電廠用循環(huán)冷卻水阻垢劑性能研究與應(yīng)用

楊少才，鐘銳，姚振剛

(1.中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.朝陽燕山湖發(fā)電有限公司，遼寧 朝陽 122000)

0 引言

早期的工業(yè)循環(huán)冷卻水處理一般是通過加酸調(diào)節(jié)水的pH值為6.0～6.5來控制水的結(jié)垢，再通過投加緩蝕劑來控制腐蝕。為了節(jié)約用水，循環(huán)冷卻水向高濃縮倍率技術(shù)發(fā)展，由單純的加酸低pH運(yùn)行控制，發(fā)展到了加阻垢緩蝕劑聯(lián)合高pH等堿性處理方式，但這種方式更易使冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)垢，因此必須依賴于高效阻垢緩蝕劑的開發(fā)和應(yīng)用[1]。

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于工業(yè)水循環(huán)中的水處理技術(shù)要求越來越高，并且對(duì)于阻垢劑的選擇也提高了要求。阻垢劑是可以將循環(huán)水中致垢離子濃度維持在較高濃度，抑制水垢的生成，從而提高濃縮倍數(shù)[2]。作為一種重要的循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定藥劑，阻垢劑廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)。文章針對(duì)阻垢劑的作用機(jī)理以及應(yīng)用進(jìn)行闡述，并對(duì)其現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行探討[3]。北方電廠普遍使用的循環(huán)水緩蝕阻垢劑效果較差，循環(huán)水的濃縮倍率一直處在較低的水平，平均在3左右。循環(huán)水水量占電廠總水量的80%，濃縮倍率低，水的浪費(fèi)很大，嚴(yán)重影響電廠的節(jié)水要求及零排放的實(shí)現(xiàn)。

本文通過對(duì)幾種藥品的分析及阻垢效果對(duì)比，引入不同的功能基團(tuán)，開發(fā)和研制高效及成本低廉的多功能復(fù)合水處理劑。1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸(HEDP)和氨基三亞甲基膦酸(ATMP)等有機(jī)磷化合物具有阻垢和耐腐蝕的雙重作用，通過羧酸聚合物與丙烯酸(AA)、馬來酸(MA))共聚合成了一種聚合阻垢緩蝕劑XY-2，使用碳酸鈣沉積法對(duì)阻垢緩蝕劑進(jìn)行分析，其對(duì)碳酸鈣阻垢性能最高可達(dá)96.77%，對(duì)TP316L不銹鋼有很好的緩蝕阻垢效果。本文取電廠在用循環(huán)水，采用新研發(fā)的緩蝕阻垢劑，通過動(dòng)態(tài)、靜態(tài)模擬分析了藥劑的工業(yè)可行性，保持循環(huán)水濃縮倍率在5以上，不僅保證了循環(huán)水系統(tǒng)安全的運(yùn)行，還達(dá)到了循環(huán)水節(jié)水的目標(biāo)[4]。

1 循環(huán)水阻垢劑性能優(yōu)化

1.1 阻垢劑阻垢性能試驗(yàn)方法

阻垢劑性能測定采用的試驗(yàn)方法為GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》，按如式(1)計(jì)算阻垢劑阻垢性能η(%)：

1.2 阻垢劑優(yōu)化分析

通過3種緩蝕阻垢劑對(duì)比，XY-208型緩蝕阻垢劑比原有緩蝕阻垢劑阻垢率提高了20%左右，大大提高了對(duì)凝汽器的防護(hù)作用，阻垢率試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 三種阻垢劑阻垢性能結(jié)果

2 循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)狀況

本次循環(huán)水阻垢劑性能鑒定試驗(yàn)用水水質(zhì)飽和指數(shù)如下[5]：

L.S.I.=pH-pHs＞0 結(jié)垢

L.S.I.=pH-pHs=0 不腐蝕不結(jié)垢

L.S.I.=pH-pHs＜0 腐蝕

pHs=(9.70+A+B)-(C+D)

水樣飽和指數(shù)

式中：A為總?cè)芙夤腆w系數(shù)；B為溫度系數(shù)；C為鈣硬度系數(shù)；D-M為堿度系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算：L.S.I.=pH-pHs=7.80-(9.70+0.12+1.98)+(2.06+2.26)=0.32＞0，屬于結(jié)垢水質(zhì)。

3 靜態(tài)模擬試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件及方法

設(shè)備及儀器：RCC-II型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀；溫度45±1 ℃；2 L玻璃燒杯若干；藥劑：XY-2加藥劑量10 mg/L(商品濃度，以補(bǔ)充水計(jì))，初始加入量為50×10-6；試驗(yàn)方法采用電力系統(tǒng)貫用的靜態(tài)極限碳酸鹽硬度法。試驗(yàn)中以ΔB≤0.20(參考ΔA≤0.20，ΔH≤0.20)為水質(zhì)穩(wěn)定性判斷指標(biāo)。

3.2 靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

加藥濃度0 mg/L(空白)和10 mg/L阻垢效果圖如圖1和圖2所示。

圖1 0 mg/L阻垢性能試驗(yàn)圖

圖2 10 mg/L阻垢性能試驗(yàn)圖

由兩條試驗(yàn)曲線對(duì)比可看出投加水處理劑后阻垢效果明顯。投加藥劑前，穩(wěn)定的最高濃縮倍率(通常以氯離子計(jì)，下同)KCl=3.91，KJD=3.70，KCa=3.72，KYD=3.73；投加藥劑后，穩(wěn)定的最高濃縮倍率提高至KCl=5.25，KJD=5.05，KCa=5.04，KYD=5.05；可滿足電廠對(duì)控制濃縮倍率5的要求[6]。

4 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)裝置：WKMZ-II型智能動(dòng)態(tài)模擬裝置；溫度：45±1 ℃；流速：1.2～1.4 m/s ；流量：636 L/h；試驗(yàn)用藥：XY-2，10 mg/L (商品濃度，補(bǔ)充水計(jì))；初次投加量為50×10-6。腐蝕試驗(yàn)片：TP316L不銹鋼管2個(gè)、TP316L標(biāo)準(zhǔn)試片各4個(gè)；試驗(yàn)用水：取自電廠提供的循環(huán)水補(bǔ)水，控制循環(huán)水pH值在8～9之間，以5%稀硫酸調(diào)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)分組：A組不加阻垢劑的空白試驗(yàn)，B組加XY-208阻垢劑的試驗(yàn)，加藥量10 mg/L(商品濃度，以補(bǔ)充水計(jì))，兩組試驗(yàn)均采用緩蝕阻垢加酸聯(lián)合處理，以ΔB作為水質(zhì)控制指標(biāo)。

4.2 阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果

A組不加阻垢劑的空白試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 A組動(dòng)態(tài)模擬空白試驗(yàn)曲線

由試驗(yàn)曲線5可看出，循環(huán)水空白實(shí)驗(yàn)KCl=3.87，KCa=3.67，KYD=3.68 時(shí)，ΔB=0.20，ΔH=0.19，極限碳酸鹽硬度為 4.27 mmol，當(dāng)濃縮倍率超過3.87以上時(shí)，就有結(jié)垢的趨勢(shì)。

B組采用阻垢劑加藥劑量為10 mg/L(商品濃度，以補(bǔ)充水計(jì))。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 B組動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)曲線

由試驗(yàn)曲線6可看出，藥劑穩(wěn)定處理循環(huán)水KCl=5.52，KCa=5.32，KYD=5.33 時(shí)，ΔB=0.20，ΔH=0.19，極限碳酸鹽硬度為 6.17 mmoL；KCl=5.65，KCa=5.44，KYD=5.45 時(shí)，ΔB=0.21，ΔH=0.20，極限碳酸鹽硬度為6.31 mmoL。

4.3 試驗(yàn)試片腐蝕情況

從試驗(yàn)開始時(shí)，于A組和B組動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置的腐蝕掛片試驗(yàn)管內(nèi)分別懸掛TP316L不銹鋼試片各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[7]，腐蝕速率為0.002 mm/a，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速率。

5 結(jié)語

(1)采用多種共聚物聚合法，成功制備出了XY-208緩蝕阻垢劑，并將其應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水的阻垢。

(2) XY-208緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3均具有良好的阻垢效果，在阻垢劑用量為20 mg/L時(shí)，其阻碳酸鈣垢的阻垢效率達(dá)到93.74%；其投加量為40 mg/L時(shí)，碳酸鈣垢的阻垢效率達(dá)到96.77%。

(3)通過靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)開展效果驗(yàn)證，XY-208緩蝕阻垢效果優(yōu)良，能廣泛適用于工業(yè)循環(huán)水的冷卻系統(tǒng)中。

(4)阻垢劑可以滿足工業(yè)企業(yè)循環(huán)水處理水質(zhì)的實(shí)際情況，具有良好的阻垢性能，符合環(huán)保型水處理劑的要求。建議循環(huán)冷卻水的運(yùn)行狀態(tài)控制在5倍濃縮倍率以上，以達(dá)到節(jié)水及循環(huán)水穩(wěn)定運(yùn)行效果[8]。