復(fù)合型阻垢劑在電廠循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用

陳燕

摘 要：火力發(fā)電廠中的生產(chǎn)用水，80%以上的都是循環(huán)冷卻水。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于溶解鹽類的濃縮，補(bǔ)充水和循環(huán)水中存在的溶解氧、懸浮物、孢子和細(xì)菌，造成循環(huán)水水質(zhì)惡化，導(dǎo)致腐蝕、結(jié)垢，菌藻以及微生物粘泥等，形成污垢沉積。污垢包括水垢，又稱硬垢和軟垢，硬垢是由水中的微溶性鹽類沉積在換熱器面上而形成的垢層；軟垢是由泥沙、懸浮物、微生物及孢子和腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；循環(huán)冷卻水；復(fù)合型阻垢劑

1 前言

重慶中梁山發(fā)電廠裝機(jī)容量為2×6000kw，循環(huán)冷卻水量在2000-3500噸/時(shí)，補(bǔ)充水量100噸/時(shí)，系統(tǒng)蓄水量為1000m3。循環(huán)水冷卻系統(tǒng)采用敞開(kāi)式系統(tǒng)，引用礦井水作為補(bǔ)充水，此礦井水為高硬度、高堿度、高懸浮物水質(zhì)。這種水質(zhì)若不處理，循環(huán)水系統(tǒng)極易結(jié)垢，而所結(jié)的污垢容易沉積在傳熱面上，影響傳熱的正常進(jìn)行，使換熱器的工作效率下降，甚至堵塞換熱管，減少冷卻水流量。此外，沉積物和微生物的生成，會(huì)導(dǎo)致污垢覆蓋的缺氧區(qū)和沒(méi)有污垢的富氧區(qū)構(gòu)成腐蝕原電池而產(chǎn)生垢下腐蝕，從而使金屬的腐蝕速度加快。綜上所述都是造成發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中冷凝器結(jié)垢原因。冷凝器結(jié)垢后，汽機(jī)真空度在2-3個(gè)月時(shí)間內(nèi)由-0.090MPa（剛清洗后）降到-0.078MPa，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

2 水質(zhì)分析

2.1 分別對(duì)中梁山發(fā)電廠補(bǔ)充水和循環(huán)冷卻水取樣分析，其結(jié)果見(jiàn)表1

表1

文章中所有的Ca2+、Mg2+、總硬度、總堿度均以CaCO3計(jì)。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：

循環(huán)冷卻水量： 3000--3500m3/h

系統(tǒng)蓄水量： 1000m3

冷卻水進(jìn)水溫度：18℃--33℃

冷卻水出水溫度： 28℃--43℃

進(jìn)出水溫差： 10℃

補(bǔ)充水量： 100--120m3/h

濃縮倍數(shù)： 1.6--2.0

系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)： 碳鋼、黃銅

2.3 水垢的形成及結(jié)垢趨勢(shì)

2.3.1 水中溶解物質(zhì)的結(jié)垢

補(bǔ)充水中存在著Ca2+、Mg2+、HCO3-、OH-、CI-等離子，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定量時(shí)就會(huì)生成一些難容或微容于水的物質(zhì)結(jié)晶析出，即成水垢。80%以上是碳酸鹽水垢，其反應(yīng)一般分為：

第一種：重碳酸鹽在水中與CO2存在下述平衡反應(yīng)

Ca2++2HCO3→CaCO3↓+CO2↑+H2O

因循環(huán)水的不斷濃縮，水中Ca2+和HCO3濃度增加，CaCO3↓濃度達(dá)到飽和而析出。

第二種：重碳酸鹽在堿性條件下會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)形成水垢：

Ca（HCO3）2+2OH-→CaCO3↓+2H2O+CO32-

第三種：與水中氯化鈣置換反應(yīng)形成水垢：

CaCl2+CO32-→CaCO3↓+2Cl-

2.3.2 循環(huán)水結(jié)垢趨勢(shì)

由Ryznar（雷茲納）指數(shù)來(lái)判斷循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)結(jié)垢趨勢(shì)

表2 穩(wěn)定指數(shù)（IR）與水的特性關(guān)系

IR=2PHs-PH PHs=（9.3+Ns+Nt）-（NCa+NJD）

式中：

Ns--溶解固體常數(shù)，0.19；

Nt--溫度常數(shù)，1.8；

NCa--鈣堿度常數(shù)，1.8；

NJD--總堿度常數(shù)，2.7；

由此計(jì)算出IR=4.36，屬于嚴(yán)重結(jié)垢水質(zhì)。

3 水垢的控制

根據(jù)中梁山發(fā)電廠補(bǔ)充水水質(zhì)特征：為高堿度、高硬度、高濁度水，可選用由維邦公司新研制的WB--711高效阻垢緩蝕劑，它是由多種有機(jī)膦羧酸鹽、有機(jī)膦酸鹽、有機(jī)膦磺酸鹽、聚羧酸鹽、聚馬來(lái)酸多元共聚物、天然分散劑、高效緩蝕劑等復(fù)合而成。

3.1 阻垢原理

3.1.1 螯合增溶作用

阻垢劑能與水中的Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子形成穩(wěn)定的可溶性螯合物，從而提高了冷卻水中Ca2+、Mg2+離子的允許濃度，如聚羧酸鹽和聚馬來(lái)酸多元共聚物。見(jiàn)圖1：

3.1.2 晶格畸變作用

有機(jī)磷酸鹽對(duì)CaCO3垢層起抑制作用，主要是對(duì)CaCO3垢層晶格生長(zhǎng)

起著干擾作用，使CaCO3垢層晶格發(fā)生很大的畸變，可使CaCO3垢層轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǔ潭鹊娜菀妆凰疀_走的軟垢。見(jiàn)圖2：

3.1.3 凝聚與分散作用

聚羧酸鹽類聚合物在水溶液中溶解生成的陰離子在CaCO3微晶體碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)生物理化學(xué)吸附現(xiàn)象，在生長(zhǎng)晶核附近的擴(kuò)散邊界層內(nèi)聚集，形成雙電層并阻礙形成垢離子或分子在金屬表面聚集，阻礙CaCO3晶粒與金屬表面碰撞，從而減少溶液中晶粒數(shù)，進(jìn)而將CaCO3穩(wěn)定在水中。

3.2 緩蝕機(jī)理

WB-711阻垢緩蝕劑中屬于陰極型緩蝕劑，它的緩蝕作用是通過(guò)有機(jī)化合物對(duì)金屬表面的化學(xué)吸附而形成的保護(hù)膜來(lái)完成。這種吸附膜能阻礙氧的擴(kuò)散或提高氧或H+還原反應(yīng)的過(guò)電位，使腐蝕速度大大降低。

3.3 循環(huán)水PH值的控制

循環(huán)水中PH值在7-9.5時(shí)，水中主要存在HCO3+離子。堿度高，PH值就越大，特別是當(dāng)堿度大于硬度（即出現(xiàn)負(fù)硬度）時(shí)，會(huì)形成重碳酸鹽，達(dá)到一定濃度后就會(huì)形成CaCO3水垢。因而控制循環(huán)水PH值在一定范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定水中結(jié)垢離子的平衡關(guān)系。

在循環(huán)水中加入堿度調(diào)節(jié)劑（主要成分為硫酸），可以中和水中的部分碳酸鹽。其反應(yīng)式：

Ca（HCO3）2+H2SO4→CaSO4+2CO2+2H2O

Mg（HCO3）2+H2SO4→MgSO4+2CO2+2H2O

加酸后，把碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化成非碳酸鹽硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 靜態(tài)阻垢、腐蝕試驗(yàn)

4.1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時(shí)間：10h

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

表3 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)WB-711T投加濃度為15-25mg/L時(shí)，阻垢率可達(dá)95%以上。

4.2 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時(shí)間：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

表4 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，WB-711T對(duì)碳鋼、銅有良好的緩蝕效果，其腐蝕率優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50050-95）。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2013年3月，我廠開(kāi)始循環(huán)冷卻水系統(tǒng)投加WB-711T阻垢緩蝕劑和堿度調(diào)節(jié)劑，投加前，汽機(jī)真空度為-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用連續(xù)加藥方式。將阻垢緩蝕劑和堿度調(diào)節(jié)劑配成一定濃度的溶液，用計(jì)量泵連續(xù)加入儲(chǔ)水池中，采用分析水中總堿度和PH值來(lái)調(diào)節(jié)加藥量。

5.2 日常運(yùn)行監(jiān)控

循環(huán)水日常運(yùn)行控制指標(biāo)：總磷2.5mg/L、PH值8-9.1、堿度<11.5mmol/L，濃縮倍數(shù)<1.8、總硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通過(guò)三個(gè)月的試用，經(jīng)循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)控分析，得出平均阻垢率可達(dá)到95.2%。見(jiàn)表5

表5 循環(huán)水、補(bǔ)充水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

5.4 腐蝕監(jiān)測(cè)

在蓄水槽內(nèi)懸掛銅、碳鋼標(biāo)準(zhǔn)掛片，40天后測(cè)點(diǎn)腐蝕率。

掛片腐蝕測(cè)試數(shù)據(jù) 單位：g

掛片表面積30cm2，碳鋼掛片密度7.80g/cm2，銅材密度8.52g/cm2，其平均腐蝕率分別為：碳鋼0.1211mm/a；銅材0.0224mm/a。達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電廠試用WB-711T阻垢劑一年多時(shí)間，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，基本上沒(méi)有新增硬垢，汽機(jī)真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和緩蝕效果良好，且操作簡(jiǎn)便，在同類水質(zhì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用有推廣運(yùn)用的價(jià)值。

加酸后，把碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化成非碳酸鹽硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 靜態(tài)阻垢、腐蝕試驗(yàn)

4.1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時(shí)間：10h

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

表3 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)WB-711T投加濃度為15-25mg/L時(shí)，阻垢率可達(dá)95%以上。

4.2 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時(shí)間：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

表4 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，WB-711T對(duì)碳鋼、銅有良好的緩蝕效果，其腐蝕率優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50050-95）。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2013年3月，我廠開(kāi)始循環(huán)冷卻水系統(tǒng)投加WB-711T阻垢緩蝕劑和堿度調(diào)節(jié)劑，投加前，汽機(jī)真空度為-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用連續(xù)加藥方式。將阻垢緩蝕劑和堿度調(diào)節(jié)劑配成一定濃度的溶液，用計(jì)量泵連續(xù)加入儲(chǔ)水池中，采用分析水中總堿度和PH值來(lái)調(diào)節(jié)加藥量。

5.2 日常運(yùn)行監(jiān)控

循環(huán)水日常運(yùn)行控制指標(biāo)：總磷2.5mg/L、PH值8-9.1、堿度<11.5mmol/L，濃縮倍數(shù)<1.8、總硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通過(guò)三個(gè)月的試用，經(jīng)循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)控分析，得出平均阻垢率可達(dá)到95.2%。見(jiàn)表5

表5 循環(huán)水、補(bǔ)充水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

5.4 腐蝕監(jiān)測(cè)

在蓄水槽內(nèi)懸掛銅、碳鋼標(biāo)準(zhǔn)掛片，40天后測(cè)點(diǎn)腐蝕率。

掛片腐蝕測(cè)試數(shù)據(jù) 單位：g

掛片表面積30cm2，碳鋼掛片密度7.80g/cm2，銅材密度8.52g/cm2，其平均腐蝕率分別為：碳鋼0.1211mm/a；銅材0.0224mm/a。達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電廠試用WB-711T阻垢劑一年多時(shí)間，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，基本上沒(méi)有新增硬垢，汽機(jī)真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和緩蝕效果良好，且操作簡(jiǎn)便，在同類水質(zhì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用有推廣運(yùn)用的價(jià)值。

加酸后，把碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化成非碳酸鹽硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 靜態(tài)阻垢、腐蝕試驗(yàn)

4.1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時(shí)間：10h

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

表3 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)WB-711T投加濃度為15-25mg/L時(shí)，阻垢率可達(dá)95%以上。

4.2 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時(shí)間：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

表4 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，WB-711T對(duì)碳鋼、銅有良好的緩蝕效果，其腐蝕率優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50050-95）。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2013年3月，我廠開(kāi)始循環(huán)冷卻水系統(tǒng)投加WB-711T阻垢緩蝕劑和堿度調(diào)節(jié)劑，投加前，汽機(jī)真空度為-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用連續(xù)加藥方式。將阻垢緩蝕劑和堿度調(diào)節(jié)劑配成一定濃度的溶液，用計(jì)量泵連續(xù)加入儲(chǔ)水池中，采用分析水中總堿度和PH值來(lái)調(diào)節(jié)加藥量。

5.2 日常運(yùn)行監(jiān)控

循環(huán)水日常運(yùn)行控制指標(biāo)：總磷2.5mg/L、PH值8-9.1、堿度<11.5mmol/L，濃縮倍數(shù)<1.8、總硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通過(guò)三個(gè)月的試用，經(jīng)循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)控分析，得出平均阻垢率可達(dá)到95.2%。見(jiàn)表5

表5 循環(huán)水、補(bǔ)充水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

5.4 腐蝕監(jiān)測(cè)

在蓄水槽內(nèi)懸掛銅、碳鋼標(biāo)準(zhǔn)掛片，40天后測(cè)點(diǎn)腐蝕率。

掛片腐蝕測(cè)試數(shù)據(jù) 單位：g

掛片表面積30cm2，碳鋼掛片密度7.80g/cm2，銅材密度8.52g/cm2，其平均腐蝕率分別為：碳鋼0.1211mm/a；銅材0.0224mm/a。達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電廠試用WB-711T阻垢劑一年多時(shí)間，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，基本上沒(méi)有新增硬垢，汽機(jī)真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和緩蝕效果良好，且操作簡(jiǎn)便，在同類水質(zhì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用有推廣運(yùn)用的價(jià)值。