浅析高浓缩倍率循环冷却水处理技术

浅析高浓缩倍率循环冷却水处理技术尹劲，任心果，邢进(山东兖矿济三电力有限公司，山东济宁272069)摘要高浓缩倍率循环冷却水处理技术的发展在我国起步较晚，70年代初，我国引进了循环冷却水处理技术．它的优越性和带来的经济效益很快被人们公认，并由化工行业迅速推广到石化、热电等其它行业。特别是80年代后期，高浓缩循环冷却水处理技术得到了突飞猛进的发展，应用范围越来越广泛。本文对高浓缩倍率循环冷却水处理技术进行了详细的阐述。关键词高浓缩倍率循环冷却技术火电厂高浓缩倍率循环冷却水处理技术是指循环冷却水的浓缩倍率达到3及以上的处理技术。遵照1998年国家电力公司下达的《火力发电厂节约用水的若干意见》要求，循环冷却水的浓缩倍率，根据不同水质、凝汽器管材、通过试验并经技术经济分析比较后确定。各种循环冷却水处理方案一般应达到以下效果：(1)加防垢防腐药剂及加酸处理，浓缩倍率应在3左右；(2)采用石灰处理，浓缩倍率应在4左右；(3)采用弱酸树脂等处理方式，浓缩倍率应在4以上。这些指示条文，充分说明了未来的火电厂循环冷却水处理技术将朝着节水、节能、满足环境保护要求等几方面来发展。通过近年来循环水管理控制方面的运行经验，结合当前循环冷却水处理技术发展实际，特谈谈对高浓缩倍率循环水处理技术在济三电力的应用实际。1济三电力有跟公司循环水系统资料l.l循环水系统工况资料冷却水温：设计水温：夏季33℃，春秋季20℃，冬季15℃平均最高水温：27℃最高水温：33℃循环倍率：57.9（THA工况凝汽量）冷却管内设计流速：2m/s清洁系数：0.85凝汽器汽侧进口允许最高温度：80℃凝汽器循环水允许温升（设计工况）：9.6℃循环水处理方式：加酸、加缓蚀阻垢剂、加杀菌剂。机组负荷：135MW凝汽器材质：不锈钢TP306L循环水系统管道和其他换热器壳体材质：碳钢1.2补给水原水水质及分析原水水质见表1。从上述水质分析评价可以看到，济三电力公司补给水原水水质属结垢性水，水质在没有任何浓缩的情况下，就具有中等结垢倾向，因此随着浓缩倍率的提高，其在换热系统上的结垢倾向将越来越严重，这将严重影响凝汽器的传热效率。2电厂凝汽器换热管结构机理循环冷却水通过凝汽器换热后循环水温上升，回到冷却塔中喷淋散热，部分水分蒸发而使水温下降，在循环过程中使水中的一部分碳酸氢根离子变成碳酸根离子，同时PH值上升，含盐量增大，这样就造成碳酸钙在水中的量逐渐增多，超过它的溶解度，以过饱和的状态存在于水中，而循环冷却水要实现高浓缩倍率运行，必然在高含盐量条件下运行，盐类溶液结垢物质(如：CaCO3)有一个逆着溶解度曲线的问题，也就是说，结垢的碳酸钙物质的溶解度随着水温的上升而下降。水的温度在传热表面或其附近时，大于在大部分系统中的温度，在这些区域中，某些物质(如：CaCO3、CaSO4·2H2O、SiO2等)的溶解度是很小的，而这些物质就趋于沉淀和结垢。高浓缩倍率运行下的循环冷却水系统主要特点为结垢物质过饱和度增大，含盐量增大，此时水溶液的比重、粘度(流动性)也有变化；另外一特点，就是受空气中不溶的悬浮固体物颗粒影响也较敏感，结垢趋势增大，这就是经常检查管子时发现有污垢的原因，高浓缩倍率运行循环冷却水系统污垢沉积更突出。3抑制结垢机理探讨要提高循环水浓缩倍率，通常有以下几种途径：循环水补水加硫酸降碱度、循环水弱酸阳床处理、循环水加药控制硬垢的生成等多种方法配合；使用阻垢剂是其中最常用的方法之一，关于阻垢剂对钙垢的抑制作用的机理，可分为下面三种类型，第一种为低剂量效应；第二种为分散作用；第三种为晶格畸变作用。碳酸钙晶体为正六面体，加了阻垢剂后，使CaCO3，晶体均发生了畸变，抑制了晶体的生长速率，畸变程度越严重，阻垢效果就越好，发生畸变后，CaCO3晶体颗粒越不规则，越不易沉淀形成硬垢，起分散作用的阻垢剂主要表现在防垢官能团上有差异，对Ca2+、Mg2+等离子有极好的络合能力，并对这些盐类也有很好的去活化作用，而且能和已形成的CaCO3晶体中的Ca2+进行表面螫合，起到螫合增溶的效果，避免了大颗粒晶体硬垢的形成和沉积，能够产生严重的晶格畸变的作用，能够使CaCO3颗粒变得非常的不规则，也就是成垢物质最不易沉积和结垢，所形成的垢疏松，象“雪片状”的物质在冷却水池被除去。4高浓缩倍率循环冷却水处理的现行技术4.1石灰软化—加酸—旁滤加药处理技术(1)适用条件①该法适用于严重缺水地区，当地能供应高纯度的石灰粉，适合于以暂硬为主水质的生水。②该法处理技术较为全面，循环水浓缩倍率可达4～5倍。③适合于单机容量为300MW，600MW级的以采用镁硬含量很少的地下水作水源的火电厂。该技术非常强调石灰软化处理要辅以阻垢剂稳定处理和凝汽器连续胶球清洗，可维持浓缩倍率4～6运行。(2)优缺点该处理法优点是处理能力大，运行费用稍低。存在问题是投资大，石灰分场供应的石灰粉纯度要求高，环境也差。4.2100％弱酸树脂交换处理技术(1)适用条件该处理法适用于严重缺水地区，要求节水量较多，维持浓缩倍率控制在4～5，碳酸盐硬度大于2mmo1／L，碱度较高、硬碱比适中的水质，硫酸根含量较高、水中悬浮物含量小于5mg／L的地下水作为火电厂循环水系统补充水以及硫酸货源品种和运输条件具备的电厂。据有关资料统计分析可知，在以地下水或自来水为火电厂补充水水源的水质中，几乎所有水质的碳酸盐硬度都大于或等于2mmo1／L，硬碱比为0.8～1.3的水质中占统计水质的70％，由此可见，该处理法具有普遍适用性。(2)优缺点该处理法技术成熟、运行可靠、操作简便，易于实现自动化、环境清洁，倍受青睐。存在问题是投资稍大，设备空间未充分利用，阳床再生工作量大，酸碱耗高，产生的再生废水量大。4.3硫酸—阻垢剂稳定处理技术(1)适用条件该处理法适用于特定情况下可维持循环冷却水浓缩倍率3以上的处理技术，要求节水量不显著的缺水地区火电厂。(2)优缺点该处理法投资少、占地少、技术条件简单。缺点是加酸后水中的水硬和中性盐的含量增多，尤其是当循环冷却水中SO42-含量是随着加酸量而增加，这对高浓缩倍率下运行的循环水系统是不利的。其次磷酸盐是菌藻类的营养物，会促进它的生长与繁殖。当采用有机磷系稳定剂处理时还存在排出废水对环境有污染问题。5硫酸—阻垢剂稳定处理循环冷却水技术在济三电力的应用实践(1)根据济三电力公司的循环水及其补水的水质、循环水系统的材质及运行参数，选择了某厂生产的缓释阻垢剂进行小型试验，加药量控制在14ppm，试验结果如下：①静态阻垢率水质：根据补水水质配制的浓缩5倍的水；试验温度：45℃；试验周期：24小时试验静态阻垢率为：97.2②缓释性能水质：根据补水水质配制的浓缩5倍的水；试验温度：45℃；试验周期：72h试验仪器：旋转挂片试验仪；试验方法：“HG／T215-91”水处理剂缓释阻垢性能测定的旋转挂片法；挂片线速度：0.5m/s；PH值：自然PH值。③极限污垢热阻水质:根据补水水质配制的浓缩5倍的水；试验仪器：动态污垢监测仪；进口水温:45±0.5℃；传热强度：7×435kJ／m2·时试验周期：24h；流量：0.5m／s。(2)循环水采用硫酸—阻垢剂处理小型试验以补给水原水为试验用水，用硫酸调整其碱度为1.5mmol/l，加入缓释阻垢剂，在45℃温度下的试验台上进行试验，在试验期间测定碱度、Cl-和Ca2+，当△B=ψCl--Ca2+≥0.2或有结垢时试验结束。通过试验，在14ppm阻垢剂剂量下，极限浓缩倍率为5.23。从试验结果可以看出，在用硫酸调节补给水碱度为1.5mmol/l静态试验中，加酸后其浓缩倍率可以达到5倍以上，由于静态试验和实际运行状态存在差异，因此应将倍率适当控制在5倍以下；又因补给水硫酸根离子比较高，在浓缩倍率较高的情况下，容易形成硫酸钙垢，应控制(SO42-)×(Ca2+)5×105(以mg／l计算)，原水达到5倍时，其数值为8.55×105，因此实际控制循环水倍率为3.5左右。6结语按照小型试验的结果，公司制定了循环水控制方案，控制浓缩倍率在3.0～4.0，控制碱度在5mmol/l以下，控制△B≤0.2；经机组5年来的运行实践，循环水倍率稳定控制在3.5左右，机组未发生一次凝汽器结垢事故，且污水排放指标稳定，满足了节水、节能以及环保的要求，取得了良好的经济效益和社会效益。参考文献：[1]《工业水处理原理及应用》雷仲存、钱凯、刘念华化学工业出版社2003[2]《现代工业水处理技术与应用》李本高中国石化出版社2004*收稿日期20l0-03-l0作者简介：尹劲(198l-)，男．汉族，2004年7月毕业于长沙理工大学应用化学专业，大学文化，助理工程师，现任兖矿济三电力有限公司燃化车间技术员，主要从事火力发电厂化学、水工专业技术管理工作。