火電廠循環(huán)冷卻水全自動化處理方案

張志國，蘭夢

（中電投河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450001）

火電廠循環(huán)冷卻水全自動化處理方案

張志國，蘭夢

（中電投河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450001）

針對火力發(fā)電廠常規(guī)循環(huán)冷卻水處理工藝存在的加藥精確度差、水質分析及監(jiān)測不及時、濃縮倍率不穩(wěn)定等問題，提出了循環(huán)冷卻水全自動化處理方案：自動投加阻垢緩蝕劑和殺菌劑，自動控制冷卻水排污，在線監(jiān)測pH值、金屬腐蝕速率、濁度、污垢熱阻、污垢沉積速率、補水量及加藥量，出現問題前、后能及時做出預判和處理。實現循環(huán)冷卻水全自動化處理后，可提高循環(huán)冷卻水系統運行的安全性，節(jié)約水資源，降低運行成本，提高運行管理效率。

循環(huán)冷卻水；自動化控制；濃縮倍數；污垢熱阻

0 引言

火力發(fā)電廠是用水大戶，隨著節(jié)水及環(huán)保要求的不斷提高，減少工業(yè)外排水量已是必然趨勢。循環(huán)冷卻水占整個電廠用水的比例達80%以上，循環(huán)冷卻水排污水在電廠外排水中占有較高的比例，因此，做好循環(huán)冷卻水處理將成為整個企業(yè)節(jié)水、排水的重點課題。

在火電廠敞開式循環(huán)冷卻水系統中，冷卻水通過冷卻塔時不斷被蒸發(fā)，水中鹽的質量濃度也不斷增加。為維持各種礦物質和離子的質量濃度穩(wěn)定在某一個范圍，必須對循環(huán)水系統補充一定量的新鮮水，并排出一定量的濃縮水。為了減少外排水，提高濃縮倍率成為一種重要的節(jié)水手段。隨著濃縮倍率的提高，水中雜質的濃縮程度也越來越高，一些溶解度不高的鹽類將會析出；其他鹽類如氯化物、硫酸鹽等的質量濃度也會增加，加速系統中的金屬腐蝕；循環(huán)冷卻水中微生物的大量繁殖將在換熱面產生生物沉積物，導致換熱器管道堵塞和垢下腐蝕，威脅電廠的安全生產，甚至造成經濟損失：因此，對循環(huán)冷卻水處理技術提出了更高的要求。

1 常規(guī)循環(huán)冷卻水處理技術

循環(huán)冷卻水處理的目的是最大限度地防止和減緩冷卻水系統的腐蝕、結垢和微生物生長等。常規(guī)的循環(huán)冷卻水處理方式是循環(huán)水處理工藝與排污相結合，循環(huán)冷卻水處理工藝為加硫酸、阻垢緩蝕劑和殺菌劑。

循環(huán)冷卻水加硫酸一般采用連續(xù)投加方式，加酸點無嚴格限制，可加在循環(huán)冷卻水補水中，也可加在循環(huán)冷卻水泵的入口管道中［1］，目的是將水中的碳酸鹽硬度轉變?yōu)榉翘妓猁}硬度，防止生成碳酸鈣水垢。

循環(huán)冷卻水中加入殺菌劑，能夠殺死微生物或抑制微生物的生長和繁殖，一般采用連續(xù)投加氧化性殺菌劑和沖擊式投加非氧化性殺菌劑兩種方式。常用的氧化性殺菌劑有氯氣、次氯酸鈉、三氯異氰脲酸和二氧化氯等；常用的非氧化性殺菌劑有季銨鹽、酚類、戊二醛和異噻唑啉酮衍生物等。

循環(huán)冷卻水加阻垢緩蝕劑一般為連續(xù)投加方式，阻垢機理一般有螯合增溶、晶格畸變、分散、溶限效應，緩蝕機理為形成鈍化膜、沉積膜或吸附膜。緩蝕阻垢劑有效成分多為磷（膦）酸鹽（聚磷酸鹽、正磷酸鹽、有機磷酸鹽）和各種低分子聚合物。

排污是循環(huán)冷卻水處理過程中關鍵控制環(huán)節(jié)之一，它能平衡循環(huán)冷卻水質，避免發(fā)生結垢或腐蝕。

在循環(huán)冷卻水處理過程中，通常講“三分藥劑，七分管理”，化學藥劑雖然起到了非常關鍵的作用，但在日常的監(jiān)督和運行控制中，不可能完全依賴藥劑的效果。能否取得好的循環(huán)冷卻水處理效果，還是靠現場的過程管理和監(jiān)督管理，如果管理跟不上，使用再好的水處理藥劑也不會取得好的水處理效果。管理到位主要體現在：藥劑按照要求（數量、頻率）進行投加；水質分析及監(jiān)測及時，調整到位；出現問題前、后能夠及時做出預判和處理等。

目前國內循環(huán)冷卻水處理主要存在如下幾個問題。

（1）藥劑大都采用人工配制、投加的方式，存在滯后及加藥誤差。

（2）循環(huán)冷卻水項目監(jiān)測大都采用人工化驗方式，存在分析數據延后的情況。

（3）循環(huán)冷卻水處理效果評價依靠停機檢查；凝汽器腐蝕評定通過定期掛片監(jiān)測，無法實時監(jiān)測腐蝕程度。

（4）循環(huán)冷卻水排污依靠人工控制，不易精細管理，導致濃縮倍率不穩(wěn)定。

隨著水資源的日益匱乏，越來越多的電廠將中水作為循環(huán)冷卻水補充水。中水水質差且不穩(wěn)定，富營養(yǎng)化嚴重，導致循環(huán)冷卻水處理在腐蝕監(jiān)測、藥劑質量濃度監(jiān)測及濃縮倍率計算等方面產生了新的問題。

面對以上問題，有必要在數據處理、現場監(jiān)測、在線分析、排污控制等方面進行自動控制，尤其是循環(huán)冷卻水水質指標與腐蝕、結垢狀況建立內在關系的閉環(huán)控制自動加藥系統［2］，可以實現精確、快速的管理與控制，彌補人工管理的不足，提高運行管理效率。實現循環(huán)冷卻水處理過程的全自動化與精細化管理，將會對系統防垢、防腐起到積極作用，保障循環(huán)水系統的安全運行。

2 循環(huán)冷卻水自動化處理方案

循環(huán)冷卻水自動化處理原理為：根據在線監(jiān)測的循環(huán)冷卻水電導率、補充水電導率自動計算濃縮倍率，根據濃縮倍率控制排污電動閥自動排污，使?jié)饪s倍率穩(wěn)定在控制范圍內；通過流量計在線監(jiān)測補充水量，控制磷系阻垢緩蝕劑計量泵；通過熒光示蹤技術在線監(jiān)測循環(huán)冷卻水中藥劑的質量濃度，從而控制無磷阻垢緩蝕劑計量泵；通過在線監(jiān)測循環(huán)冷卻水中的氧化還原電位（ORP）來控制氧化性殺菌劑（如二氧化氯）輸送泵，保持循環(huán)冷卻水中游離余氯的質量濃度；通過在線監(jiān)測污垢熱阻、污垢沉積速率、碳鋼腐蝕速率、不銹鋼腐蝕速率、循環(huán)冷卻水濁度、循環(huán)冷卻水溫度等參數，達到全面了解系統運行狀況的目的。循環(huán)冷卻水自動化處理方案為：選擇合適的控制器，通過可編程的系統操作軟件來設置工藝流程畫面，顯示各種采集參數，實現循環(huán)冷卻水處理的自動控制。

2.1 自動投加阻垢緩蝕劑

設置兩種自動投加阻垢緩蝕劑模式：一種模式是以循環(huán)水補水量來控制磷系阻垢緩蝕劑的投加；另一種模式為使用熒光示蹤技術實現無磷阻垢緩蝕劑的投加。

（1）在各循環(huán)冷卻水系統的補水管道上加裝流量計，設定好小時補水量（經驗值）及對應的加藥量，以1 h為1個加藥計算周期，當實際補水量累積到該值時啟動計量泵，達到對應的加藥量后計量泵停止。

（2）考慮今后將中水作為循環(huán)冷卻水補充水，為消除中水中含磷量的影響，使用熒光示蹤技術測量無磷阻垢緩蝕劑的質量濃度，以實現自動投加。

2.2 自動投加殺菌劑

（1）為保證循環(huán)水處理的殺菌效果，在線監(jiān)測ORP值。特別是針對中水回用水質，通過設定ORP上、下限值，自動控制氧化殺菌劑泵連續(xù)投加，對循環(huán)冷卻水進行微生物控制。

（2）為了達到更好的微生物控制效果，循環(huán)冷卻水系統也需要定期投加非氧化型殺菌劑，可通過程序實現定時自動沖擊式投加非氧化型殺菌劑。

2.3 自動控制循環(huán)冷卻水排污

通過在線測量循環(huán)冷卻水和補充水的電導率，自動計算循環(huán)冷卻水濃縮倍率，根據濃縮倍率自動控制循環(huán)冷卻水排污，實現連續(xù)排污，解決濃縮倍率不穩(wěn)定的問題，同時達到節(jié)水的目的。

2.4 在線監(jiān)測pH值自動加酸

在線監(jiān)測pH值，控制加酸泵的啟停，實現自動加酸。運行一段時間后，pH設定值可參照碳鋼腐蝕速率、污垢熱阻、濃縮倍率等參數進行調整。

2.5 在線監(jiān)測金屬腐蝕速率

通過監(jiān)測碳鋼、不銹鋼腐蝕速率，實時查看系統金屬材質的腐蝕情況，根據腐蝕情況調整處理措施，避免系統腐蝕超標，同時可為及時調整加藥方案及濃縮倍率提供參考依據。

2.6 在線監(jiān)測濁度

濁度是循環(huán)水水質控制的重要指標之一，當水的濁度高達一定程度時，懸浮物會因為流速降低而在換熱器的表面沉積，引起結垢。通過濁度儀實時在線監(jiān)測冷卻水系統濁度，以便及時采取對策。

2.7 在線監(jiān)測污垢熱阻、污垢沉積速率

污垢熱阻與污垢沉積速率在線監(jiān)測非常重要，是及早發(fā)現結垢和污垢沉積的有效手段，是保證凝汽器換熱效率的前提條件。通過模擬換熱器監(jiān)測的進口溫度、出口溫度和蒸汽溫度來計算污垢熱阻和污垢沉積速率，可以及早發(fā)現問題并解決。

2.8 在線監(jiān)測實際補水量、加藥量

將原有的補水流量計測量值通過儀表遠傳，在加藥泵出口設計加藥流量計，將加藥實際測量值遠傳，能夠精確掌握系統補水量和加藥量。

3 循環(huán)冷卻水自動化處理效果分析

實現循環(huán)冷卻水的全自動化處理后，可提高循環(huán)冷卻水系統運行的安全性，避免結垢、腐蝕、微生物超標，保持換熱效率；可以節(jié)約水資源，減少循環(huán)水排污量，節(jié)省化學品消耗量，降低運行成本；可以提高運行管理效率，降低人員勞動強度，節(jié)省人工成本，實現循環(huán)冷卻水處理過程的精細化管理。實現循環(huán)冷卻水自動化處理后，將會使循環(huán)冷卻水的化學處理提高到新的水平，滿足不斷提高的節(jié)能、環(huán)保和安全運行要求。

［1］李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質控制［M］.2版.北京：中國電力出版社，2008.

［2］羅獎合，李營根，郭懷保.我國火電廠循環(huán)冷卻水處理技術的發(fā)展［J］.熱力發(fā)電，2003，32（8）：9－11.

（本文責編：劉芳）

TM 621.8

B

1674－1951（2016）02－0063－02

張志國（1982—），男，山東鄆城人，工程師，從事電廠化學技術管理工作（E-mail：zzg6565686＠sina.com）。

2015－11－10；

2016－01－10