中小型熱電廠循環水結垢和腐蝕的機理及控制

郭苗

摘 要：碳酸鈣水垢，冷凝器的化學垢每增加0.1mm，熱交換效率就降低30%，耗電量則增加5～8%，水垢形成，必然會影響冷凝器的傳熱效率，嚴重時，則管道被堵，可見水結垢的控制極為重要。循環水腐蝕會使設備的使用壽命減少，而腐蝕也產生污垢（鐵銹）.因此在水質穩定處理工藝中，要綜合控制結垢和腐蝕。

關鍵字：循環水；結垢；腐蝕；控制

1 循環水結垢及腐蝕機理

1.1 結垢現象

工業循環冷卻水系統在運行過程中，由于水分蒸發、風吹損失等情況使循環水不斷濃縮，其中所含的鹽類超標，陰陽離子增加、pH值明顯變化，致使水質惡化，天然水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等。最常見的水垢成份是CaCO3。CaCO3在水中的溶解度很小，而且碳酸鈣的溶解度與一般的鹽類不同，它的溶解度隨著溫度的升高反而降低。也就是說，隨著溫度升高，CaCO3結垢傾向增大，主要有以下幾個原因。

（1）鹽類濃縮作用

當天然水作為補充水進入循環水系統后，經蒸發濃縮，水中離子濃度增加，PH值和溫度等因素發生變化，致使某些離子含量超過其難溶鹽類的溶度積而析出形成水垢。

（2）循環冷卻水的脫碳作用。根據水質概念，循環水中鈣、鎂的重碳酸鹽和游離CO2，存在以下平衡

Ca（HCO3）2→←CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg（HCO3）2→←MgCO3+ CO2↑+H2O

+2H2O→Mg（OH）2+↓+CO2↑+H2O

當循環水與空氣接觸時，水中原有的CO2就會大量溢出，破壞以上平衡，使平衡向生成碳酸鈣或氫氧化鎂的方向移動，而產生水垢。

（3）循環冷卻水的溫度上升。循環冷卻水的溫度上升后，一方面降低了鈣、鎂碳酸鹽的溶解度，另一方面使碳酸鹽平衡關系向右轉移，提高了平衡CO2的需要量，從而使產生水垢的趨勢增加。相反，循環水在冷卻塔內降溫后，平衡CO2的需要量也降低，當需要量低于水中實際的CO2含量時，水就具有侵蝕性和腐蝕性。

1.2 腐蝕現象

在循環冷卻水系統中，除了在低溫區有可能產生CO2的酸性腐蝕以外，水中溶解氧是飽和的，因此容易產生氧的去極化腐蝕。另外，鹽類濃縮、溫度上升、沉積物沉積和微生物滋長等，都是促進腐蝕的因素。

2 循環水結垢及腐蝕控制

2.1 結垢控制

（1）石灰沉淀法

用石灰軟化去除致垢鹽分。

該處理系統的工藝流程是：

高純度粉狀消石灰→石灰筒倉→螺旋輸粉機→緩沖斗→精密稱重干粉給料機（電子皮帶秤）→石灰乳攪拌箱→石灰乳泵→5%石灰乳→澄清池→變孔隙濾池→循環水系統補充水→冷卻塔水池

該系統還配有混凝劑配制、投加系統、加酸調節PH系統、加氯系統和自動壓縮空氣系統

（2）限制循環水中致垢鹽分，主要是碳酸鈣的濃度。一般用限制循環水濃縮倍率的方法，也可用碳酸鹽硬度較小的水作為補充水。

（3）將難溶的碳酸鈣加酸后轉變為溶解度高的鹽類。

（4）加入阻垢劑，提高循環水的極限碳酸鹽硬度，使碳酸鈣晶體畸變，并起分散螯合作用，從而達到阻垢目的。

（5）控制產生結垢的各種物理化學因素，如適當降低水溫差，降低熱負荷，避免過高的PH值和提高水流流速等。

（6）采用物理水處理法，使循環水通過磁場、高壓靜電場或低壓電廠作用，將水中的雜質變成松散的泥渣或軟垢隨排污排出。

常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機磷酸（鹽）、聚丙烯酸等。

聚磷酸鹽不僅是阻垢劑，而且還是緩蝕劑。采用六偏磷酸鈉作阻垢劑時，循環水的極限碳酸鹽硬度，可按下式計算：

Hcw=6-0.15Hz

其加藥量，一般控制在1～5mg/L范圍，碳酸鹽硬度較高的水可采用上限。聚磷酸鹽在水中會分解生成正磷酸鹽，它與水中Ca2+漸漸反應形成沉積物，使水中磷酸鹽含量降低，增大加藥量。此外，正磷酸根是微生物的營養物質，會促進冷卻水中微生物的生長，這是應用聚磷酸鹽時必須注意的問題。有機磷酸（鹽）具有阻垢和緩蝕雙重作用。一般在采用有機磷酸（鹽）作為阻垢劑使用時，投加量為1～5mg/L，當有機磷酸（鹽）投加量接近5mg/L左右時，其所能維持的極限碳酸鹽硬度增加值有限，因而過分加大劑量的意義不大。聚丙烯酸不僅有良好的阻垢性能，還能對非晶狀的泥土、粉塵和腐蝕產物以及生物碎屑等起分散作用。在與磷系藥劑配合使用時，聚丙烯酸鈉的一般用量為1～5mg/L，用量不宜過高，如超過5mg/L，會在換熱器表面生成聚丙烯酸鈣的沉淀，結成硬垢，且不易清除。

2.2 腐蝕抑制

（1）投加緩蝕劑

通過在循環水中添加緩蝕劑，就能有效地降低循環水系統中金屬設備的腐蝕速度。

（2）造膜法

① 一次造膜法。一次造膜法就是在凝汽器停運的條件下，將硫酸亞鐵溶液通過凝汽器銅管，進行專門的造膜運行。此法適用于新通過投入運行以前和通過檢修后的啟動前。

② 運行中造膜法。造膜是應每隔24h連續加1h FeSO4溶液，或每隔12h連續加FeSO4溶液0.5h。加藥時使通過凝汽器的冷卻水中含鐵1mg/L。運行中加藥地點設在凝汽器的冷卻水入口端，距離應適宜。

3 結束語

綜上所述，可得到以下結論：

1.循環水中產生的鹽垢一碳酸鈣垢為最常見，危害最大，因此，防垢處理主要以防止碳酸鈣水垢為主。

2.金屬腐蝕由電化學、微生物、酸引起，它的控制主要是加緩蝕劑和殺菌劑。

參考文獻

[1]嚴煦世，范瑾初 《給水工程》 中國建筑工業出版社 1999年12月第四版

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會 《火力發電廠水工設計規范 DL/T5339-2006》 中國電力出版社 2006年11月第一版