火電廠循環(huán)冷卻水防垢緩蝕處理試驗(yàn)研究

劉平

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

火電廠循環(huán)冷卻水防垢緩蝕處理試驗(yàn)研究

劉平

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

在火電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，往往容易產(chǎn)生水垢和腐蝕問(wèn)題，影響系統(tǒng)的使用壽命和正常運(yùn)行。本文結(jié)合實(shí)例，采取循環(huán)冷卻水防垢緩蝕試驗(yàn)的方式，針對(duì)循環(huán)冷卻水的防垢緩蝕情況進(jìn)行了試驗(yàn)分析，從而提高最終的防垢緩侵效果。

火電廠；循環(huán)冷卻；防垢緩蝕；試驗(yàn)

1 引言

火電廠作為用水大戶，其用水過(guò)程的重點(diǎn)就在于冷卻水、沖灰水環(huán)節(jié)的優(yōu)化，在火電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)冷卻水中往往含有鎂、鈣、氯根等化學(xué)元素，在經(jīng)過(guò)冷卻系統(tǒng)之后被進(jìn)一步濃縮，即會(huì)在凝汽器銅管的表面形成污垢，降低銅管導(dǎo)熱系數(shù)，甚至導(dǎo)致大量的汽輪機(jī)無(wú)法及時(shí)被冷凝，積聚于排汽口，影響汽輪機(jī)安全運(yùn)行。因此，對(duì)于火電廠循環(huán)冷卻水防垢的研究十分必要。

2 火電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)概述

2.1 火電廠冷卻水系統(tǒng)

直流式冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水會(huì)直接自湖、河、海洋中抽取出來(lái)，經(jīng)簡(jiǎn)單的處理后，送入凝汽器，與汽輪機(jī)乏汽進(jìn)行熱交換，然后全部排掉而不循環(huán)使用。其特點(diǎn)在于冷卻水的用量大，水質(zhì)沒(méi)有顯著變化；無(wú)需冷卻塔等設(shè)備，因而投資少、操作簡(jiǎn)便，適用于水源非常豐富的地區(qū)。

2.1.2 密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水的整個(gè)循環(huán)流動(dòng)過(guò)程是封閉的，不與大氣接觸。該系統(tǒng)的密封性非常嚴(yán)格，因而循環(huán)水的損失較少，水中含有的各種礦物質(zhì)、離子等的含量也基本不變，水質(zhì)不會(huì)有明顯變化。其特點(diǎn)在于對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求較高，且處理費(fèi)用也相應(yīng)較高，適用于缺水嚴(yán)重的電廠。

2.1.3 敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖如圖1所示，冷卻水通過(guò)循環(huán)水泵，送入凝汽器，然后與其中的汽輪機(jī)乏汽換熱，再經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵，送入除氧器中實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。還可以通過(guò)凝汽器中的蒸汽冷卻之后，會(huì)凝結(jié)為水，進(jìn)而經(jīng)過(guò)冷卻塔的冷卻，累積于底部的集水池中，最后由循環(huán)水泵送入凝汽器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。該系統(tǒng)多用于缺水地區(qū)。流入在循環(huán)冷卻的過(guò)程中會(huì)與空氣接觸，出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，濃縮了水中的各種礦物質(zhì)、離子等，導(dǎo)致其濃度越來(lái)越大，容易出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕。

圖1 敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

2.2 火電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特點(diǎn)

①冷卻水量大，估算循環(huán)水量時(shí)，通常需要用40kg水來(lái)冷卻1kg的蒸汽；②冷卻系統(tǒng)的工藝流程較為簡(jiǎn)單，且換熱器的數(shù)量較少，一臺(tái)機(jī)組中通常僅設(shè)置一臺(tái)凝汽器，然后配置若干臺(tái)冷油器、冷風(fēng)器、壓縮機(jī)冷卻器、發(fā)電機(jī)氫冷卻器和定子水冷卻器；另外，換熱器的形式往往只有管程，換熱管材質(zhì)則采用黃銅、不銹鋼與鈦合金；③冷卻水溫低，凝汽器出口的水溫通常約為40℃；④沒(méi)有泄漏和污染，能夠基本保證冷卻水的水質(zhì)；⑤冷卻水系統(tǒng)的容積與循環(huán)水量比值較大，一般為 V：R=（1：1.5）～（1：2），300MW 的機(jī)組，其值約為 1：2.5，600MW 機(jī)組則為 1：3。

進(jìn)入新世紀(jì),黨中央國(guó)務(wù)院提出以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀。2003年,胡錦濤在中央人口資源環(huán)境工作座談會(huì)上強(qiáng)調(diào),環(huán)保工作要著眼于人民喝上干凈的水,呼吸清潔的空氣和吃上放心的食物,在良好的環(huán)境中生產(chǎn)生活,集中力量先行解決危害人民群眾健康的突出問(wèn)題。截至2005年的中央人口資源環(huán)境座談會(huì),中央一直將民生作為環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。2008年國(guó)務(wù)院機(jī)構(gòu)改革,原國(guó)家環(huán)?？偩稚駷榄h(huán)境保護(hù)部,主要職責(zé)為“擬訂并組織實(shí)施環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、政策和標(biāo)準(zhǔn),組織編制環(huán)境功能區(qū)劃、監(jiān)督管理環(huán)境污染防治、協(xié)調(diào)解決重大環(huán)境問(wèn)題等”。

3 火電廠循環(huán)冷卻水防垢緩蝕處理試驗(yàn)

某火電廠投產(chǎn)發(fā)電機(jī)組的容量是2×350MW，二期設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組容量是2×350MW，單臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水量達(dá)到32000m3/h。當(dāng)前該電廠的機(jī)組凝汽器管采用的是316不銹鋼管，循環(huán)水管網(wǎng)則采用的是碳鋼管道。結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)工藝參數(shù)等，該電廠采取了一系列試驗(yàn)，研究循環(huán)冷卻系統(tǒng)的緩蝕阻垢效果。

3.1 當(dāng)?shù)厮|(zhì)的分析

根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)厮|(zhì)的分析，運(yùn)用Lang1ier和Ryznrt指數(shù)判別式，針對(duì)補(bǔ)充水的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和計(jì)算，其結(jié)果表明，補(bǔ)充水屬于中硬、中堿型水體，水質(zhì)基本上較為穩(wěn)定，具有輕微的腐蝕性。隨水溫、pH值的上升，或濃縮倍數(shù)的不斷提高，水質(zhì)將會(huì)向嚴(yán)重的結(jié)垢趨勢(shì)發(fā)展。當(dāng)前運(yùn)用Langlier和Ryznrt指數(shù)計(jì)算進(jìn)行的判斷，僅局限于循環(huán)水中碳酸鈣的溶解平衡，但是水體中還包含其他的沉積垢物種類，因此還需要通過(guò)試驗(yàn)的方式，予以驗(yàn)證。

3.2 試驗(yàn)藥劑的選擇

試驗(yàn)所需要的藥劑包括復(fù)合緩蝕阻垢劑ZX-1，其成分主要包括有機(jī)磷酸、聚羧酸、碳鋼緩蝕劑等。采用的配方具備優(yōu)良的緩蝕性能、阻垢性能與穩(wěn)鋅效果，且不含有磷酸鹽，含磷量低，這樣講有利于控制循環(huán)水中的微生物含量，減輕廢水排放過(guò)程中，高濃度磷酸鹽對(duì)周邊環(huán)境造成的富營(yíng)養(yǎng)化污染。該藥劑無(wú)需調(diào)節(jié)pH值，便于管理，可將其直接加入循環(huán)水系統(tǒng)中。

3.3 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

參照《水處理藥劑阻垢性能測(cè)定方法-鼓泡法》（HG/T2024-91）中的方法，開(kāi)展靜態(tài)阻垢試驗(yàn)。試驗(yàn)用水采集的是現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)水，其濃縮倍數(shù)在4.0條件下，按照補(bǔ)水計(jì)，藥劑的投加量分別是10mg/L、15mg/L，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果

由以上試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，在試驗(yàn)的條件下，阻垢率也會(huì)隨緩蝕阻垢劑ZX-1濃度的增加而有所增加。以補(bǔ)水計(jì)，ZX-1的投加量是15mg/L，濃縮倍數(shù)為4.0，其阻垢率已經(jīng)超過(guò)98%，如果其投加量是15mg/L緩蝕阻垢劑，則在極限碳酸鹽試驗(yàn)之后，需要考察藥劑極限阻垢性能。

3.4 極限碳酸鹽試驗(yàn)

極限碳酸鹽法相較于傳統(tǒng)的方法，其試驗(yàn)條件接近實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行條件，因此對(duì)于阻垢劑性能方面的評(píng)價(jià)也較為客觀。ZX-1投加量是15mg/L，濃縮倍數(shù)為1.0～4.5，其試驗(yàn)的溫度控制為（50±1）℃，維持原水的pH值。ΔB、ΔA、ΔH的計(jì)算公式如下：

式中：K-濃縮倍數(shù)；ρ1-補(bǔ)水 Ca2+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ2-在濃縮倍數(shù)為K時(shí)Ca2+的質(zhì)量濃度，mg/L；M1-補(bǔ)水總堿度，mmol/L；M2-在濃縮倍數(shù)為K時(shí)的總堿度，mmol/L；X1-補(bǔ)水總硬度，mmol/L；X2-在濃縮倍數(shù)為K時(shí)的總硬度，mmol/L。

由以上極限碳酸鹽試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處于該試驗(yàn)條件下，極限碳酸鹽濃縮的倍數(shù)達(dá)到4.33，超過(guò)了此濃縮倍數(shù)后，ΔB、ΔA和ΔH均出現(xiàn)明顯的增大，表明水質(zhì)將出現(xiàn)明顯的結(jié)垢問(wèn)題，因此需要在運(yùn)行中控制濃縮倍數(shù)在4.0為宜。

3.5 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)

腐蝕試驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算試片腐蝕速率，觀察并記錄了局部的腐蝕情況。試驗(yàn)儀器采用的是江蘇高郵儀器廠RCC-I型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀，而試驗(yàn)的用藥劑投加量設(shè)計(jì)為15mg/L，將補(bǔ)充水濃縮到4.0倍的濃度后，即可作為試驗(yàn)用水。試驗(yàn)中采用了不銹鋼與A3碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試片，其面積是 28cm2，時(shí)間達(dá)到 72h，溫度控制在（50±1）℃，轉(zhuǎn)速為 75r/min。

由旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)條件下，碳鋼、不銹鋼材質(zhì)等，都具有良好的緩蝕效果，碳鋼的平均腐蝕率是0.0480mm/a，低于《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50050-2007）中的標(biāo)準(zhǔn)值（<0.075mm/a）；而不銹鋼的平均腐蝕率是0.0008mm/a，同樣低于標(biāo)準(zhǔn)值。

3.6 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

以單項(xiàng)性能試驗(yàn)為基礎(chǔ)，開(kāi)展動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，綜合考察ZX-1具有的緩蝕阻垢性能，測(cè)定不銹鋼試管、監(jiān)測(cè)掛片所具有的腐蝕速率，以及試管污垢的沉積速率，這些參數(shù)是影響傳熱效果的重點(diǎn)，是污垢、腐蝕產(chǎn)物和粘泥等諸多因素的綜合反映和定量評(píng)價(jià)。

運(yùn)行濃縮倍數(shù)為4.0，藥劑投加量為15mg/L，冷卻水流速為1m/s，常壓飽和蒸汽100℃，換熱器進(jìn)出口循環(huán)水平均溫差10℃，運(yùn)行時(shí)間336h；采用不銹鋼試片，面積為28cm2；換熱管用不銹鋼材質(zhì)，φ10mm×1mm×560mm，在此試驗(yàn)條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)的腐蝕速率、粘附速率和年污垢熱阻值均滿足GB50050-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展試驗(yàn)的方式，結(jié)合具體的試驗(yàn)結(jié)果，了可以發(fā)現(xiàn)，按補(bǔ)水計(jì)緩蝕阻垢劑ZX-1投加量是15mg/L，循環(huán)冷卻水中總磷（以PO43-計(jì)）質(zhì)量濃度為2.0mg/L，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)為4.0的條件下，具有良好的緩蝕和阻垢效果，其實(shí)際使用效果得到了保障，并能夠確保循環(huán)水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]何根木，謝龍.熱電廠循環(huán)冷卻水低溫余熱回收利用[J].通用機(jī)械，2014（2）：81～82.

[2]溫福亞，張考全.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)生產(chǎn)總結(jié)[J].氮肥技術(shù)，2014（2）：72～73.

[3]褚貴祥.火電廠生活污水回用循環(huán)冷卻水的處理方法探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（1）：21～22.

TM621.8

A

1004-7344（2016）21-0068-02

2016-7-10

劉 平（1982-），女，仡佬族，貴州遵義人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向是火電廠化學(xué)水煤油試驗(yàn)方面。