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热电厂循环水处理技术及管理本文系统介绍了热电厂循环水处理的技术以及管理。分为：热电厂循环水处理的分类、热电厂循环水处理发展概况、热电厂循环水处理技术及管理。一、热电厂循环水处理概述水是地球上分布最广的自然资源之一，也是人类环境的一个重要组成部分。地球上的水总量约1.4×1019m3,海洋中聚集着绝在部分的水，占地球总水量的97.2%，而淡水只占总水量的2.53%。水资源是指全球水量中对人类生存、发展的可利用的水量，主要是指逐年可以得到更新的那部分淡水量，所以淡水总量并不等于水资源，实际上能供人类生活和工农业生产使用的淡水资源还不到淡水总量的万分之一,可见水资源并不是取之不尽用之不绝的资源。随着工业生产的发展，对工业用水的质和量的要求越来越高，加之水资源并非取之不尽用之不绝，因此合理和节约用水已成为发展工业生产的一个重要问题。这样以来，水处理技术：水的预处理、热电厂循环水处理、废水处理等技术得到迅速发展。在这里，我们只讨论热电厂循环水处理技术及管理。工业用水包括锅炉用水，工艺用水、清洗用水和冷却用水，其中用水量最大的是冷却用水，约占工业用水量的90%以上。常用的冷却用水系统分类如表一：敞开循环冷却水间接冷却水密闭循环冷却水直流水冷却水系统敞开循环冷却水直接冷却水密闭循环冷却水直流水表一：冷却水系统的分类间接冷却水，是冷却水通过换热设备间接进行交换，冷却工艺介质，而直接冷却水是冷却水直接与物料接触进行冷却作用。（以下主要介绍间接冷却水的情况）冷却水循环系统如附图一。根据理论计算，随着热电厂循环水处理浓缩倍数的提高，补充水量将大幅度下降，如附图二所示，为循环冷却水浓缩倍数与补充水量，排污水量关系图。图中E为系统蒸发水量m3/h，因此从图二中可见对于一个冷却水系统来讲，如果从直流水改为循环冷却水并浓缩2~3倍，那么其用水量将降为原来用量的1.5~2.0%，排污量将降到原来量的0.5~1%。例如一个需用冷却水量为2000m3/h的小氮肥厂系统，如改为循环水冷却并浓缩2倍，则每小时只需补充水60~80m3，排污20m3，可节省1900m3/h，这样一是节约了用水量，二是减少了直流水排放而引起的热污染问题。热电厂循环水处理使用后，浓缩倍数越高，补充水量越小，污染也相应越小，但是水中的溶解盐类浓度就相应增加，离子的浓度也增加，冷却塔进气中带入大量的溶解氧、尘土、细菌等杂质，使水质变坏，给整个系统会带来了比采用直流水严重得多的腐蚀、结垢、菌藻粘泥的危害，为了避免这些危害发生，就要搞水质稳定处理，投加各种药剂，来防止冷却水对设备的腐蚀、结垢及菌藻粘泥产生，这就是我们通俗称之为热电厂循环水处理技术。循环冷却水经处理和直流冷却系统相比，有以下几个方面的优点：（1）节约用水量：以电厂为例，每小时直流冷却水的用量是22000m3/h，如果用循环冷却水，其补充水量一般只需560m3/h，因此，就节约了用水量。（2）减少排污量：上述电厂，直流排放水量达22000m3/h，而使用循环水后，排污量仅110~440m3/h，因此，循环冷却水系统将减少99.5%~98%的排污水量，相应也减少了污水处理的困难和费用。（3）防止热污染：直流水系统直接排放热水，若热水温度升高10℃，则以1m3直流水计每小时带出1×104千卡的热量，如果该厂用湖泊水作水源，热量往往就直接排入水源。上述氨厂每小时将带出2.2×10千卡的热量，使水体温度升高。将会影响热电厂循环水处理：a．造成自然水体的温度改变，降低冷却水的价值和水的可用性。b．引起水各项物理指标如密度，运动粘度系数，蒸汽分压力，表面压力。溶解氧和气体扩散等等的改变。水的密度变化，将使水分层，降低水中悬浮物质的输送能力。水的粘度降低，导致沉降速度增加，河道中沉淀物和沉淀污泥也增加，直接影响到水运。水温升高，水和空气间的水蒸汽分压力差也增加，因而蒸发速度加快，对气候产生影响。水温升高，降低了水中的溶解氧，对鱼类生产，水生物的代谢和废水处理，将带来危害。（4）提高热电厂循环水处理传热效率和生产效率：这是循环冷却水系统的最大优点，直流水用水量大，经济上不允许进行全面的水质控制，因此污垢的积聚和增长将使传热效率很快下降，迫使换热器设计时要留有很大的设计余量，较大的污垢热阻值，一般定为千分之三。传热效率下降，直接影响生产效率，很多工厂，就因为水中污垢不能控制，导致设备堵塞，不得不停产检修，清除污垢，循环冷却系统由于采用了水质稳定处理技术，能够有效地控制污垢沉积和产生，保证了传热效率。污垢热阻一般定为万分之四以下，良好的传热效率，为延长生产周期创造了条件，提高的工厂连续生产在400天以上。（5）减少热电厂循环水处理设备体积，热交换器的污垢热阻若按千分之三设计时，其传热面积将比污垢热阻按万分之四设计时大数倍，因此采用循环冷却水系统可使换热器体积缩小，节约了大量钢材。（6）循环冷却水系统中投加缓蚀剂，可以有效地控制腐蚀，降低了换热设备材质要求，也相应降低了投资费用。（7）直流供水系统，原水净化后供水，其一次基建投资及经常运转费用均高于循环系统供水，但是由于水质稳定处理是一门综合性新生技术，涉及范围较广，操作管理也较复杂，需要配备一定数量的具有基本操作技能和管理水平的岗位操作人员和管理人员，但和总效益相比，这些费用都是比较小的。二、热电厂循环水处理发展概况：起初人们只是采用一些简单热电厂循环水处理办法，如加酸调节pH来控制结垢等，随后缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂、抗污泥剂等一系列药剂开发，并应用于水处理领域。最初用钙垢防腐，以后又主要用铬酸盐，聚磷酸盐、锌盐来缓蚀，随着环境保护要求的提高，对Cr6+排放标准愈来愈严，这样在六十年代末期，以聚磷酸盐，有机磷酸盐为主体的复合配方，逐步取代了铬系配方，七十年代以来，这种趋势继续增加，又出现了各种有机缓蚀剂，目前逐渐趋于复合型高效的全有机系碱性水处理药剂配方及其它低毒、高效的药剂。特别是分子量比较高而含膦低或无磷共聚物的应用。我国热电厂循环水处理技术进展很快，在七十年左右的时间里，除大化肥外，已在全国许多企业中推广应用，目前，化工、炼油、电力、纺织、钢铁等企业已开展了这项工作。三、热电厂循环水处理技术及管理：循环冷却水系统易产生所引起的腐蚀、结垢、菌藻粘泥等危害，会给生产带来各种影响，下面所示：腐蚀、结垢、粘泥对生产系统的影响。1.热电厂循环水处理沉积物（主要是垢）的析出和附着天然水中溶解有重碳酸盐，这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成份。在热电厂循环水处理系统中，重碳酸盐的浓度随循环冷却水蒸发、浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态时，或者在经过换热器传热表面使水温升高时，会发生下列反应：Ca（HCO3）2=CaCO3↓+CO2↑+H2O冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离CO2要逸出，这就促使上述反应向右方进行。CaCO3沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，它的导热性能很差。不同的水垢，其导热系数不同，但一般不超过1.16w/（m2·k），而钢材的导热系数为45w/（m2·k），可见水垢形成，必然会影响换热器的传热效率。热电厂循环水处理水垢附着的危害，轻者是降低换热器的传热效率，影响产量，增加能耗，严重时，则换热器、管道被堵。如下图：2.热电厂循环水处理设备腐蚀“系统”中大量的设备是金属制造的，长期使用循环冷却水会发生腐蚀，减少设备使用寿命甚至穿孔，造成安全隐患。其腐蚀的原因是多种因素造成的。如下图：2.1热电厂循环水处理冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀系统中，冷却水与空气充分接触（以便降温），因此水中溶解的氧可达饱和状态。当换热器与溶有O2的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在金属表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生氧化反应和还原反应，促使微电池中的阳极区的部分金属不断溶解而被腐蚀。2.2热电厂循环水处理氯离子引起的腐蚀氯离子和硫酸根离子均属于水中腐蚀性离子，特别是氯离子会破坏金属表面形成的钝化膜，它能穿过细孔而产生点蚀，特别在污垢存在时，由于垢下是一个贫氧区，故成阳极，而水中Cl－可以扩散进入阳极区，生成金属氯化物，即Fe→Fe2++2e，Fe2+＋2Cl－→FeCl2，而金属氯化物又可进一步水解产生HCl，这样又使铁的溶解速度加剧，FeCl2＋2H2O→Fe(OH)2+2HCl，这样垢下小孔中PH不断下降，故小孔中溶液不断酸化，又促进腐蚀性。2.3热电厂循环水处理铜管脱锌腐蚀凝汽器使用最多的铜材为合金黄铜管，黄铜管的脱锌腐蚀是最常见的腐蚀形态，它包括均匀型层状脱锌和局部型栓状脱锌，但主要为局部型栓状脱锌腐蚀，该腐蚀易造成局部穿孔，因此危害性较大。黄铜脱腐蚀反应式如下：阴极：1/2O2+H2O+2e→2OH－阳极：Zn•Cu→Cu2＋＋Zn2＋＋4eCu2＋在表面聚集，与金属本体发生置换反应如下：Cu2＋＋Zn•Cu→Cu＋Zn2＋铜管脱锌后的腐蚀产物可能为Zn（OH）2，ZnCO3•Zn（OH）2等并覆盖在腐蚀点上，腐蚀产物加剧了管壁上水垢的形成和固体颗粒的沉积，沉积物下面的金属因缺氧而成为阳极，与周围部分形成氧的浓差电池而出现溃疡型脱锌，此溃疡深入金属内部起到完全穿透。2.4热电厂循环水处理中微生物引起的腐蚀由于微生物排出的粘液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外，在金属表面和沉积物之间缺乏氧，因此一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖，当水温为20~50℃下繁殖更快。它分解水中的硫酸盐，产生H2S，引起设备腐蚀其反应如下：SO42-+8H++8e=S2-+4H2O+能量（细菌生存所需）Fe2++S2-=FeS↓硫酸盐还原菌（SRB）是一种弧形状厌氧性细菌，在它体内有一种过氧化氢酶，在厌氧条件下还原硫酸盐生成硫化氢而获得生存能力。SRB广泛存在于水中及土壤中，在PH5.5～8.5,温度20～50℃下，以硫化物作营养源在厌氧条件下最适宜繁殖。SRB是金属的微生物腐蚀中最普遍、最严重，也是最引人注目的菌类，它对金属的腐蚀主要是通过阴极去极化作用，加速腐蚀过程。作为腐蚀产物FeS沉积在金属表面上，与没有被硫化亚铁覆盖的金属又构成腐蚀电池，这使SRB的腐蚀更加严重。据文献报导，在最佳期生成条件下，SRB对碳钢腐蚀率最大可达100密耳/年。SRB造成的腐蚀是强烈的局部点腐蚀，在点腐蚀区通常充满黑色的腐蚀产物，其下面的金属表面通常是光亮而活泼的。腐蚀情况如下图：3热电厂循环水处理中微生物的滋生和粘泥循环冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类，在新鲜水中，一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成粘糊糊的沉积物粘附在换热器的传热表面上。粘泥吸附在换热器管壁上，除了会引起腐蚀外还会使冷却水的流量减少，并降低换热器的冷却效率，严重时，会将管子堵死，迫使停产清洗。4、下表二：腐蚀、结垢、粘泥对生产系统的影响热交换器效率降低腐蚀热交换器泄漏材质强度降低热交换器堵塞结垢水泵压力上升，流量降低促进腐蚀药剂消耗量增加粘泥冷却塔效率降低填料变形塌下外观污染（视觉公差）表二：腐蚀、结垢、粘泥对生产系统的影响为了抑制循环冷却水所引起的腐蚀、结垢、污染等危害，针对不同水质和操作条件，投加各种缓蚀剂、阻垢分散剂及抗污染剂，来达到水处理的目的，除选用较好的水处理药剂外，还必须有一定的工艺过程和要求：包括清洗、预膜和正常运行等几个方面。（一）热电厂循环水处理之清洗：清洗的目的是为了去除系统中的设备金属表面的油污，浮锈、污垢及泥沙等杂质，以达到净化金属表面，确保系统预膜效果和药剂正常使用，如果清洗工作没做好，在换热器及管道内存有大量的油污、泥沙、浮锈等杂质，那么缓蚀性的保护膜就很难形成，就会使预膜效果下降，又会造成污垢沉积。因此对合理使用水处理剂，发挥水处理剂正常效用，首先对系统进行清洗净化是非常必要的，也是必不可少的一道工序。清洗工作分水清洗和化学清洗二个步骤，根据系统不同，