循環(huán)水排水及中水混合回用于冷卻水系統(tǒng)試驗(yàn)研究

侯文龍，李 皞，?？≌?/p>

(河北省電力研究院，河北石家莊 050021)

0 引言

河北省某電廠一、二期工程共建設(shè)4臺(tái)機(jī)組。為減少污染物排放、有效節(jié)約水資源，二期工程2臺(tái)機(jī)組的輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水源擬采用中水深度處理出水和一期工程的循環(huán)水排污水，輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)材質(zhì)為317不銹鋼。由于中水和循環(huán)水排污水中雜質(zhì)含量比較高，且成分復(fù)雜，會(huì)加劇系統(tǒng)材質(zhì)的腐蝕，危害設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，根據(jù)電廠實(shí)際處理工藝及要求，做了不同加藥量和不同濃縮倍率情況下的混凝及電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)研究并得出了詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。

1 試驗(yàn)方案

電廠二期機(jī)組為超臨界空冷機(jī)組，其輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)濃縮倍率為1.4，補(bǔ)水?dāng)M采用本廠一期循環(huán)水排水和經(jīng)深度處理后廠外來中水，經(jīng)過石灰混凝和過濾后作為輔機(jī)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的工藝要求，我們分別對(duì)電廠一期循環(huán)水排水和循環(huán)水排水及深度處理后中水按22∶13的比例混合的水樣進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)分混凝澄清、動(dòng)態(tài)模擬和電化學(xué)腐蝕三部分:

(1)混凝澄清試驗(yàn)。通過調(diào)整石灰、聚鐵、助凝劑(聚丙烯酰胺)加藥量得到最佳的混凝效果。

(2)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。調(diào)整按照上步得到的混凝澄清出水pH，然后加入不同藥量的阻垢劑，通過動(dòng)態(tài)試驗(yàn)得到不同阻垢劑加入時(shí)的極限濃縮倍率。

(3)電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)?？疾觳煌瑵饪s倍率條件下，濃水對(duì)317不銹鋼的腐蝕情況。

2 混凝試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)用水簡化分析

電廠二期混凝試驗(yàn)用水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。從表1可以看出，一期低循環(huán)水和一期循環(huán)水+中水硬度分別為 11.88、8.6mmol/L。

表1 混凝試驗(yàn)用水水質(zhì)分析

2.2 試驗(yàn)過程

2.2.1 石灰石加藥量試驗(yàn)

取一定量的試驗(yàn)用水，固定聚鐵和助凝劑加藥量分別為50mg/L和2mg/L。然后調(diào)整石灰加入量分別為 300、350、400、450、500mg/L 進(jìn)行最佳加藥量確定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 石灰加藥量試驗(yàn)結(jié)果

從表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于一期循環(huán)水，石灰石加藥量在400～500mg/L時(shí)，硬度和堿度較低且混凝效果較好，因此，試驗(yàn)確定石灰石最佳加藥量為450mg/L;對(duì)于一期循環(huán)水和中水混合水質(zhì)，試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰石加藥量在400～450mg/L時(shí)堿度和硬度較低且混凝效果好，因此確定所配置的水中石灰石最佳加藥量為400mg/L。

2.2.2 聚鐵加藥量試驗(yàn)

凝聚劑加藥量試驗(yàn)中，凝聚劑采用電廠生產(chǎn)用聚鐵。試驗(yàn)中，按照石灰加藥量試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果確定一期循環(huán)水、循環(huán)水+中水的石灰加藥量分別為450、400 mg/L。固定助凝劑加藥量為2mg/L，聚鐵加藥量分別為 20、30、40、50、60mg/L 進(jìn)行加藥量的選定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 聚鐵加藥量試驗(yàn)結(jié)果

在最佳石灰加藥量情況下，固定助凝劑的加入量，對(duì)于一期循環(huán)水，當(dāng)聚合鐵加入量30～50mg/L時(shí)混凝效果好，出水澄清，聚合鐵加藥量確定為40mg/L;對(duì)于一期循環(huán)水和中水混合后的水質(zhì)，聚鐵加入量在30mg/L以上時(shí)，混凝效果較好，出水澄清，確定混合后的水中聚鐵加入量為30mg/L。

2.2.3 助凝劑加藥量試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)確定的石灰和聚鐵加入量，對(duì)于一期循環(huán)水分別固定聚鐵加藥量為40mg/L和石灰加藥量為450mg/L;一期循環(huán)水和中水混合后的試驗(yàn)用水中固定聚鐵加藥量為30mg/L石灰加藥量為400mg/L。在助凝劑的加藥量分別為 0.5、1.0、1.5、2.0、25mg/L進(jìn)行最佳加藥量確定，試驗(yàn)結(jié)果見表4。表4試驗(yàn)結(jié)果表明，在確定石灰和聚鐵加藥量的條件下，兩種水質(zhì)助凝劑加入量均在1.0mg/L時(shí)即可使出水達(dá)到較佳效果，加大助凝劑量對(duì)混凝效果的影響不大。

3 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)用水

分別取200L一期循環(huán)水排污水和一期循環(huán)水排污水與中水按照22∶13的比例配置水進(jìn)行試驗(yàn)，按照混凝試驗(yàn)所確定的條件試驗(yàn)，即最佳加藥量依次分別加入石灰90g和80g，混合均勻。待反應(yīng)完全且pH值穩(wěn)定后再量取聚鐵8g和6g分別加入試驗(yàn)用水中，攪拌均勻后再分別加入助凝劑0.2g。經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬箪o置一段時(shí)間，待礬花完全沉淀后取上清液調(diào)整pH值至8.0左右后進(jìn)行過濾，過濾后水為試驗(yàn)用水其水質(zhì)見表5。

表4 助凝劑加藥量確定試驗(yàn)

表5 混凝澄清產(chǎn)水水質(zhì)

3.2 試驗(yàn)方法和結(jié)果

試驗(yàn)用水質(zhì)穩(wěn)定劑采用電廠實(shí)際生產(chǎn)用水質(zhì)穩(wěn)定劑。按照試驗(yàn)加藥量分別為 3.0、5.0、8.0mg/L，對(duì)兩種試驗(yàn)用水(A為一期循環(huán)水，B為一期循環(huán)水+中水)分別進(jìn)行3組動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。表中，K為由氯根表示的濃縮倍率，△A為極限濃縮倍率時(shí)氯根和鈣硬濃縮倍率差值。

表6 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果

在冷卻水箱中注入15L試驗(yàn)用水，加入相應(yīng)量的水質(zhì)穩(wěn)定劑，攪拌均勻。再在補(bǔ)水槽中加入10L試驗(yàn)用水和相應(yīng)比例的水質(zhì)穩(wěn)定劑。試驗(yàn)濃縮過程中不排污，邊濃縮邊補(bǔ)水，濃縮直至達(dá)到極限濃縮倍率為止，試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)運(yùn)行中，定期測(cè)定系統(tǒng)中的Cl－、Ca2+等。補(bǔ)水加藥量 3.0、5.0 、8.0mg/L，保持換熱器循環(huán)水入口水溫為40℃，循環(huán)水流量穩(wěn)定，進(jìn)出口溫差約6～8℃，通過連續(xù)不斷地補(bǔ)入新水保證系統(tǒng)蓄水容積一定。

4 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

4.1 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用的水質(zhì)

電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用水采用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過程中加藥量為3.0、5.0、8.0mg/L，濃縮倍率分別為 1.5、3.0時(shí)的濃水。

4.2 試驗(yàn)材質(zhì)

試驗(yàn)材料為電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用的317不銹鋼，將試驗(yàn)材料加工成其中一面面積為1cm2的方形試片，工作面背面焊上導(dǎo)線，用環(huán)氧樹脂封裝非工作面，試驗(yàn)前將工作面用砂紙磨光至無劃痕，最后用酒精或丙酮擦洗放入干燥器中干燥待用。

4.3 試驗(yàn)方法和儀器

電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)測(cè)定的極化曲線主要在EgδG的M273A恒電位儀上進(jìn)行，采用M352軟件系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試時(shí)以雙電橋飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，制成的試驗(yàn)材質(zhì)為工作電極。

將雙電橋甘汞電極、鉑電極、待測(cè)的工作電極連接正確后浸泡于不同加藥和濃縮倍率的水樣中，接通電源，設(shè)定參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，掃描速度為2.0mv/s，試驗(yàn)水溫為20℃左右，測(cè)試317試片在不同情況下的極化曲線，腐蝕電化學(xué)參數(shù)即:自然腐蝕電流密度Ic、腐蝕電位Ec、維鈍電流、擊破電位。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果

相同加藥量不同濃縮倍率時(shí)電化學(xué)腐蝕結(jié)果見表7，濃縮倍率為分別1.5、3.0時(shí)不同加藥量下的極化曲線見圖1、2。

表7 相同加藥量不同濃縮倍率時(shí)電化學(xué)腐蝕結(jié)果

由表7可以看出，濃縮倍率為1.5時(shí)，水樣中加入3.0、5.0、8.0mg/L 阻垢劑時(shí)維鈍電流和擊破電位變化不大。從圖1極化曲線可以看出，在濃縮倍率為1.5 左右時(shí)，水質(zhì)穩(wěn)定劑加入 3.0、5.0mg/L 時(shí)曲線比較接近，處于鈍化狀態(tài)。加入8.0mg/L時(shí)，極化曲線出現(xiàn)活性溶解電流峰，金屬處于活化溶解的狀態(tài)，此時(shí)金屬的鈍化膜是不穩(wěn)定的。從這三條曲線和運(yùn)行費(fèi)用比較來說，循環(huán)冷卻水在濃縮倍率為1.5左右運(yùn)行時(shí)，水質(zhì)穩(wěn)定劑加入量3.0mg/L時(shí)運(yùn)行比較好。

圖1 濃縮倍率為1.5時(shí)不同加藥量下的極化曲線

濃縮倍率為3.0時(shí)，由表7可以看出，濃縮倍率在3.04、加藥量在8.0mg/L時(shí)維鈍電流最小，說明在此種濃縮倍率情況下運(yùn)行時(shí)，8.0mg/L的加藥量要比另兩種加藥量的腐蝕性小。從圖2中也可以看出，在濃縮倍率為3.0左右時(shí)，水質(zhì)穩(wěn)定劑加入量8.0mg/L的曲線，帶有一定的鈍化區(qū)間，而且在陽極極化過程中，維鈍電流比另外兩種濃度情況下小的多，說明在此種濃度情況下，金屬在鈍化區(qū)內(nèi)的溶解速率較低，再鈍化的能力較強(qiáng)。

圖2 濃縮倍率為3.0時(shí)不同加藥量下的極化曲線

5 結(jié)論與建議

(1)循環(huán)水排水在石灰加入量為450mg/L、聚鐵加入量為40mg/L，助凝劑為1mg/L時(shí)可以得到較佳的出水水質(zhì)。對(duì)于循環(huán)水和中水按照22∶13比例混合的試驗(yàn)用水，當(dāng)石灰加藥量為400mg/L、聚鐵加藥量為30mg/L、助凝劑為1mg/L時(shí)可以得到較佳的出水水質(zhì)。

(2)在混凝試驗(yàn)產(chǎn)水水質(zhì)條件下，用硫酸調(diào)節(jié)pH 值到 8.0 左右時(shí)，加入 3.0、5.0、8.0mg/L 水質(zhì)穩(wěn)定劑時(shí)，兩種試驗(yàn)用水極限濃縮倍率均達(dá)到3.0以上，安全濃縮倍率分別可達(dá)到2.4和2.6以上，完全滿足1.4設(shè)計(jì)濃縮倍率的阻垢效果要求。

(3)在加藥量3.0mg/L的情況下，能滿足設(shè)計(jì)1.4倍濃縮倍率的要求，濃縮倍率提高到3.0，加入8.0mg/L的水質(zhì)穩(wěn)定劑，系統(tǒng)材質(zhì)也不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕和局部腐蝕。但是循環(huán)水運(yùn)行的濃縮倍率應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)和腐蝕試驗(yàn)兩者提供的數(shù)據(jù)綜合考慮，即不能使系統(tǒng)材質(zhì)發(fā)生腐蝕，也不能產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。

［1］王杏卿.熱力設(shè)備的腐蝕與防護(hù)［M］.北京:水利電力出版社，1991.

［2］周本省.工業(yè)水處理技術(shù)(第二版)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.