300 MW機(jī)組循環(huán)冷卻水阻垢緩蝕試驗(yàn)研究

劉祥亮，王 寧，紀(jì)盛超，劉 洋，王 磊

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.沈陽遠(yuǎn)大環(huán)境工程有限公司，遼寧 沈陽 110002）3.中國能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第四工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

300 MW機(jī)組循環(huán)冷卻水阻垢緩蝕試驗(yàn)研究

劉祥亮1，王 寧2，紀(jì)盛超1，劉 洋1，王 磊3

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.沈陽遠(yuǎn)大環(huán)境工程有限公司，遼寧 沈陽 110002）3.中國能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第四工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

通過對(duì)遼寧某電廠2×300 MW機(jī)組提供的循環(huán)水和3種藥劑進(jìn)行阻垢性能篩選試驗(yàn)、腐蝕控制試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)模擬聯(lián)合加酸試驗(yàn)，分析造成阻垢腐蝕差異的原因，為該廠的循環(huán)水處理提供科學(xué)的建議，降低了運(yùn)行中的安全隱患，節(jié)省了可觀的經(jīng)濟(jì)成本，為行業(yè)內(nèi)其他電廠提供經(jīng)驗(yàn)參考。

循環(huán)冷卻水；阻垢緩蝕；節(jié)能降耗

隨著我國“一帶一路”經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略能源的不斷輸出，發(fā)展弱化經(jīng)濟(jì)增長對(duì)資源的依賴模式成為改善經(jīng)濟(jì)發(fā)展可持續(xù)性的必經(jīng)之路?；痣姍C(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)受氣溫、補(bǔ)充水水質(zhì)、排污方式和運(yùn)行調(diào)整控制等多重因素影響［1－3］。運(yùn)行中循環(huán)水濃縮倍率控制不當(dāng)會(huì)引起耗水量大幅增加或系統(tǒng)的結(jié)垢腐蝕等問題，是困擾機(jī)組安全降耗運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)之一［4－5］。當(dāng)季節(jié)氣溫、水質(zhì)等變化時(shí)，必須通過針對(duì)性試驗(yàn)研究以確定最佳循環(huán)水濃縮倍率，從而降低水資源浪費(fèi)、凝汽器結(jié)垢腐蝕和微生物滋長等［6］。

遼寧某電廠2×300 MW機(jī)組的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，采用自然通風(fēng)冷卻塔擴(kuò)大單元制供水系統(tǒng)，補(bǔ)充水取自市污水處理廠再生水。凝汽器管材為TP304不銹鋼，管內(nèi)設(shè)計(jì)流速為2.53 m／s，循環(huán)水設(shè)計(jì)濃縮倍率為2.8～3.3。本次試驗(yàn)對(duì)該廠提供的3種水處理藥劑進(jìn)行了靜態(tài)阻垢、緩蝕性能試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。

通過靜態(tài)藥劑篩選試驗(yàn)，優(yōu)選出阻垢、緩蝕性能較好的水處理藥劑并確定適宜的加藥量；經(jīng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)確定了適于該廠水質(zhì)、材質(zhì)等應(yīng)用的水處理方式。由試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，提出循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)督控制指標(biāo)，為行業(yè)內(nèi)其他電廠提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)概況

1.1 系統(tǒng)主要參數(shù)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要參數(shù)如表1所示（按該廠提供的水平衡計(jì)算）。

表1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要參數(shù)

表2 中水的主要水質(zhì)分析結(jié)果

1.2 補(bǔ)充水水質(zhì)特點(diǎn)

該廠提供的污水處理廠中水的主要水質(zhì)分析如表2所示。

由水質(zhì)分析結(jié)果可看出，該廠補(bǔ)充水（中水）的水質(zhì)特點(diǎn)如下：

a.JD、YD指標(biāo)較高且波動(dòng)大，循環(huán)水蒸發(fā)濃縮后易產(chǎn)生CaCO3水垢；

b.濁度及CODcr超出中水回用標(biāo)準(zhǔn)，易產(chǎn)生粘泥附著；

c.根據(jù)水分析數(shù)據(jù)及有關(guān)檢測(cè)結(jié)果綜合分析認(rèn)為，該廠水處理藥劑應(yīng)以阻垢、分散、緩蝕為主，避免水垢及粘泥附著管壁，影響機(jī)組的安全、降耗運(yùn)行。

1.3 試驗(yàn)用水質(zhì)分析

試驗(yàn)用水為電廠實(shí)地取水，取樣點(diǎn)為泵房。其水質(zhì)分析結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)用水相關(guān)水質(zhì)概況

試驗(yàn)用水的JD、YD指標(biāo)及濁度較高，BOD5超標(biāo)。

2 循環(huán)水處理的藥劑篩選試驗(yàn)

1號(hào)為聚磷酸鹽，2號(hào)為有機(jī)膦酸，3號(hào)為聚環(huán)氧琥珀酸。分別進(jìn)行了阻垢性能、加藥計(jì)量及旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕速率對(duì)比試驗(yàn)。通過不同藥劑在最佳劑量條件下的極限碳酸鹽硬度和穩(wěn)定的最高濃縮倍率以及對(duì)不銹鋼、碳鋼腐蝕狀況的綜合分析，篩選出適于該廠應(yīng)用的水處理藥劑。試驗(yàn)條件按照DL／T 300—2010《火電廠凝汽器管防腐防垢導(dǎo)則》進(jìn)行，試驗(yàn)中以ΔA≥0.2為水質(zhì)穩(wěn)定性判斷指標(biāo)。

2.1 阻垢性能試驗(yàn)

僅以3種藥劑加藥量為20 mg／L的數(shù)據(jù)繪制出阻垢性能試驗(yàn)曲線，如圖1所示。

圖1 3種藥劑阻垢性能對(duì)比

由試驗(yàn)曲線對(duì)比可明顯看出，相同加藥劑量條件下，3種藥劑的阻垢性能有所差異，3號(hào)藥劑穩(wěn)定的濃縮倍率最高；2號(hào)藥劑次之；1號(hào)藥劑較差。

2.2 加藥劑量試驗(yàn)

3種藥劑不同加藥量穩(wěn)定的極限碳酸鹽硬度（簡(jiǎn)稱極限碳硬）和濃縮倍率如表4所示。

表4 不同加藥劑量的阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果

表4中數(shù)據(jù)表明，隨加藥量的增加，3種藥劑穩(wěn)定的極限碳硬和濃縮倍率均有提高。在試驗(yàn)水質(zhì)條件下，1號(hào)藥劑最高可穩(wěn)定濃縮倍率2.72；2號(hào)藥劑最高穩(wěn)定2.94；3號(hào)藥劑最高為3.35。若補(bǔ)充水JD降低，則穩(wěn)定的濃縮倍率可相應(yīng)提高。靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果乘以0.8～0.85可作為工業(yè)應(yīng)用參考。在試驗(yàn)水質(zhì)條件下，換算工業(yè)應(yīng)用值，1號(hào)宜低于2.2、2號(hào)宜低于2.4、3號(hào)宜低于2.7運(yùn)行，否則易在凝汽器管內(nèi)結(jié)成水垢。

2.3 腐蝕試驗(yàn)

采用GB／T 18175—2000《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定》于旋轉(zhuǎn)掛片儀上進(jìn)行試驗(yàn)。按HG／T 3523—2008冷卻水化學(xué)處理標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片技術(shù)條件的要求進(jìn)行試片處理。在6組試驗(yàn)杯中，分別加入3種水處理藥劑及試驗(yàn)用水，藥劑濃度為20 mg／L（循環(huán)水計(jì)）。將試驗(yàn)杯置入旋轉(zhuǎn)掛片機(jī)內(nèi)恒溫加熱濃縮，維持液位。當(dāng)濃縮倍率在2.0以上時(shí)，開始掛片計(jì)時(shí)。每種試片均懸掛2片，進(jìn)行平行試驗(yàn)，至96 h左右結(jié)束試驗(yàn)。取出試片按要求進(jìn)行處理、保干后稱重，并計(jì)算腐蝕速率。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

由表5中數(shù)據(jù)可看出，3種藥劑加藥濃度同為20 mg／L條件下，A3碳鋼的腐蝕速率1號(hào)、2號(hào)均超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求（國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳鋼換熱設(shè)備的規(guī)定為≤0.075 mm／a），遠(yuǎn)高于3號(hào)參考藥劑并有明顯銹蝕。3種藥劑在上述試驗(yàn)條件下，不銹鋼的腐蝕速率均達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)（≤0.005 mm／a）要求。

2.4 水處理劑篩選試驗(yàn)結(jié)果綜合分析

在該廠提供的水質(zhì)及材質(zhì)條件下，實(shí)驗(yàn)室循環(huán)水阻垢、緩蝕試驗(yàn)結(jié)果表明如下。

a.2號(hào)藥劑的阻垢性能較1號(hào)好，但均不如3號(hào)藥劑。當(dāng)加藥劑量為20 mg／L時(shí)，2號(hào)可穩(wěn)定循環(huán)水濃縮倍率至2.94（換算為工業(yè)應(yīng)用宜小于2.4），3號(hào)可穩(wěn)定循環(huán)水濃縮倍率至3.35（工業(yè)應(yīng)用宜小于2.7）。

b.藥劑穩(wěn)定的濃縮倍率與補(bǔ)充水JD指標(biāo)有關(guān)，若JD指標(biāo)降低則濃縮倍率可相應(yīng)提高。

c.3種藥劑對(duì)不銹鋼的緩蝕效果較好，腐蝕速率均達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)要求；1號(hào)、2號(hào)藥劑對(duì)碳鋼的腐蝕速率均高于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜合分析結(jié)果認(rèn)為，在試驗(yàn)水質(zhì)條件下，單獨(dú)選用1號(hào)、2號(hào)提供的水處理劑只能穩(wěn)定循環(huán)水濃縮倍率在2.0～2.4，3號(hào)藥劑達(dá)2.7左右，不能滿足設(shè)計(jì)要求。建議采用加藥與硫酸聯(lián)合處理方式，提高循環(huán)水的濃縮倍率。

3 聯(lián)合處理方式提高循環(huán)水濃縮倍率試驗(yàn)

在試驗(yàn)水質(zhì)條件下，鑒于單獨(dú)采用3種藥劑穩(wěn)定的循環(huán)水濃縮倍率均較低，既不能滿足設(shè)計(jì)要求，又浪費(fèi)水資源且環(huán)保性較差，因此進(jìn)行了與硫酸聯(lián)合處理方式試驗(yàn)。

3.1 阻垢性能試驗(yàn)

加硫酸中和部分碳酸鹽硬度，實(shí)現(xiàn)提高濃縮倍率需求。3種水處理藥劑硫酸聯(lián)合處理的試驗(yàn)結(jié)果如表6及圖2所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同加藥及加酸量情況下，3號(hào)水處理藥劑的阻垢性能最好，穩(wěn)定的極限碳硬及濃縮倍率最高；2號(hào)次之；1號(hào)較差，但均可達(dá)3倍以上。同一種水處理劑，穩(wěn)定的極限碳硬及濃縮倍率，隨加酸量的增加而遞增。循環(huán)水濃縮倍率控制在3～5較適宜。水處理劑的阻垢性能越好，穩(wěn)定的極限碳硬越高，則維持相同濃縮倍率時(shí)的加酸量越少，有較好經(jīng)濟(jì)性。加酸量多少取決于補(bǔ)充水堿度，堿度高加酸量多；堿度低則加酸量可相應(yīng)減少。

3.2 聯(lián)合處理的腐蝕試驗(yàn)

聯(lián)合處理方式不同藥劑的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果，如表7所示。

表6 不同加酸量的阻垢試驗(yàn)結(jié)果

圖2 聯(lián)合處理阻垢性能對(duì)比

腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，1號(hào)、2號(hào)藥劑加酸后，A3碳鋼的腐蝕速率較高，遠(yuǎn)超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求，試片表面銹斑較多；不銹鋼的腐蝕速率均低于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 聯(lián)合處理的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

3.3 經(jīng)濟(jì)效益估算

試驗(yàn)水質(zhì)條件下，不同藥劑不同處理方式的經(jīng)濟(jì)效益估算如表8所示。

由表8經(jīng)濟(jì)效益估算可明顯看出，隨循環(huán)水濃縮倍率逐增，補(bǔ)充水量遞減。提高濃縮倍率節(jié)水效果顯著。在單純水處理劑處理方式下，當(dāng)濃縮倍率由2.18提高至2.68時(shí)，每年可節(jié)水94.2萬m3，節(jié)約水處理費(fèi)用188.4萬元／a。采用聯(lián)合處理方式，若濃縮倍率由2.18提高至3.3，每年可節(jié)水154.1萬m3、節(jié)約水費(fèi)308萬元，去除加酸費(fèi)用還節(jié)約245.2萬元。若濃縮倍率提高至4.94，則每年可節(jié)水221.7萬m3、節(jié)約水費(fèi)443.4萬元，除去加酸費(fèi)用還節(jié)約376.3萬元。加酸量與所選阻垢劑的阻垢性能有關(guān)，阻垢性能好，穩(wěn)定的極限碳硬高，則欲達(dá)同等濃縮倍率時(shí)可減少加酸量。如3號(hào)水處理藥劑循環(huán)水濃縮倍率提高至3.96時(shí)，加酸量為734.5 t／a；而1號(hào)水處理藥劑濃縮倍率3.85時(shí)，加酸量為863 t／a，每年可節(jié)約130 t硫酸。2號(hào)水處理藥劑濃縮倍率為4.04時(shí)，加酸量為849 t／a；1號(hào)4.07時(shí)，加酸886 t／a，計(jì)算每年可節(jié)約37 t硫酸。加酸量與補(bǔ)充水堿度關(guān)系密切，補(bǔ)充水堿度越高，加酸量越大。本試驗(yàn)“中水”JD為5.25 mmol／L，因此加酸量很大。若降低補(bǔ)充水堿度至3 mmol／L中和補(bǔ)充水JD至2.0 mmol／L，循環(huán)水濃縮倍率達(dá)3.0～5.0時(shí)，每年只需加酸200～300 t。

表8 經(jīng)濟(jì)效益估算

4 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

為適應(yīng)該廠“中水”水質(zhì)變化幅度大以及提高循環(huán)水濃縮倍率等需求，建議采用聯(lián)合水處理方式，即加酸中和部分補(bǔ)充水堿度，使提高濃縮倍率后的循環(huán)水碳酸鹽硬度仍在水處理藥劑特定范圍內(nèi)，以確保凝汽器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4.1 阻垢性能試驗(yàn)

采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯(lián)合處理方式，1號(hào)藥劑于10月24日—11月5日進(jìn)行試驗(yàn)，2號(hào)藥劑11月7號(hào)—11月20日進(jìn)行試驗(yàn)，加藥劑量均為20 mg／L，分別加酸調(diào)補(bǔ)水JD至1.9 mmol／L后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表9、圖3所示。

表9 動(dòng)態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果

4.2 動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)

圖3 動(dòng)態(tài)加酸聯(lián)合處理試驗(yàn)曲線

當(dāng)濃縮倍率約為2時(shí)，于動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置的腐蝕試驗(yàn)管內(nèi)分別懸掛A3碳鋼和TP304不銹鋼腐蝕試片各2枚。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取出試片，按有關(guān)要求處理，稱重并計(jì)算腐蝕速率。試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

表10 腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

綜合該廠水質(zhì)特點(diǎn)和提供藥劑的試驗(yàn)結(jié)果，3號(hào)藥劑阻垢性能更好，穩(wěn)定的極限碳硬高。在相同倍率下，可減少加酸量；加酸量大小與補(bǔ)充水JD有關(guān)，補(bǔ)水JD越低加酸量越少。經(jīng)估算加酸聯(lián)合處理每年可節(jié)水154.1萬m3、可節(jié)約費(fèi)用370余萬元。

TP304不銹鋼強(qiáng)度高，耐腐蝕性能較好，但易產(chǎn)生粘泥及沉積物。應(yīng)加強(qiáng)進(jìn)水的防污、攔污及殺菌滅藻處理工作，強(qiáng)化膠球清洗力度，始終保持不銹鋼表面的清洗度。短時(shí)停機(jī)時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行；長期停機(jī)，凝汽器應(yīng)放水并吹干；發(fā)現(xiàn)管內(nèi)有沉積物應(yīng)進(jìn)行徹底清洗，并保持表面的干燥性。

［1］ 楚行軍.關(guān)于循環(huán)水濃縮倍率控制方面的分析［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（4）：12－13.

［2］ Zhang Y J，Wang D.Comparative analysis of river water quality indexes of recycled industrial circulating cooling water system［J］.Water＆Wastewater Engineering，2015，8（1）：5－6.

［3］ 梁慧軍.循環(huán)水提高濃縮倍率的條件和影響因素［J］.中國給排水，2010，32（1）：37－40.

［4］ 劉政修，袁與亭.采用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的排污水處理工藝探討［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（4）：20－24.

［5］ 李樹彬，孟令輝，王光春.提高循環(huán)水濃縮倍率的措施［J］.科技創(chuàng)新，2015，6（1）：10－12.

［6］ 李 敬，魏運(yùn)剛.循環(huán)水泵的節(jié)能改造理論與應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2005，26（3）：47－50.

Study on Scale and Corrosion Inhibition for Circulating Cooling Water of 300 MW Thermal Power Plant

LIU Xiang?liang1，WANG Ning2，JI Sheng?chao1，LIU Yang1，WANG Lei3
（1.Liaoning Dongke Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Shenyang Yuanda Environmental Engineering Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110002，China；3.Energy China Northeast fourth Electric Power Engineering Co.，Ltd.，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

Screening tests of scale inhibition performance，corrosion control tests and dynamic simulation experiments combined with circulating cooling water and three scale inhibitors are performed in this paper.Circulating cooling water and three scale inhibitors are provided by a 2×300 MW thermal power unit in Liaoning province.This paper analyses the cause of corrosion scale differences，it pro?vides scientific advice and improvements for the treatment plant.These measures can effectively reduce potential safety hazard and save significant economic costs，the purpose is to provide some references for other electric power plant.

Circulating cooling water；Scale and corrosion inhibition；Energy saving and consumption reduction

TM621.8

A

1004－7913（2016）01－0034－05

劉祥亮（1987—），男，碩士，工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)研究工作。

2015－10－26）