復合型阻垢劑在電廠循環冷卻水中的應用

陳燕

摘 要：火力發電廠中的生產用水，80%以上的都是循環冷卻水。在循環冷卻水系統中，由于溶解鹽類的濃縮，補充水和循環水中存在的溶解氧、懸浮物、孢子和細菌，造成循環水水質惡化，導致腐蝕、結垢，菌藻以及微生物粘泥等，形成污垢沉積。污垢包括水垢，又稱硬垢和軟垢，硬垢是由水中的微溶性鹽類沉積在換熱器面上而形成的垢層；軟垢是由泥沙、懸浮物、微生物及孢子和腐蝕產物構成。

關鍵詞：發電廠；循環冷卻水；復合型阻垢劑

1 前言

重慶中梁山發電廠裝機容量為2×6000kw，循環冷卻水量在2000-3500噸/時，補充水量100噸/時，系統蓄水量為1000m3。循環水冷卻系統采用敞開式系統，引用礦井水作為補充水，此礦井水為高硬度、高堿度、高懸浮物水質。這種水質若不處理，循環水系統極易結垢，而所結的污垢容易沉積在傳熱面上，影響傳熱的正常進行，使換熱器的工作效率下降，甚至堵塞換熱管，減少冷卻水流量。此外，沉積物和微生物的生成，會導致污垢覆蓋的缺氧區和沒有污垢的富氧區構成腐蝕原電池而產生垢下腐蝕，從而使金屬的腐蝕速度加快。綜上所述都是造成發電廠循環冷卻水系統中冷凝器結垢原因。冷凝器結垢后，汽機真空度在2-3個月時間內由-0.090MPa（剛清洗后）降到-0.078MPa，嚴重影響正常生產。

2 水質分析

2.1 分別對中梁山發電廠補充水和循環冷卻水取樣分析，其結果見表1

表1

文章中所有的Ca2+、Mg2+、總硬度、總堿度均以CaCO3計。

2.2 系統運行參數：

循環冷卻水量： 3000--3500m3/h

系統蓄水量： 1000m3

冷卻水進水溫度：18℃--33℃

冷卻水出水溫度： 28℃--43℃

進出水溫差： 10℃

補充水量： 100--120m3/h

濃縮倍數： 1.6--2.0

系統設備材質： 碳鋼、黃銅

2.3 水垢的形成及結垢趨勢

2.3.1 水中溶解物質的結垢

補充水中存在著Ca2+、Mg2+、HCO3-、OH-、CI-等離子，當它們的濃度達到一定量時就會生成一些難容或微容于水的物質結晶析出，即成水垢。80%以上是碳酸鹽水垢，其反應一般分為：

第一種：重碳酸鹽在水中與CO2存在下述平衡反應

Ca2++2HCO3→CaCO3↓+CO2↑+H2O

因循環水的不斷濃縮，水中Ca2+和HCO3濃度增加，CaCO3↓濃度達到飽和而析出。

第二種：重碳酸鹽在堿性條件下會發生如下反應形成水垢：

Ca（HCO3）2+2OH-→CaCO3↓+2H2O+CO32-

第三種：與水中氯化鈣置換反應形成水垢：

CaCl2+CO32-→CaCO3↓+2Cl-

2.3.2 循環水結垢趨勢

由Ryznar（雷茲納）指數來判斷循環水系統水質結垢趨勢

表2 穩定指數（IR）與水的特性關系

IR=2PHs-PH PHs=（9.3+Ns+Nt）-（NCa+NJD）

式中：

Ns--溶解固體常數，0.19；

Nt--溫度常數，1.8；

NCa--鈣堿度常數，1.8；

NJD--總堿度常數，2.7；

由此計算出IR=4.36，屬于嚴重結垢水質。

3 水垢的控制

根據中梁山發電廠補充水水質特征：為高堿度、高硬度、高濁度水，可選用由維邦公司新研制的WB--711高效阻垢緩蝕劑，它是由多種有機膦羧酸鹽、有機膦酸鹽、有機膦磺酸鹽、聚羧酸鹽、聚馬來酸多元共聚物、天然分散劑、高效緩蝕劑等復合而成。

3.1 阻垢原理

3.1.1 螯合增溶作用

阻垢劑能與水中的Ca2+、Mg2+等陽離子形成穩定的可溶性螯合物，從而提高了冷卻水中Ca2+、Mg2+離子的允許濃度，如聚羧酸鹽和聚馬來酸多元共聚物。見圖1：

3.1.2 晶格畸變作用

有機磷酸鹽對CaCO3垢層起抑制作用，主要是對CaCO3垢層晶格生長

起著干擾作用，使CaCO3垢層晶格發生很大的畸變，可使CaCO3垢層轉變為一定程度的容易被水沖走的軟垢。見圖2：

3.1.3 凝聚與分散作用

聚羧酸鹽類聚合物在水溶液中溶解生成的陰離子在CaCO3微晶體碰撞時，會發生物理化學吸附現象，在生長晶核附近的擴散邊界層內聚集，形成雙電層并阻礙形成垢離子或分子在金屬表面聚集，阻礙CaCO3晶粒與金屬表面碰撞，從而減少溶液中晶粒數，進而將CaCO3穩定在水中。

3.2 緩蝕機理

WB-711阻垢緩蝕劑中屬于陰極型緩蝕劑，它的緩蝕作用是通過有機化合物對金屬表面的化學吸附而形成的保護膜來完成。這種吸附膜能阻礙氧的擴散或提高氧或H+還原反應的過電位，使腐蝕速度大大降低。

3.3 循環水PH值的控制

循環水中PH值在7-9.5時，水中主要存在HCO3+離子。堿度高，PH值就越大，特別是當堿度大于硬度（即出現負硬度）時，會形成重碳酸鹽，達到一定濃度后就會形成CaCO3水垢。因而控制循環水PH值在一定范圍內，可以穩定水中結垢離子的平衡關系。

在循環水中加入堿度調節劑（主要成分為硫酸），可以中和水中的部分碳酸鹽。其反應式：

Ca（HCO3）2+H2SO4→CaSO4+2CO2+2H2O

Mg（HCO3）2+H2SO4→MgSO4+2CO2+2H2O

加酸后，把碳酸鹽硬度轉化成非碳酸鹽硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 靜態阻垢、腐蝕試驗

4.1 靜態阻垢試驗

4.1.1 試驗條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時間：10h

4.1.2 試驗結果

表3 靜態阻垢試驗結果

當WB-711T投加濃度為15-25mg/L時，阻垢率可達95%以上。

4.2 旋轉掛片腐蝕試驗

4.2.1 試驗條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時間：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 試驗結果

表4 旋轉掛片腐蝕試驗結果

試驗結果表明，WB-711T對碳鋼、銅有良好的緩蝕效果，其腐蝕率優于《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-95）。

5 現場應用

2013年3月，我廠開始循環冷卻水系統投加WB-711T阻垢緩蝕劑和堿度調節劑，投加前，汽機真空度為-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用連續加藥方式。將阻垢緩蝕劑和堿度調節劑配成一定濃度的溶液，用計量泵連續加入儲水池中，采用分析水中總堿度和PH值來調節加藥量。

5.2 日常運行監控

循環水日常運行控制指標：總磷2.5mg/L、PH值8-9.1、堿度<11.5mmol/L，濃縮倍數<1.8、總硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通過三個月的試用，經循環水水質監控分析，得出平均阻垢率可達到95.2%。見表5

表5 循環水、補充水水質分析數據

5.4 腐蝕監測

在蓄水槽內懸掛銅、碳鋼標準掛片，40天后測點腐蝕率。

掛片腐蝕測試數據 單位：g

掛片表面積30cm2，碳鋼掛片密度7.80g/cm2，銅材密度8.52g/cm2，其平均腐蝕率分別為：碳鋼0.1211mm/a；銅材0.0224mm/a。達到《工業循環冷卻水處理設計規范》。

6 結束語

發電廠試用WB-711T阻垢劑一年多時間，循環冷卻水系統，基本上沒有新增硬垢，汽機真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和緩蝕效果良好，且操作簡便，在同類水質的循環冷卻水系統中使用有推廣運用的價值。

加酸后，把碳酸鹽硬度轉化成非碳酸鹽硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 靜態阻垢、腐蝕試驗

4.1 靜態阻垢試驗

4.1.1 試驗條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時間：10h

4.1.2 試驗結果

表3 靜態阻垢試驗結果

當WB-711T投加濃度為15-25mg/L時，阻垢率可達95%以上。

4.2 旋轉掛片腐蝕試驗

4.2.1 試驗條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時間：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 試驗結果

表4 旋轉掛片腐蝕試驗結果

試驗結果表明，WB-711T對碳鋼、銅有良好的緩蝕效果，其腐蝕率優于《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-95）。

5 現場應用

2013年3月，我廠開始循環冷卻水系統投加WB-711T阻垢緩蝕劑和堿度調節劑，投加前，汽機真空度為-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用連續加藥方式。將阻垢緩蝕劑和堿度調節劑配成一定濃度的溶液，用計量泵連續加入儲水池中，采用分析水中總堿度和PH值來調節加藥量。

5.2 日常運行監控

循環水日常運行控制指標：總磷2.5mg/L、PH值8-9.1、堿度<11.5mmol/L，濃縮倍數<1.8、總硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通過三個月的試用，經循環水水質監控分析，得出平均阻垢率可達到95.2%。見表5

表5 循環水、補充水水質分析數據

5.4 腐蝕監測

在蓄水槽內懸掛銅、碳鋼標準掛片，40天后測點腐蝕率。

掛片腐蝕測試數據 單位：g

掛片表面積30cm2，碳鋼掛片密度7.80g/cm2，銅材密度8.52g/cm2，其平均腐蝕率分別為：碳鋼0.1211mm/a；銅材0.0224mm/a。達到《工業循環冷卻水處理設計規范》。

6 結束語

發電廠試用WB-711T阻垢劑一年多時間，循環冷卻水系統，基本上沒有新增硬垢，汽機真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和緩蝕效果良好，且操作簡便，在同類水質的循環冷卻水系統中使用有推廣運用的價值。

加酸后，把碳酸鹽硬度轉化成非碳酸鹽硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 靜態阻垢、腐蝕試驗

4.1 靜態阻垢試驗

4.1.1 試驗條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時間：10h

4.1.2 試驗結果

表3 靜態阻垢試驗結果

當WB-711T投加濃度為15-25mg/L時，阻垢率可達95%以上。

4.2 旋轉掛片腐蝕試驗

4.2.1 試驗條件

Ca2+：360mg/L； 堿度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 溫度：80±1℃； 時間：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 試驗結果

表4 旋轉掛片腐蝕試驗結果

試驗結果表明，WB-711T對碳鋼、銅有良好的緩蝕效果，其腐蝕率優于《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-95）。

5 現場應用

2013年3月，我廠開始循環冷卻水系統投加WB-711T阻垢緩蝕劑和堿度調節劑，投加前，汽機真空度為-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用連續加藥方式。將阻垢緩蝕劑和堿度調節劑配成一定濃度的溶液，用計量泵連續加入儲水池中，采用分析水中總堿度和PH值來調節加藥量。

5.2 日常運行監控

循環水日常運行控制指標：總磷2.5mg/L、PH值8-9.1、堿度<11.5mmol/L，濃縮倍數<1.8、總硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通過三個月的試用，經循環水水質監控分析，得出平均阻垢率可達到95.2%。見表5

表5 循環水、補充水水質分析數據

5.4 腐蝕監測

在蓄水槽內懸掛銅、碳鋼標準掛片，40天后測點腐蝕率。

掛片腐蝕測試數據 單位：g

掛片表面積30cm2，碳鋼掛片密度7.80g/cm2，銅材密度8.52g/cm2，其平均腐蝕率分別為：碳鋼0.1211mm/a；銅材0.0224mm/a。達到《工業循環冷卻水處理設計規范》。

6 結束語

發電廠試用WB-711T阻垢劑一年多時間，循環冷卻水系統，基本上沒有新增硬垢，汽機真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和緩蝕效果良好，且操作簡便，在同類水質的循環冷卻水系統中使用有推廣運用的價值。