電廠循環冷卻水處理及節水措施

黃慧群 張成義 葛小玲 胡 笳

[摘要]對火力發電廠節水的必要性和循環冷卻水處理工藝進行介紹。實際應用中提高濃縮倍率節約水耗的循環水處理工藝很多。結合工程的實際情況，為使循環水系統的腐蝕、結垢得到良好的抑制，最為簡單的方法是采用循環水加水質穩定劑處理，經濟實用，既可以將濃縮倍率控制在一個較高的水平，又能保證循環水處理工藝簡單化，便于運行和維護。

[關鍵詞]循環冷卻水節水濃縮倍率

中圖分類號：TV－9文獻標識碼：A文章編號：1671--7597(2009)1020130--01

一、循環水處理的必要性

在火力發電廠的生產過程中，有許多設備需要用水作為冷卻介質，其中主要的是汽輪機的凝汽器。冷卻水水質不良，使凝汽器銅管內生成附著物和銅管發生腐蝕的原因之一。由于附著物的傳熱性很差，它的形成導致凝結水溫度升高，從而使凝汽器真空度降低，影響汽輪機的出力和運行的經濟性。銅管的腐蝕會減弱其機械強度，甚至會穿孔，使冷卻水漏入凝結水中，影響鍋爐的安全運行。因此，為保證循環冷卻水的水質，必須對其進行專門的處理。

冷卻水系統通常有兩種：一種是直流式冷卻水系統；一種是循環式冷卻水系統。循環式冷卻水系統又分為密閉式循環冷卻水系統和敞開式循環冷卻水系統。

電廠運行中大多為敞開式循環冷卻水系統，現僅就敞開式系統進行簡單介紹。

敞開式循環冷卻水系統的特點是：水在冷卻塔與大氣直接接觸后，由于有CO2散失和鹽類濃縮現象，在凝汽器銅管內或冷卻塔的填料上有結垢問題：由于溫度適宜、陽光充足、營養豐富，有微生物的滋長問題；由于冷卻水在塔內對空洗滌，有生成污垢的問題：由于循環冷卻水與空氣接觸，水中溶解氧是飽和的，因此還有換熱器材料的腐蝕問題。因此我們要針對循環冷卻水的上述問題，提供合理可行的方案，防止這種冷卻水系統的結垢、微生物生長和腐蝕等方面的問題。

二、節水的重要性及目前存在的問題

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，人均水資源占有量為2840m³，只有世界平均水平的1／4。目前水荒覆蓋面幾乎遍及全國。尤其是北方地區缺水問題相當嚴重，已成為困擾工業企業生產和發展的一個重要問題，另一方面較低的污染治理效果和重復利用率，也間接加劇了水資源匱乏的局面。隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，需水量的增加，節約用水被作為一項基本國策在全國貫徹實施。

火力發電廠是用水大戶，節水是電廠重要的課題之一。

對于采用敞開式循環冷卻水系統的火電廠，節水的主要方法是采用高濃縮倍率運行。濃縮倍率的確定根據水質、處理技術、處理成本等因素綜合考慮。對于高硬度、高堿度、高含鹽量進行預處理、加酸運行等技術手段實現高濃縮倍率運行。

尤其是對于二次循環供水的火電廠，循環水的排污水量大而且水質較好，如何做到充分利用同樣是實現節約用水的重要途徑。

1、早期建設的火電廠對采用水力除灰渣系統，循環水的排污水常用于水力除灰渣系統，雖然做到了廢水綜合利用，但電廠耗水指標并沒有明顯減少。

2、近期設計的火電廠，為了節約水資源，多采用于式除灰渣系統，雖然除灰渣系統用水量大大減少了，為了減少外排水，大量的循環水排污水需要另覓利用的途徑。

2x660MW超臨界凝汽式汽輪發電機組，夏季循環水系統用水量為122600m³／h，蒸發損失為1.5267％，風吹損失為0.05％：兩項耗水量為1933m³／h，再加上排污水量，每小時排水超過2500m³／h。以上數據均充分說明了電廠是一個耗水大戶，因此選擇合適的方案是循環冷卻水系統安全可靠運行、又能節約大量用水且盡量較少環境污染的有效措施。

三、常用的循環水處理工藝

為了提高循環水濃縮倍率，需盡可能降低循環水中的碳酸鹽硬度，常用的循環水處理方法有：

(一)加穩定劑處理。當原水水質較好，濃縮倍率要求不高時，可采用穩定劑處理。該方法的特點是系統簡單，基建投資少。運行操作也大為簡便。

(二)加硫酸處理+穩定劑。當原水堿度較高時，通過向補充水中加硫酸，降低其一部分堿度，可使循環水濃縮倍率提高較大。但加酸量過大會引起CaS04、MgSiOs水垢及SO²-對混凝土建筑物的侵蝕，并引起水中的中性鹽含量增多。同時由于pH偏低和水質波動，對金屬材質防腐也不利。該處理法投資較少、占地少、技術條件簡單。

(三)石灰處理。石灰處理是向原水處理澄清池中投加石灰乳，不僅能有效的除去水中游離的CO₂、碳酸鹽硬度和堿度，還能除去一部分有機物、硅化合物及微生物，大大減少了結垢趨勢，從而提高循環水的濃縮倍率。該法適用于嚴重缺水地區，適合于以暫硬為主的水質。該法處理能力大，運行費用稍低，但該法投資大，設備維護困難，管道容易堵塞，運行環境也差。

(四)弱酸氫離子交換處理。弱酸處理是利用弱酸陽離子交換樹脂與循環補充水中的重碳酸鹽硬度發生反應除去水中的碳酸鹽硬度和堿度，充分利用弱酸樹脂交換容量高的優勢。該處理法適用于嚴重缺水地區，它適宜處理原水碳酸鹽硬度和堿度均較高的水質。該處理法技術成熟、運行可靠、操作簡便，易于實現自動化、環境清潔，循環水處理水平及濃縮倍率相當高。但該方法設各較多，投資及占地偏大。

實際應用中，當水質較好時，多采用水質穩定劑與加酸處理：當水質較差時，多采用石灰處理及弱酸處理的方法。

四、具體工程中循環承的特點及處理工藝

經理論計算，當原水含鹽量、硬度較低時，本著節水節能的原則，可以按較高的濃縮倍率進行設計。但濃縮倍率的提高達到一定程度時，節水效果就不明顯了。如果循環水系統保持較高的濃縮倍率，循環水處理系統會變得比較復雜，藥品耗量也會增加，循環水中鹽份增加，因此凝汽器在保持一定的泄漏率的情況下，會使凝結水含鹽量增加，從而凝結水精處理設備運行周期縮短，再生次數增加。因此提高濃縮倍率一方面降低了水耗及取水費用，但另一方面將增加循環水系統處理設備投資及運行費用。針對具體水質選取合適的濃縮倍率及循環水處理方法，確保循環水系統技術先進、投資合理，以最大限度滿足節水要求和降低運行費用的目的。

如果原水碳酸鹽硬度僅有2mol／L，循環補充水顯然不宜采用石灰處理和弱酸處理。是采用單一的加水質穩定劑還是采用水質穩定劑與加酸復合工藝與濃縮倍率的高低有關系。雖然原水無結垢傾向，當原水高度濃縮后會產生CaC03水垢，因此需加酸降低循環水的碳酸鹽硬度。加酸的作用就是將碳酸氫根的堿度中和掉。硫酸和碳酸氫根的反應式為：ca(HC03)2+H2S04一CaS04+2C02+2O。硫酸鈣的溶度積遠遠高于碳酸鈣，一般不會結垢，可以大大提高循環水的濃縮倍率。