，需水量的增加，節(jié)約用水被作為一項基本國策在全國貫徹實施。

火力發(fā)電廠是用水大戶，節(jié)水是電廠重要的課題之一。

對于采用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的火電廠，節(jié)水的主要方法是采用高濃縮倍率運行。濃縮倍率的確定根據(jù)水質(zhì)、處理技術、處理成本等因素綜合考慮。對于高硬度、高堿度、高含鹽量進行預處理、加酸運行等技術手段實現(xiàn)高濃縮倍率運行。

尤其是對于二次循環(huán)供水的火電廠，循環(huán)水的排污水量大而且水質(zhì)較好，如何做到充分利用同樣是實現(xiàn)節(jié)約用水的重要途徑。

1、早期建設的火電廠對采用水力除灰渣系統(tǒng)，循環(huán)水的排污水常用于水力除灰渣系統(tǒng)，雖然做到了廢水綜合利用，但電廠耗水指標并沒有明顯減少。

2、近期設計的火電廠，為了節(jié)約水資源，多采用于式除灰渣系統(tǒng)，雖然除灰渣系統(tǒng)用水量大大減少了，為了減少外排水，大量的循環(huán)水排污水需要另覓利用的途徑。

2x660MW超臨界凝汽式汽輪發(fā)電機組，夏季循環(huán)水系統(tǒng)用水量為122600m³／h，蒸發(fā)損失為1.5267％，風吹損失為0.05％：兩項耗水量為1933m³／h，再加上排污水量，每小時排水超過2500m³／h。以上數(shù)據(jù)均充分說明了電廠是一個耗水大戶，因此選擇合適的方案是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安全可靠運行、又能節(jié)約大量用水且盡量較少環(huán)境污染的有效措施。

三、常用的循環(huán)水處理工藝

為了提高循環(huán)水濃縮倍率，需盡可能降低循環(huán)水中的碳酸鹽硬度，常用的循環(huán)水處理方法有：

(一)加穩(wěn)定劑處理。當原水水質(zhì)較好，濃縮倍率要求不高時，可采用穩(wěn)定劑處理。該方法的特點是系統(tǒng)簡單，基建投資少。運行操作也大為簡便。

(二)加硫酸處理+穩(wěn)定劑。當原水堿度較高時，通過向補充水中加硫酸，降低其一部分堿度，可使循環(huán)水濃縮倍率提高較大。但加酸量過大會引起CaS04、MgSiOs水垢及SO²-對混凝土建筑物的侵蝕，并引起水中的中性鹽含量增多。同時由于pH偏低和水質(zhì)波動，對金屬材質(zhì)防腐也不利。該處理法投資較少、占地少、技術條件簡單。

(三)石灰處理。石灰處理是向原水處理澄清池中投加石灰乳，不僅能有效的除去水中游離的CO₂、碳酸鹽硬度和堿度，還能除去一部分有機物、硅化合物及微生物，大大減少了結(jié)垢趨勢，從而提高循環(huán)水的濃縮倍率。該法適用于嚴重缺水地區(qū)，適合于以暫硬為主的水質(zhì)。該法處理能力大，運行費用稍低，但該法投資大，設備維護困難，管道容易堵塞，運行環(huán)境也差。

(四)弱酸氫離子交換處理。弱酸處理是利用弱酸陽離子交換樹脂與循環(huán)補充水中的重碳酸鹽硬度發(fā)生反應除去水中的碳酸鹽硬度和堿度，充分利用弱酸樹脂交換容量高的優(yōu)勢。該處理法適用于嚴重缺水地區(qū)，它適宜處理原水碳酸鹽硬度和堿度均較高的水質(zhì)。該處理法技術成熟、運行可靠、操作簡便，易于實現(xiàn)自動化、環(huán)境清潔，循環(huán)水處理水平及濃縮倍率相當高。但該方法設各較多，投資及占地偏大。

實際應用中，當水質(zhì)較好時，多采用水質(zhì)穩(wěn)定劑與加酸處理：當水質(zhì)較差時，多采用石灰處理及弱酸處理的方法。

四、具體工程中循環(huán)承的特點及處理工藝

經(jīng)理論計算，當原水含鹽量、硬度較低時，本著節(jié)水節(jié)能的原則，可以按較高的濃縮倍率進行設計。但濃縮倍率的提高達到一定程度時，節(jié)水效果就不明顯了。如果循環(huán)水系統(tǒng)保持較高的濃縮倍率，循環(huán)水處理系統(tǒng)會變得比較復雜，藥品耗量也會增加，循環(huán)水中鹽份增加，因此凝汽器在保持一定的泄漏率的情況下，會使凝結(jié)水含鹽量增加，從而凝結(jié)水精處理設備運行周期縮短，再生次數(shù)增加。因此提高濃縮倍率一方面降低了水耗及取水費用，但另一方面將增加循環(huán)水系統(tǒng)處理設備投資及運行費用。針對具體水質(zhì)選取合適的濃縮倍率及循環(huán)水處理方法，確保循環(huán)水系統(tǒng)技術先進、投資合理，以最大限度滿足節(jié)水要求和降低運行費用的目的。

如果原水碳酸鹽硬度僅有2mol／L，循環(huán)補充水顯然不宜采用石灰處理和弱酸處理。是采用單一的加水質(zhì)穩(wěn)定劑還是采用水質(zhì)穩(wěn)定劑與加酸復合工藝與濃縮倍率的高低有關系。雖然原水無結(jié)垢傾向，當原水高度濃縮后會產(chǎn)生CaC03水垢，因此需加酸降低循環(huán)水的碳酸鹽硬度。加酸的作用就是將碳酸氫根的堿度中和掉。硫酸和碳酸氫根的反應式為：ca(HC03)2+H2S04一CaS04+2C02+2O。硫酸鈣的溶度積遠遠高于碳酸鈣，一般不會結(jié)垢，可以大大提高循環(huán)水的濃縮倍率。