發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水零排放

段立輝，韓寶成，王玉雷

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100）

1 前言

在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水是重復(fù)循環(huán)使用的，冷卻水在通過冷卻塔降溫時會不斷被蒸發(fā)掉，水蒸發(fā)過程不帶走鹽分，蒸發(fā)的結(jié)果是循環(huán)系統(tǒng)水量的不斷減少、含鹽量和各種離子濃度的不斷增加。為了維持循環(huán)系統(tǒng)水量、含鹽量和各種離子濃度的穩(wěn)定，通常的做法是補(bǔ)充新水并排出一定量的循環(huán)水［1］，排出的循環(huán)水送往污水處理廠進(jìn)行生物降解、絮凝沉淀和離子脫鹽處理，處理合格的水再次回收利用。而除了污水處理廠處理排水實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排放的處理方式以外，還有設(shè)備處理與藥劑處理相結(jié)合和單純的藥劑處理的方式，同樣可實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排放。山東泰山熱有限公司燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組為12 MW低溫低壓、單缸、補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，冷卻塔采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。2018年10月26日通過投加藥劑的處理方式對燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻系統(tǒng)實(shí)施零排放。

2 藥劑處理循環(huán)冷卻水零排放方法原理

當(dāng)不考慮外界因素，任由循環(huán)冷卻水循環(huán)使用，僅通過補(bǔ)充新水維持循環(huán)冷卻系統(tǒng)水量而不做排污處理時，循環(huán)系統(tǒng)中含鹽量和各種離子濃度會不斷濃縮增加。當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水帶入的鹽量與風(fēng)吹損失和滲漏損失帶走的鹽量相等時，循環(huán)系統(tǒng)的含鹽量不再增加并達(dá)到平衡。通過投加緩蝕劑、阻垢劑、絮凝劑、殺菌劑和粘泥剝離劑，生產(chǎn)系統(tǒng)換熱部位換熱效果滿足生產(chǎn)需要（即結(jié)垢控制在允許范圍內(nèi)），管道、設(shè)備腐蝕率在國標(biāo)范圍內(nèi)，即通過藥劑處理實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水的零排放。

3 燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水零排放

3.1 循環(huán)水零排放控制措施

3.1.1 堿度控制

在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，重碳酸鹽的濃度隨著蒸發(fā)濃縮而增加，當(dāng)其濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時，易在換熱設(shè)備傳熱表面形成沉淀，化學(xué)反應(yīng)式為：

碳酸鈣、氫氧化鎂、硫酸鈣等難溶化合物，當(dāng)其陰、陽離子濃度的乘積超過其本身溶度積時，會生成沉淀沉積在傳熱表面上，而沉積物的形成是陰離子、陽離子共同作用的結(jié)果，當(dāng)降低其中一方面的因素，其結(jié)垢傾向也隨之降低，化學(xué)反應(yīng)式為：

由上面的化學(xué)方程式可知，加酸降低了水中的堿度，而水中部分碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘妓猁}硬度。為避免生成CaSO4垢，一般要求［Ca2+］×［SO42-］＜500 000 mg/L，一旦生成CaSO4垢，受硫酸鈣化學(xué)性質(zhì)的影響，不容易對其進(jìn)行清洗去除。所以循環(huán)冷卻系統(tǒng)采用加鹽酸的方式來降低循環(huán)水堿度，但是，加鹽酸調(diào)節(jié)堿度會向系統(tǒng)中帶入Cl-，增加了管道設(shè)備發(fā)生點(diǎn)蝕的傾向。

3.1.2 結(jié)垢、腐蝕控制

通過向循環(huán)冷卻系統(tǒng)加入鹽酸，控制循環(huán)水pH值7.0～8.0，甲基橙堿度控制在2.0 mmol/L左右，同時配合使用阻垢劑，達(dá)到抑制結(jié)晶體定向成長、增加成垢化合物的溶解度的目的，從而防止鈣、鎂離子碳酸鹽垢的形成。由于循環(huán)冷卻系統(tǒng)加入鹽酸帶入氯離子且循環(huán)水pH值相對較低，同時由于循環(huán)冷卻水不斷蒸發(fā)濃縮，水中的含鹽量很高，這三方面因素均大大增加了腐蝕控制難度，需要向循環(huán)水中加入高效緩蝕劑，而緩蝕劑中有針對性的加入防止點(diǎn)蝕的緩蝕劑。

3.1.3 濁度控制

受補(bǔ)充水濁度和周圍環(huán)境的影響，加之循環(huán)系統(tǒng)的旁濾過濾器效果差，循環(huán)水濁度一直較高，實(shí)施零排放前循環(huán)水濁度就在40 NTU左右；零排放實(shí)施后采用粘泥剝離劑與絮凝劑相結(jié)合的方式，通過投加絮凝劑降低循環(huán)水濁度，粘泥剝離劑剝離系統(tǒng)黏泥并防止絮凝沉淀物沉積在凝汽器、冷油器等換熱裝置的換熱面。2019年3月份對燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組進(jìn)行停機(jī)檢修，打開凝汽器、冷油器等換熱設(shè)備，發(fā)現(xiàn)換熱管內(nèi)壁被一層黏泥覆蓋，但換熱管內(nèi)壁并無水垢沉積。

3.1.4 微生物控制

燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組在對微生物控制過程中，始終保持粘泥剝離劑在50～100 mg/L的有效濃度內(nèi)，除了對系統(tǒng)黏泥的剝離作用外，同樣起到一定程度的殺菌滅藻作用。根據(jù)系統(tǒng)中藻類的生長情況，投加氧化性殺菌劑（如二氯異氰尿酸鈉）進(jìn)一步進(jìn)行殺菌滅藻處理。

3.2 循環(huán)系統(tǒng)中含鹽量和各種離子濃度變化

在對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實(shí)施零排放后，循環(huán)水各項(xiàng)電導(dǎo)率由原來的2 500 uS/cm左右上升到16 000 uS/cm左右，氯離子由原來的300 mg/L左右上升到4 000 mg/L左右，電導(dǎo)率和氯離子變化曲線如圖1所示。pH值由原來的8.9左右下降到略高于7.0，甲基橙堿度由原來的6.0 mmol/L左右下降至2.0 mmol/L左右，pH值和堿度變化曲線如圖2所示。硬度由原來的10 mmol/L左右上升到65 mmol/L左右，硬度變化曲線如圖3所示。

圖1 電導(dǎo)率和氯離子變化曲線

3.3 循環(huán)水零排放效果監(jiān)控

3.3.1 換熱設(shè)備結(jié)垢監(jiān)控

對于發(fā)電機(jī)組來說，一旦換熱設(shè)備發(fā)生結(jié)垢或污泥沉積，凝汽器真空、端差、排煙溫度、循環(huán)水進(jìn)出口溫度等參數(shù)將會產(chǎn)生變化，具體的表現(xiàn)為凝汽器真空降低、端差升高、排煙溫度升高、循環(huán)水進(jìn)出口溫差升高。在相同工況下負(fù)荷降低，各項(xiàng)參數(shù)的變化是同步發(fā)生的，但是以上參數(shù)的升高或降低不能全部確認(rèn)為是結(jié)垢引起，對燒結(jié)余熱發(fā)電這類的余熱機(jī)組來說，上游工藝波動引起的煙氣等工況變化、環(huán)境溫度、設(shè)備及物料的泄漏均可造成上述參數(shù)的波動，需要綜合考慮。在零排放實(shí)施過程中，將真空、端差列入重點(diǎn)監(jiān)控范圍，機(jī)組負(fù)荷＞10 MW時，要求夏季（5—9月）真空≥-86 kPa、冬季（1—4月、10—12月）真空≥-88 kPa；機(jī)組負(fù)荷＞6 MW時，夏季（5—9月）端差≤10℃，冬季（1—4月、10—12月）端差≤9℃。

圖2 pH值和堿度變化曲線

圖3 硬度變化曲線

3.3.2 系統(tǒng)腐蝕監(jiān)控

系統(tǒng)腐蝕率的大小直接關(guān)系到管道設(shè)備的使用壽命和機(jī)組的運(yùn)行安全，是必須監(jiān)控的重要指標(biāo)。在GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》中對腐蝕速率做了明確規(guī)定，其中碳鋼設(shè)備傳熱面水側(cè)腐蝕速率應(yīng)＜0.075 mm/a，銅合金和不銹鋼設(shè)備傳熱面水側(cè)腐蝕速率應(yīng)＜0.005 mm/a。為達(dá)到對系統(tǒng)腐蝕率準(zhǔn)確監(jiān)測的目的，在燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組循環(huán)水冷油器管道上安裝掛片取樣器1組，其中掛入碳鋼掛片2個、不銹鋼掛片2個、銅掛片2個，在循環(huán)水池入口水流通暢位置掛入碳鋼掛片、不銹鋼掛片、銅掛片各1個，7 d對掛片進(jìn)行稱重計(jì)算各材質(zhì)掛片腐蝕率，腐蝕率能夠控制在《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定范圍內(nèi)。

3.4 存在的問題

3.4.1 換熱設(shè)備污泥沉積嚴(yán)重

在對燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組實(shí)施循環(huán)水零排放之前，每年對凝汽器等換熱設(shè)備清洗3～4次，每次停機(jī)檢修拆開凝汽器等換熱設(shè)備，均發(fā)現(xiàn)有污泥沉積在換熱設(shè)備管束內(nèi)，而零排放的實(shí)施加劇了污泥的沉積，造成凝汽器真空的降低，真空最低時降至-80 kPa，機(jī)組效率明顯下降，在此期間對機(jī)組進(jìn)行了在線酸洗，但效果不理想，利用停機(jī)檢修對凝汽器等換熱設(shè)備進(jìn)行清淤后，機(jī)組真空升至-90 kPa。

3.4.2 藥劑投加、指標(biāo)監(jiān)控需要專人負(fù)責(zé)

在循環(huán)水零排放實(shí)施過程中需要加鹽酸調(diào)節(jié)堿度、pH，需要嚴(yán)格控制鹽酸的加入量，一旦鹽酸加多勢必造成循環(huán)水呈酸性，造成設(shè)備腐蝕；同時要確保緩蝕劑、阻垢劑的足量加入，保證系統(tǒng)中緩蝕劑和阻垢劑在有效濃度內(nèi)，需要精確加藥計(jì)量；另外，還需要確保化驗(yàn)密度和精度，以便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。因此，需要設(shè)置1～2人對零排放的實(shí)施專門管理。

3.4.3 化驗(yàn)監(jiān)督要求高、精度差

零排放實(shí)施后，pH值略高于7，化驗(yàn)室pH計(jì)還作日常鍋爐水汽化驗(yàn)（pH值9～11），pH值大范圍波動，而電極反應(yīng)遲緩，造成化驗(yàn)精度降低；循環(huán)水氯根、硬度高，采用稀釋法對其進(jìn)行化驗(yàn)，取樣為5～10 ml，化驗(yàn)結(jié)果誤差大、精度低。

4 結(jié)語

通過藥劑處理實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排放，主要是通過控制堿度并輔助阻垢劑來防止換熱設(shè)備結(jié)垢，通過投加緩蝕劑防止管道設(shè)備腐蝕。通過對燒結(jié)余熱發(fā)電零排放實(shí)施后的運(yùn)行情況分析，系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是由于循環(huán)水中懸浮物高，旁濾過濾效果差，污泥沉積凝汽器等換熱設(shè)備造成機(jī)組效率下降。因此，當(dāng)藥劑處理進(jìn)行循環(huán)水零排放時，除了對系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)加控制外，還需要對循環(huán)水濁度加以控制。