循環(huán)冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)分析

溫曉紅，崔紹波

(華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

0 引言

華電國際鄒縣發(fā)電廠#7，#8 1 000 MW機(jī)組的循環(huán)冷卻水補(bǔ)水為地表水(微山湖)和城市中水，凝汽器管材為不銹鋼管。2臺機(jī)組循環(huán)冷卻水處理全部為敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，試驗(yàn)前水質(zhì)指標(biāo)主要控制標(biāo)準(zhǔn)為：pH值，8.2～8.7；全堿度，≤4.8 mmol/L；濃縮倍率，≤4.0；不結(jié)垢系數(shù)，ΔA≤0.2。另外，還對濁度、Cl-的質(zhì)量濃度、總磷、硬度以及鈣硬度等項(xiàng)目指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。

水質(zhì)處理主要以加入硫酸和阻垢緩蝕劑的方法來達(dá)到水質(zhì)穩(wěn)定處理的目的，以保證循環(huán)水系統(tǒng)不發(fā)生腐蝕、結(jié)垢等傾向。

原三期2臺600 MW機(jī)組循環(huán)冷卻水均采用山東某公司生產(chǎn)的阻垢緩蝕劑進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理，取得了良好的效果。但四期工程2臺機(jī)組循環(huán)水補(bǔ)水水源發(fā)生改變，由單一水源方式改為2種水源相結(jié)合的方式，因此補(bǔ)水水質(zhì)變得復(fù)雜，給現(xiàn)場監(jiān)督、調(diào)整帶來一定困難。為了解2種水源作為補(bǔ)充水時(shí)加藥量的變化及水質(zhì)指標(biāo)對凝汽器管材的影響，利用動態(tài)模擬試驗(yàn)裝置，對現(xiàn)場補(bǔ)水水樣進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 補(bǔ)水概況

根據(jù)正常情況下每臺機(jī)組涼水塔2種水源補(bǔ)水量的比例，選取2種代表性的水樣配比作為動態(tài)模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)用水。2種水樣各元素對比見表1。

表1 2種水樣各元素對比

1.2 水質(zhì)穩(wěn)定劑理化性能檢測

水質(zhì)穩(wěn)定劑理化性能指標(biāo)是檢驗(yàn)水質(zhì)優(yōu)劣的最基本標(biāo)準(zhǔn)。依照DL/T 806—2013《火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水用緩蝕阻垢劑》的規(guī)定，該試驗(yàn)首先對水質(zhì)穩(wěn)定劑的外觀，磷酸鹽(以PO43-計(jì))、亞磷酸鹽(以PO33-計(jì))、正磷酸鹽(以PO43-計(jì))以及固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，pH值(1%水溶液)，密度(20 ℃)等項(xiàng)目進(jìn)行檢測，結(jié)果見表2。

表2 水質(zhì)穩(wěn)定劑檢測結(jié)果

從表2可以看出：藥品的所有理化性能指標(biāo)均符合DL/T 806—2013《火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水用緩蝕阻垢劑》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，屬合格產(chǎn)品。

2 阻垢試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用WKMZ-II型智能動態(tài)模擬試驗(yàn)裝置。儀器主要參數(shù)為：蒸汽溫度，(100±0.5) ℃；試驗(yàn)管長度，680 mm；有效傳熱長度，500 mm；進(jìn)口溫度控制范圍，(30±0.5)～(35±0.5)℃；流量可調(diào)范圍，100～1 000 L/h；污垢熱阻測量范圍，0～3.44×10-4(m2·K)/W；進(jìn)出口溫差，8～12 ℃；循環(huán)水流速，0.6～1.5 m/s；冷卻塔最大冷卻幅度，10～12 ℃。

2.2 試驗(yàn)過程

依據(jù)HG/T 2160—2008《冷卻水動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。

(1)向#1水箱注入150 kg地表水，加900 mg藥劑；向#1補(bǔ)水箱注入130 kg地表水，加780 mg藥劑。

(2)向#2水箱注入150 kg地表水和中水的混合水，加900 mg藥劑；向#2補(bǔ)水箱注入130 kg地表水和中水的混合水，加780 mg藥劑。

(3)按照試驗(yàn)操作程序啟動裝置，在試驗(yàn)過程中不排污，邊濃縮邊自動補(bǔ)水，補(bǔ)水箱中的水用完后重新添加水和藥劑。運(yùn)行過程中定時(shí)檢測循環(huán)水中Cl-的濃度、Ca2+的質(zhì)量濃度以及堿度和pH值，并通過加硫酸的方法將堿度控制在3.5～4.8 mmol/L。求出換熱管熱阻值后清零(此時(shí)換熱管為零熱阻)，再次出現(xiàn)的熱阻為污垢熱阻，這時(shí)可停止補(bǔ)加試驗(yàn)用水，對循環(huán)水進(jìn)行全面分析(包括硬度、堿度、電導(dǎo)率、pH值、Ca2+的質(zhì)量濃度以及Cl-的濃度)。試驗(yàn)結(jié)束后，取出#1，#2不銹鋼試驗(yàn)管觀察內(nèi)部結(jié)垢情況。

2.3 試驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)

參照GB/T 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》，在試驗(yàn)過程中計(jì)算不結(jié)垢系數(shù)ΔA和ΔB，并保證ΔA≤0.2，ΔB≤0.5。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取出試管或試片，觀察換熱管內(nèi)部表面的沉積和腐蝕情況，對阻垢腐蝕試驗(yàn)做出直觀評價(jià)。

ΔA=KCl--KCa2+≤0.2 ，

(1)

(2)

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

Ca2+的質(zhì)量濃度、Cl-的濃度、硬度、堿度、電導(dǎo)率以及pH值等試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 阻垢試驗(yàn)結(jié)果分析

從表3可以看出：#1地表水試驗(yàn)后，Ca2+的極限質(zhì)量濃度為302.62 mg/L(15.10 mmol/L)，極限硬度為28 mmol/L，堿度控制在4.6 mmol/L以下，pH值為8.80。

#2混合水(地表水∶中水=1∶2)試驗(yàn)后，Ca2+的極限質(zhì)量濃度為460.6 mg/L(22.98 mmol/L)，極限硬度為41.20 mmol/L，堿度為4.0 mmol/L，pH值為8.60。

3 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)裝置

采用RCC-1型腐蝕試驗(yàn)儀。試驗(yàn)溫度(45±1)℃，試片線速度(0.35±0.02) m/s，試液體積與試片面積比30 mL/cm2，試片(管)端與液面距離應(yīng)大于2 cm，對每個(gè)試驗(yàn)條件應(yīng)進(jìn)行平行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間120 h。

3.2 試驗(yàn)過程

(1)首先在試杯中加入適量試驗(yàn)用水，在試杯外壁與液面同一水平處劃上刻度線。將試杯置于恒溫水浴試驗(yàn)裝置中，待試液達(dá)到指定溫度時(shí)，掛入試片。注意使每個(gè)掛片(管)均不能與其他試樣及試杯壁發(fā)生碰撞。啟動電動機(jī)，使試片(管)按一定速度轉(zhuǎn)動并開始計(jì)時(shí)。

(2)試驗(yàn)過程中令試液自然蒸發(fā)，每隔4 h補(bǔ)加一次除鹽水，使其液面保持在刻度線處，使試液濃度維持恒定。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到指定值時(shí)，停止試片轉(zhuǎn)動，取出試片并進(jìn)行外觀觀察。對試片進(jìn)行清洗處理，置于干燥器中4 h后稱重，計(jì)算試片(管)的腐蝕速率。

(3)腐蝕速率B的測定，以年腐蝕率計(jì)(mm/a)，計(jì)算公式為

B=Km/(Atρ)，

(3)

式中：K為腐蝕常數(shù)，K=8.76×104；m為試樣質(zhì)量變化，g；A為試樣面積，cm2；t為試驗(yàn)時(shí)間，120 h；ρ為金屬密度，g/cm3。

3.3 腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 #1， #2試驗(yàn)水樣腐蝕試驗(yàn)結(jié)果對比

試驗(yàn)結(jié)束后對掛片的表面情況進(jìn)行觀察。在試液中，TP304不銹鋼管表面均未發(fā)生明顯變化，試管表面光潔如初，試液清澈透明，其平均腐蝕速率為0.000 45 mm/a，符合GB/T 50050 — 2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中對銅和不銹鋼設(shè)備平均腐蝕速率宜小于0.005 mm/a的要求。

4 結(jié)論

(1)在試驗(yàn)水質(zhì)條件下(地表水)，對于#7，#8機(jī)組循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水加入6 mg/L的試驗(yàn)用水質(zhì)穩(wěn)定劑，極限濃縮倍率可控制在5.45，極限硬度28.03 mmol/L，極限堿度4.5 mmol/L。工業(yè)運(yùn)行實(shí)際控制濃縮倍率在4.60以下(5.45×85%)，硬度和堿度分別控制在25.00 mmol/L和4.50 mmol/L以下，可以達(dá)到理想的阻垢效果。

(2)在試驗(yàn)水質(zhì)條件(地表水∶城市中水=1∶2)下，其極限濃縮倍率為5.0，極限硬度41.00 mmol/L，極限堿度4.0 mmol/L。運(yùn)行中實(shí)際濃縮倍率應(yīng)控制在4.30以下，硬度和堿度分別控制在35.00 mmol/L和4.00 mmol/L以下。

(3)當(dāng)循環(huán)冷卻水(地表水、地表水+城市中水)濃縮倍率為4.0～5.0時(shí)，其對TP304不銹鋼管的旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕速率為0.000 45 mm/a，符合GB/T 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的不銹鋼及銅合金平均腐蝕速率應(yīng)該小于0.005 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)實(shí)際運(yùn)行中可適當(dāng)提高循環(huán)水中阻垢緩蝕劑加藥量，使循環(huán)水中總磷的質(zhì)量濃度控制在4 mg/L左右，堿度控制在3.5～4.0 mmol/L之間，效果會更好。

(5)運(yùn)行中應(yīng)注意保持循環(huán)水系統(tǒng)的清潔和凝汽器管材的暢通、無污堵，防止一切雜物進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)；保證膠球系統(tǒng)的良好運(yùn)行，防止粘泥等發(fā)生沉積。

(6)分別取試驗(yàn)前后5個(gè)月Fe3+的平均質(zhì)量濃度進(jìn)行對比分析，其中#7塔由194.15 μg/L下降至105.68 μg/L，降低45.57%；#8塔由216.26 μg/L下降至117.72 μg/L，降低45.56%，說明循環(huán)冷卻水的緩蝕能力增強(qiáng)明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖作善.熱力發(fā)電廠水處理[M].北京：中國電力出版社，1996.

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[3]HG/T 2160—2008冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)方法[S].

[4]GB 18175—2000水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法[S].