濕冷機組中-利用中水加酸技術(shù)作循環(huán)水補水方法

郝勇

（甘肅省電力投資集團有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730046）

濕冷機組中-利用中水加酸技術(shù)作循環(huán)水補水方法

郝勇

（甘肅省電力投資集團有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730046）

本文研究了將城市污水處理廠出水作為火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水補充水，采用加酸技術(shù)進行循環(huán)冷卻水補充水的阻垢、緩蝕作用研究。通過動態(tài)模擬試驗，研究得出現(xiàn)場采取的控制措施，取得了較好的運行效果，可供其他電廠借鑒。

循環(huán)冷卻水；中水加酸技術(shù)；循環(huán)水補充水

我國是水資源匱乏的國家之一，人均占有量位列世界第88位。隨著國家的發(fā)展，用水矛盾日益突出，尤其在北方缺水地區(qū)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水形勢不容樂觀?；鹆Πl(fā)電廠作為重要的用水大戶，如何有效利用有限的水資源，保護生態(tài)平衡，成為其發(fā)展中遇到的一個重要課題。另外，隨著城鎮(zhèn)化步伐的加快，大量的城市中水未得到很好的利用，只經(jīng)污水處理廠簡單處理合格后就地排放。

甘肅張掖電廠作為21世紀(jì)初建設(shè)的西北地區(qū)最早利用中水作為循環(huán)冷卻水補充水的火力發(fā)電廠，在經(jīng)濟安全地利用城市中水方面進行了有益的探索，對同類型電廠在城市中水再處理、補入塔池用作循環(huán)水補充水后藥劑投加、緩蝕阻垢劑選型等方面有一定的借鑒意義。

1 循環(huán)冷卻水采用城市中水的基本情況

1.1 循環(huán)冷卻水

甘肅張掖電廠循環(huán)水系統(tǒng)采用自然通風(fēng)冷卻塔的擴大單元制再循環(huán)供水系統(tǒng)。在循環(huán)冷卻水中，極不穩(wěn)定的過飽和水溶性鹽類[主要有Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]，極易分解在凝汽器不銹鋼管表面形成碳酸鹽垢，從而降低凝汽器的熱交換效率；循環(huán)水濃縮后水溶性鹽類濃度較高，水的導(dǎo)電性增大，極易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成凝汽器不銹鋼管腐蝕。由于循環(huán)水的濃縮、脫碳作用和溫度上升，水中的離子濃度越來越高。因此，循環(huán)水處理的首要目的就是防止結(jié)垢，其次是減輕凝汽器腐蝕，再者就是防止大面積不銹鋼管污堵。

通常在補充水水質(zhì)良好的情況下，循環(huán)水處理采用投加水質(zhì)穩(wěn)定劑和排污相結(jié)合的水質(zhì)穩(wěn)定處理方式。機組正常運行中，每天投加一定量的水質(zhì)穩(wěn)定劑，控制濃縮倍率在合理范圍內(nèi)，并補充原水以維持用水平衡。該廠全年2臺機補水量約410萬t左右（根據(jù)2013年原水用量統(tǒng)計。）

1.2 城市中水

張掖市污水處理廠由甘肅瑞安新技術(shù)發(fā)展有限公司設(shè)計，將城區(qū)生活污水（主要是城市居民生活廢水）進行過濾沉降、氧化殺菌、泥水分離等工藝對來水中懸浮物、有機物進行處理，處理后水質(zhì)符合GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。年處理能力1 200萬m3，每日處理能力最大量為4萬m3，平均流量為1 660m3/h左右。處理后中水約1/3供應(yīng)至該廠作為循環(huán)水補充水，其余絕大部分就地排入山丹河。

中水水質(zhì)情況總體如下：出水水質(zhì)常年基本穩(wěn) 定，COD 10～20mg/L，氨 氮0.5～3.0mg/L，懸浮物5～15mg/L，pH值7.4～8.0。氯根保持在38～65mg/L，總硬度保持6.5～8.0mmol/L，全堿度保持在5.0～6.5mmol/L，大多數(shù)時間懸浮物在20mg/L以內(nèi)，濁度在10NTU以下。近年來水質(zhì)持續(xù)變好，硬度、堿度呈現(xiàn)穩(wěn)步降低趨勢。總體上，中水呈現(xiàn)出中等硬度、中等堿度、中等含鹽量、低氯根的特點。

1.3 張掖電廠中水深度處理方法

張掖電廠廠區(qū)設(shè)計有中水深度處理系統(tǒng)，運用石灰處理方法。不同季節(jié)污水廠來水水質(zhì)指標(biāo)變化不大，表1是不同時間污水處理廠中水的主要水質(zhì)指標(biāo)。

表1 2015年張掖電廠試驗用水主要水質(zhì)指標(biāo)的變化

原中水處理系統(tǒng)采用石灰法，在石灰乳、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺加藥和污泥系統(tǒng)運行過程中所需人員維護量較大，各加藥系統(tǒng)在消除缺陷時，需要將整個系統(tǒng)排空或者停運中水處理系統(tǒng)等，造成存在運行人員操作量大、檢修人員維護量大、工作環(huán)境惡劣等缺點，最主要的是每年耗費近400萬元的化學(xué)藥品費用，生產(chǎn)成本高昂。

2 循環(huán)冷卻水補充水處理方式及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 中水深度處理采用石灰法

石灰處理法是將石灰乳溶液加入水中與碳酸鹽硬度發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3和Mg（OH）2沉淀，降低了水中的硬度和堿度，從而間接提高了循環(huán)水的濃縮倍率。處理后的中水全部作為2臺300MW機組的循環(huán)冷卻水。

2.2 1∶2混合水處理方式

介于中水加酸處理的過渡方式，先期對城市中水加硫酸處理后與備用水源地下水混合后補入循環(huán)水中。歷經(jīng)1a時間，總體情況良好，機組安全經(jīng)濟運行。

2.3 全中水加酸處理

隨著投加設(shè)備和控制水平的改進，以及新配方藥劑的開發(fā)，加酸處理的優(yōu)越性凸顯出來，既經(jīng)濟又簡便。2007年國家建設(shè)部第742號公告的《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》將加酸處理列入循環(huán)冷卻水處理方式之一。

加酸處理的原理是向系統(tǒng)中加入硫酸，降低循環(huán)水的堿度，使碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^大的非碳酸鹽硬度，其反應(yīng)如下：

同時，應(yīng)保持循環(huán)水的碳酸鹽硬度在極限碳酸鹽硬度之下，以達到防止結(jié)垢的目的。

2.4 全中水加酸處理優(yōu)越性

委托西安熱工院對張掖市城市中水進行緩蝕阻垢劑的篩選試驗，要求選用的緩蝕阻垢劑阻垢、防腐效果良好，且能夠保證極限碳酸鹽硬度對應(yīng)下的最大濃縮倍率至少在3.8及以上。然后再進行循環(huán)水動態(tài)試驗確定循環(huán)水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，以此來調(diào)整加藥量和排污量。經(jīng)過8個多月的運行實踐，全中水加酸處理優(yōu)越性有：①循環(huán)水處理成本相對較低，平均每年節(jié)約中水處理藥品費用約870萬元（隨著機組利用小時而變化）；②運行、檢修工作量大幅下降，工作環(huán)境明顯改善；③循環(huán)水指標(biāo)基本穩(wěn)定，水質(zhì)處理方式簡便易行，凝汽器端差變化不大，水中泥沙含量對系統(tǒng)的影響微乎其微，有機物藻類生長與往年無異，經(jīng)機組停運后化學(xué)檢查凝汽器不銹鋼管結(jié)垢、腐蝕情況完全在可接受范圍之內(nèi)。

2.5 選定適用的緩蝕阻垢劑藥劑

提供城市中水和5種緩蝕阻垢劑樣品，通過篩選試驗確定1種藥劑生產(chǎn)廠家供應(yīng)該品牌的緩蝕阻垢劑藥劑。

2.6 確定合理的控制方式及技術(shù)指標(biāo)

選好藥劑后，進行多種方式的小型試驗來確定循環(huán)水的總硬度和全堿度、pH值和氯離子控制范圍。

2.7 選擇恰當(dāng)?shù)募恿蛩岱绞絹磉m應(yīng)水質(zhì)的變化

依據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)有的變頻控制，由測定的中水堿度和pH值來調(diào)節(jié)加入硫酸量。

2.8 建立誤操作引起的安全“防火墻”

劃定水質(zhì)指標(biāo)紅線，通過嚴(yán)厲的考核機制和有效的監(jiān)測手段警示運行人員細(xì)心操作，防止引起循環(huán)水水質(zhì)的劇烈變化。

2.9 建立緊急情況下的防范機制，確保萬無一失

將石灰處理備用正常，以防張掖市污水廠水質(zhì)突變，緊急啟動石灰處理直至水質(zhì)達標(biāo)后恢復(fù)正常狀態(tài)。

2.10 引入階段性的評價機制

通過運行0.5、1、5a時間，結(jié)合凝汽器化學(xué)檢查情況、運行中凝汽器端差變化趨勢、循環(huán)水指標(biāo)、中水系統(tǒng)掛片試驗檢查腐蝕程度等，對全中水加酸技術(shù)的運行情況進行階段性總體評價，便于下一階段的優(yōu)化調(diào)整及改進。

在經(jīng)過多方審查和論證后，形成《循環(huán)水補充水采用全中水加酸處理技術(shù)的實施方案》下發(fā)執(zhí)行，成為實際操作過程中重要的指導(dǎo)性技術(shù)規(guī)范。

3 對城市中水處理方式的優(yōu)劣比較

3.1 方案一：循環(huán)水補充水為中水直接補入循環(huán)水

由于張掖市污水處理廠的污水水質(zhì)屬于高硬度、高堿度、低氯根水質(zhì)，經(jīng)循環(huán)水小型試驗現(xiàn)場模擬，結(jié)垢點的濃縮倍率在2.5左右，不能滿足現(xiàn)場需要。其優(yōu)點是每年可以節(jié)約中水處理費用約870萬元，人員操作與設(shè)備維護成本明顯降低；缺點是安全性差，結(jié)垢后處理成本高昂，運行技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)惡化，應(yīng)對水質(zhì)變化的適應(yīng)性差。

3.2 方案二：循環(huán)水補充水采用石灰深度處理

石灰處理法是將石灰乳溶液加入水中與碳酸鹽硬度發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3和Mg（OH）2沉淀，降低了水中的硬度和堿度，從而間接提高了循環(huán)水的濃縮倍率。處理后的中水全部作為2臺300MW機組循環(huán)冷卻水（深度處理后水質(zhì)見表2）。

表2 2014年中水深度處理系統(tǒng)進出水水質(zhì)平均值

其優(yōu)點是中水深度處理后水質(zhì)良好，凝汽器不銹鋼管酸洗時間較長，一般8～10a內(nèi)進行清洗，水質(zhì)突變對循環(huán)水系統(tǒng)影響不大；缺點是循環(huán)水處理成本較高，每年需要中水處理藥品費用約870萬元，人員操作與設(shè)備維護量大，經(jīng)過8a的運行，設(shè)備腐蝕、磨損嚴(yán)重，維護成本較高。

3.3 方案三：循環(huán)水補充水改為全中水加硫酸處理

優(yōu)點是循環(huán)水處理成本相對較低，平均每年節(jié)約中水處理藥品費用約870萬元；人員操作量、維護量較少，工作環(huán)境得到明顯改善。缺點是由于中水硬度相對偏高，結(jié)垢概率增大，凝汽器端差可能會逐年增大，凝汽器不銹鋼管酸洗時間可能會縮短[1]。

4 實施全中水加酸處理方式運行效果的評判

經(jīng)過1a多加酸處理運行的實踐，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，通過對凝汽器化學(xué)檢查、運行參數(shù)、結(jié)垢腐蝕綜合判斷，總體情況如下。

4.1 凝汽器端差變化情況

#1、2機組凝汽器端差夏季在2～6℃，冬季在5～8℃，與往年并無明顯升高跡象。同時，機組經(jīng)濟指標(biāo)煤耗也無不正常增大現(xiàn)象。

4.2 凝汽器不銹鋼管化學(xué)檢查情況

2015年6月1日、2016年7月2日分別對#2機、#1機凝汽器不銹鋼管內(nèi)部原始狀態(tài)進行化學(xué)檢查，不銹鋼管管口有不同程度的結(jié)垢，呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，存在管口較多、管內(nèi)逐漸變少的趨勢。與2014年7月#2機檢修檢查時的情況相比，結(jié)垢量變化不大?？傮w來看，經(jīng)過近20個月的運行，中水加酸處理后對凝汽器不銹鋼管影響不大。照片對比如圖1所示。

圖1 凝汽器不銹鋼管化學(xué)檢查情況

4.3 中水處理間掛片試驗情況

2015年2月13日，出于對中水至塔池補水管道腐蝕情況的判斷，在中水過濾水溝加酸污水中懸掛材質(zhì)為#20鋼的試樣進行腐蝕性掛片試驗。6月13日取出后進行檢查、稱重、計算，情況如下。

（1）除去掛片表面的污泥后，表面灰暗，無坑狀、鼓包、潰瘍狀腐蝕現(xiàn)象。干燥后稱重計算腐蝕速率為0.163 5g/（m2·h）。

（2）總體判斷，污水加酸處理后對#20鋼有腐蝕現(xiàn)象，根據(jù)緩蝕劑應(yīng)用性能指標(biāo)，靜態(tài)腐蝕速度＜0.6g/（m2·h）為優(yōu)等級。由于過濾水溝流速緩慢，可以參照靜態(tài)腐蝕速度對比分析認(rèn)為，雖然加酸處理后pH值呈微酸性，存在酸性腐蝕，但腐蝕速度很輕微，對中水至塔池補水管道影響不大。同時，中水運行后堿度控制由最低0.5mmol/L升至2.0mmol/L，腐蝕程度進一步減輕[2]。

4.4 水汽品質(zhì)的影響

4.4.1 循環(huán)水水質(zhì)的影響

循環(huán)水中硫酸根、氯根含量仍然較低（硫酸根小于400mg/L，氯根小于100mg/L），對塔池基體腐蝕微乎其微，pH值經(jīng)過濃縮作用依然在8.4以上，有機物、藻類生長與以往并無明顯增多，殺菌滅藻次數(shù)暫無增加?？傮w情況穩(wěn)定正常。

4.4.2 水汽品質(zhì)的影響

截至2016年8月，尚無凝汽器泄露引起的凝結(jié)水水質(zhì)惡化現(xiàn)象發(fā)生，熱力系統(tǒng)水汽品質(zhì)優(yōu)良，鍋內(nèi)化學(xué)處理也無調(diào)整必要。

5 缺水地區(qū)實現(xiàn)全中水加酸處理的有效途徑

（1）根據(jù)權(quán)威機構(gòu)進行的循環(huán)水藥品篩選試驗和動態(tài)模擬試驗報告，確定全中水運行期間的循環(huán)水控制措施，包括濃縮倍率控制方法和標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)穩(wěn)定劑加藥量、循環(huán)水pH值和堿度、殺菌滅藻劑加藥量、加藥方法和時間。確定緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與選中藥品廠家簽訂技術(shù)服務(wù)協(xié)議[3]。

（2）根據(jù)循環(huán)水藥品（緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑）篩選試驗和循環(huán)水動態(tài)試驗報告，初步確定全中水運行方式下，所選藥品廠家藥劑必須滿足循環(huán)水極限碳酸鹽硬度對應(yīng)下最大濃縮倍率在3.8及以上的要求。

（3）確定全中水加酸技術(shù)的使用要點，主要控制指標(biāo)及范圍，以及循環(huán)水處理的方式和加藥量。選擇合理的安全系數(shù)，保證安全長期運行。

（4）加強凝汽器不銹鋼管化學(xué)監(jiān)督力度，改進監(jiān)督方式，密切關(guān)注水質(zhì)變化及運行指標(biāo)（端差、煤耗等），根據(jù)不銹鋼管污堵和結(jié)垢程度科學(xué)安排化學(xué)清洗方案及清洗周期。

（5）每年至少進行1次循環(huán)水小型模擬試驗，進一步優(yōu)化、調(diào)整加藥量、排污量及殺菌滅藻方式。

6 結(jié)論

城市中水水質(zhì)持續(xù)變好和凝汽器較好運行，為進一步提高循環(huán)水濃縮倍率預(yù)留了空間，通過試驗可以逐步提高控制指標(biāo)，向節(jié)約中水用量方向努力；若水質(zhì)變差，則應(yīng)充分利用水量充足的優(yōu)勢，大量使用城市中水，同時調(diào)整加硫酸量保證循環(huán)水系統(tǒng)安全，提高水資源的再利用率。

沉積在不銹鋼管內(nèi)部的污泥來源主要為水中懸浮物、膠體和投加藥劑后產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)三類，一般通過水中懸浮物、濁度指標(biāo)反映水質(zhì)好壞，當(dāng)中水水質(zhì)惡化時，首先加強排污，其次及時投運中水石灰處理系統(tǒng)降低濁度應(yīng)對。

由于國家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，循環(huán)水排污不當(dāng)容易對環(huán)境造成污染，以pH在線監(jiān)測數(shù)據(jù)為最主要的監(jiān)督手段。加強控制pH值在6～9，加大循環(huán)水在線pH計維護力度，保證其正確率。

增加運行機組膠球清洗裝置的投運次數(shù)，并保證收球率在98%以上，減輕鋼管污堵程度。

此外，隨著環(huán)保監(jiān)管的日趨嚴(yán)格，排放廢水再循環(huán)利用處理及回收實現(xiàn)零排放應(yīng)為今后調(diào)查研究的方向。

甘肅張掖電廠應(yīng)用全中水加酸處理的運行實踐表明，在北方缺水地區(qū)，科學(xué)地采用加酸處理技術(shù)，合理使用城市中水作為循環(huán)冷卻水補充水，既能保證機組的安全經(jīng)濟運行，又能為地方經(jīng)濟和社會的發(fā)展貢獻力量。城鎮(zhèn)化帶來的大量城市中水也能為工農(nóng)業(yè)發(fā)展變廢為寶。隨著科技的發(fā)展和新型藥劑材料的不斷涌現(xiàn)，城市中水必將有更大的用途，只要阻垢劑選用的是環(huán)保藥劑，殺菌滅藻處理方案得當(dāng)，堿度控制得當(dāng)，就能避免造成pH值下降等現(xiàn)象。

[1]李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制[M].2版.北京:中國電力出版社,2000.

[2]曹長武.火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3]唐受印，戴友芝.工業(yè)循環(huán)冷卻水處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

The Successful Use of Water in the Wet Cooling Unit as Make-Up Water for Circulating Water and Acid Technology

Hao Yong
(Gansu Electric Power Investment Refco Group Ltd.,Gansu Lanzhou 730046)

The sewage treatment plant effluent was used as the circulating cooling water in the thermal power plant to replenish water,and the scale and corrosion inhibition of circulating cooling water were studied by adding acid technology.Through the dynamic simulation test,the research obtained the control measures taken in the field,and obtained the good operation effect,which can be used for reference by other power plants.

Circulating cooling water;Water and acid technology;Circulating water

TM621

A

2096-0387（2016）06-0058-05

郝勇（1972-）,男，甘肅景泰人，碩士，工程師，研究方向：發(fā)電廠生產(chǎn)經(jīng)營管理。