全中水條件下循環(huán)水模擬試驗(yàn)研究及應(yīng)用

楊其濤

(華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州 277500)

0 引言

華電滕州新源熱電有限公司(以下簡(jiǎn)稱新源熱電)#3，#4機(jī)組為2臺(tái)350 MW供熱機(jī)組，原循環(huán)水水源為馬河水庫(kù)地表水及少量城市中水。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)共有2臺(tái)雙曲線自然通風(fēng)逆流冷卻塔。每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)冬季和夏季的循環(huán)水量為25 000 m3/h和41 000 m3/h，凝汽器材質(zhì)為T(mén)P316L不銹鋼。循環(huán)水系統(tǒng)管道和其他換熱器殼體材質(zhì)為碳鋼。循環(huán)水處理方式為加硫酸、阻垢劑及殺菌劑。

根據(jù)地方政府減少地表水使用、提高中水用量的要求，新源熱電需要加大中水回用量。由于電廠循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)在循環(huán)水水質(zhì)條件比較惡劣時(shí)容易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1]。當(dāng)循環(huán)水由水質(zhì)較好的地表水更換為水質(zhì)較差的中水時(shí)，需進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過(guò)靜態(tài)阻垢試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，確定循環(huán)水用緩釋阻垢劑在運(yùn)行中的最佳濃縮倍率和緩釋效果，將起到防止凝汽器結(jié)垢和腐蝕的重要作用[2]，保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 阻垢緩蝕劑理化性能分析

依據(jù)DL/T 806—2013《火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水用阻垢緩蝕劑》，對(duì)緩釋阻垢劑進(jìn)行理化性能檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。檢測(cè)結(jié)果表明，阻垢緩蝕劑符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)

對(duì)中水水質(zhì)全分析，水質(zhì)全分析結(jié)果見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)儀器及裝置

1.3.1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)裝置

靜態(tài)試驗(yàn)的目的是采用極限碳酸硬度法初步確定循環(huán)水極限濃縮倍率及對(duì)應(yīng)加藥量。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

表1 阻垢緩蝕劑理化性能檢測(cè)結(jié)果

表2 補(bǔ)充水水質(zhì)全分析結(jié)果

圖2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)

編號(hào)加藥量/(mg·L-1)補(bǔ)充水堿度/(mmol·L-1)極限碳酸鹽硬度/(mmol·L-1)極限濃縮倍率KClKCa 工業(yè)應(yīng)用值KClKCa150.794.736.135.95 4.904.76251.245.694.864.67 3.893.743100.794.406.646.46 5.315.174101.246.595.855.68 4.684.54

注：本試驗(yàn)求得的極限濃縮倍率需乘以系數(shù)0.80[2]，方可作為工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)，后續(xù)所有靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用值均應(yīng)乘以該系數(shù)。

圖1 極限碳酸鹽硬度試驗(yàn)裝置

1.3.2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)試驗(yàn)裝置

開(kāi)展循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，目的是為驗(yàn)證靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果的可行性，確定在此條件下運(yùn)行的循環(huán)水控制指標(biāo)。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)如圖2所示。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

2.1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

加酸調(diào)節(jié)補(bǔ)充水堿度并添加阻垢緩蝕劑，采用極限碳酸鹽硬度法進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明，編號(hào)為1，2，4的加藥方案均能夠滿足3.8～4.5濃縮倍率的工業(yè)應(yīng)用要求。其中，將補(bǔ)充水堿度調(diào)至0.79 mmol/L、加藥量5 mg/L的加藥方案最經(jīng)濟(jì)，故選擇此加藥方案用于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

2.2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)期間的水質(zhì)變化情況

向補(bǔ)充水中加入阻垢緩蝕劑5 mg/L，調(diào)節(jié)堿度至0.8 mmol/L，連續(xù)補(bǔ)水進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，調(diào)整排污量使?jié)饪s倍率穩(wěn)定在3.8～4.5倍。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)表4，濃縮倍率變化情況如圖3所示。

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)定循環(huán)水中硫酸根質(zhì)量濃度為1 322.0 mg/L，計(jì)算循環(huán)水中硫酸根+氯離子的總質(zhì)量濃度為1 909.5 mg/L，滿足硫酸根+氯離子不超過(guò)2 500 mg/L的要求[3]。

表4 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)期間的水質(zhì)變化情況

圖4 換熱器管出口內(nèi)表面

圖3 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)期間循環(huán)水濃縮倍率隨時(shí)間變化曲線

2.2.2 換熱管內(nèi)黏泥沉積及結(jié)垢試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)中，換熱管(316L材質(zhì))內(nèi)表面原始狀態(tài)和水沖洗后狀態(tài)如圖4所示。

從圖4可以看出：換熱管內(nèi)表面無(wú)明顯結(jié)垢性沉積物，系統(tǒng)無(wú)結(jié)垢傾向。

2.2.3 材質(zhì)腐蝕性能試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試片附著的腐蝕產(chǎn)物和黏泥進(jìn)行沖洗，觀察試片表面，稱重計(jì)算均勻腐蝕速率。腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5的試驗(yàn)結(jié)果可以看出， 316L不銹鋼和HSn701-AB試片腐蝕速率滿足要求[3]，20號(hào)碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級(jí)別[4]。

表5 材質(zhì)腐蝕性能試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表

2.3 試驗(yàn)結(jié)論及控制指標(biāo)

試驗(yàn)期間，循環(huán)水全堿度控制在2.76～3.21 mmol/L，pH值在8.55～8.77，濁度在2.10 FTU以下，CODCr在68.68 mg/L以下，符合pH值、濁度、CODCr的控制標(biāo)準(zhǔn)[3]；循環(huán)水無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象，316L不銹鋼和HSn701-AB試片的腐蝕速率低于規(guī)定要求[4]；20號(hào)碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級(jí)別[4]；循環(huán)水濃縮倍率控制在3.82～4.49，Cl-質(zhì)量濃度在541.68～635.47 mg/L之間，滿足凝汽器不銹鋼管所適應(yīng)水質(zhì)的要求[5]。在上述動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定的循環(huán)水控制指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 實(shí)際使用情況

在完成全中水模擬試驗(yàn)后，新源熱電逐漸加大中水回用量，從2015年到2017年，2臺(tái)350 MW機(jī)組中水年使用量由100萬(wàn)m3已增加至300萬(wàn)m3以上，中水的使用比例由2015年初的30%已提高至2017年的80%以上。循環(huán)水水質(zhì)實(shí)際控制指標(biāo)見(jiàn)表7。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

在機(jī)組檢修及停備用期間，新源熱電對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)及凝汽器進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)凝汽器結(jié)垢問(wèn)題，也未出現(xiàn)管材腐蝕加劇現(xiàn)象。2017年9月，#3機(jī)組凝汽器圖片如圖5所示。

表7 循環(huán)水水質(zhì)實(shí)際控制指標(biāo)

圖5 凝汽器水室外觀

為適應(yīng)中水水質(zhì)，目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)部分黃銅材質(zhì)冷卻器已改為316L不銹鋼，僅發(fā)電機(jī)氫冷器材質(zhì)為鎳銅。2017年9月，新源熱電化學(xué)專業(yè)在#3機(jī)組凝汽器水室加裝碳鋼(C20)、鎳銅(B20)腐蝕指示片(如圖6所示)?？衫脵C(jī)組檢修機(jī)會(huì)檢測(cè)腐蝕指示片的腐蝕速率，便于定量監(jiān)督循環(huán)水系統(tǒng)中碳鋼及鎳銅材質(zhì)的腐蝕情況。

圖6 循環(huán)水系統(tǒng)加裝的腐蝕指示片

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展全中水條件下循環(huán)水模擬試驗(yàn)，確定了循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)，為加大中水回用量后的水質(zhì)監(jiān)督提供依據(jù)。

在加大中水回用量后，通過(guò)嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)明顯結(jié)垢、腐蝕問(wèn)題，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

做好循環(huán)水系統(tǒng)的監(jiān)督與管理，一方面需要在機(jī)組運(yùn)行期間繼續(xù)安裝模擬試驗(yàn)確定的控制標(biāo)準(zhǔn)做好水質(zhì)監(jiān)督控制，以及加強(qiáng)膠球清洗系統(tǒng)的投運(yùn)及維護(hù)管理。另一方面也需要在機(jī)組停備用和檢修期間做好凝汽器及相關(guān)系統(tǒng)的清淤、保護(hù)工作。