300 MW機組循環冷卻水阻垢緩蝕試驗研究

劉祥亮，王 寧，紀盛超，劉 洋，王 磊

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.沈陽遠大環境工程有限公司，遼寧 沈陽 110002）3.中國能源建設集團東北電力第四工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

300 MW機組循環冷卻水阻垢緩蝕試驗研究

劉祥亮1，王 寧2，紀盛超1，劉 洋1，王 磊3

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.沈陽遠大環境工程有限公司，遼寧 沈陽 110002）3.中國能源建設集團東北電力第四工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

通過對遼寧某電廠2×300 MW機組提供的循環水和3種藥劑進行阻垢性能篩選試驗、腐蝕控制試驗及動態模擬聯合加酸試驗，分析造成阻垢腐蝕差異的原因，為該廠的循環水處理提供科學的建議，降低了運行中的安全隱患，節省了可觀的經濟成本，為行業內其他電廠提供經驗參考。

循環冷卻水；阻垢緩蝕；節能降耗

隨著我國“一帶一路”經濟戰略能源的不斷輸出，發展弱化經濟增長對資源的依賴模式成為改善經濟發展可持續性的必經之路。火電機組循環水系統受氣溫、補充水水質、排污方式和運行調整控制等多重因素影響［1－3］。運行中循環水濃縮倍率控制不當會引起耗水量大幅增加或系統的結垢腐蝕等問題，是困擾機組安全降耗運行的關鍵點之一［4－5］。當季節氣溫、水質等變化時，必須通過針對性試驗研究以確定最佳循環水濃縮倍率，從而降低水資源浪費、凝汽器結垢腐蝕和微生物滋長等［6］。

遼寧某電廠2×300 MW機組的循環冷卻水系統，采用自然通風冷卻塔擴大單元制供水系統，補充水取自市污水處理廠再生水。凝汽器管材為TP304不銹鋼，管內設計流速為2.53 m／s，循環水設計濃縮倍率為2.8～3.3。本次試驗對該廠提供的3種水處理藥劑進行了靜態阻垢、緩蝕性能試驗及動態模擬試驗。

通過靜態藥劑篩選試驗，優選出阻垢、緩蝕性能較好的水處理藥劑并確定適宜的加藥量；經動態模擬試驗確定了適于該廠水質、材質等應用的水處理方式。由試驗結果綜合分析，提出循環水系統的運行監督控制指標，為行業內其他電廠提供經驗借鑒。

1 循環冷卻水系統概況

1.1 系統主要參數

循環冷卻水系統的主要參數如表1所示（按該廠提供的水平衡計算）。

表1 循環冷卻水系統主要參數

表2 中水的主要水質分析結果

1.2 補充水水質特點

該廠提供的污水處理廠中水的主要水質分析如表2所示。

由水質分析結果可看出，該廠補充水（中水）的水質特點如下：

a.JD、YD指標較高且波動大，循環水蒸發濃縮后易產生CaCO3水垢；

b.濁度及CODcr超出中水回用標準，易產生粘泥附著；

c.根據水分析數據及有關檢測結果綜合分析認為，該廠水處理藥劑應以阻垢、分散、緩蝕為主，避免水垢及粘泥附著管壁，影響機組的安全、降耗運行。

1.3 試驗用水質分析

試驗用水為電廠實地取水，取樣點為泵房。其水質分析結果如表3所示。

表3 試驗用水相關水質概況

試驗用水的JD、YD指標及濁度較高，BOD5超標。

2 循環水處理的藥劑篩選試驗

1號為聚磷酸鹽，2號為有機膦酸，3號為聚環氧琥珀酸。分別進行了阻垢性能、加藥計量及旋轉掛片腐蝕速率對比試驗。通過不同藥劑在最佳劑量條件下的極限碳酸鹽硬度和穩定的最高濃縮倍率以及對不銹鋼、碳鋼腐蝕狀況的綜合分析，篩選出適于該廠應用的水處理藥劑。試驗條件按照DL／T 300—2010《火電廠凝汽器管防腐防垢導則》進行，試驗中以ΔA≥0.2為水質穩定性判斷指標。

2.1 阻垢性能試驗

僅以3種藥劑加藥量為20 mg／L的數據繪制出阻垢性能試驗曲線，如圖1所示。

圖1 3種藥劑阻垢性能對比

由試驗曲線對比可明顯看出，相同加藥劑量條件下，3種藥劑的阻垢性能有所差異，3號藥劑穩定的濃縮倍率最高；2號藥劑次之；1號藥劑較差。

2.2 加藥劑量試驗

3種藥劑不同加藥量穩定的極限碳酸鹽硬度（簡稱極限碳硬）和濃縮倍率如表4所示。

表4 不同加藥劑量的阻垢性能試驗結果

表4中數據表明，隨加藥量的增加，3種藥劑穩定的極限碳硬和濃縮倍率均有提高。在試驗水質條件下，1號藥劑最高可穩定濃縮倍率2.72；2號藥劑最高穩定2.94；3號藥劑最高為3.35。若補充水JD降低，則穩定的濃縮倍率可相應提高。靜態試驗結果乘以0.8～0.85可作為工業應用參考。在試驗水質條件下，換算工業應用值，1號宜低于2.2、2號宜低于2.4、3號宜低于2.7運行，否則易在凝汽器管內結成水垢。

2.3 腐蝕試驗

采用GB／T 18175—2000《水處理劑緩蝕性能的測定》于旋轉掛片儀上進行試驗。按HG／T 3523—2008冷卻水化學處理標準腐蝕試片技術條件的要求進行試片處理。在6組試驗杯中，分別加入3種水處理藥劑及試驗用水，藥劑濃度為20 mg／L（循環水計）。將試驗杯置入旋轉掛片機內恒溫加熱濃縮，維持液位。當濃縮倍率在2.0以上時，開始掛片計時。每種試片均懸掛2片，進行平行試驗，至96 h左右結束試驗。取出試片按要求進行處理、保干后稱重，并計算腐蝕速率。試驗結果如表5所示。

表5 腐蝕試驗結果

由表5中數據可看出，3種藥劑加藥濃度同為20 mg／L條件下，A3碳鋼的腐蝕速率1號、2號均超出國家標準要求（國家標準對碳鋼換熱設備的規定為≤0.075 mm／a），遠高于3號參考藥劑并有明顯銹蝕。3種藥劑在上述試驗條件下，不銹鋼的腐蝕速率均達國家標準（≤0.005 mm／a）要求。

2.4 水處理劑篩選試驗結果綜合分析

在該廠提供的水質及材質條件下，實驗室循環水阻垢、緩蝕試驗結果表明如下。

a.2號藥劑的阻垢性能較1號好，但均不如3號藥劑。當加藥劑量為20 mg／L時，2號可穩定循環水濃縮倍率至2.94（換算為工業應用宜小于2.4），3號可穩定循環水濃縮倍率至3.35（工業應用宜小于2.7）。

b.藥劑穩定的濃縮倍率與補充水JD指標有關，若JD指標降低則濃縮倍率可相應提高。

c.3種藥劑對不銹鋼的緩蝕效果較好，腐蝕速率均達國家標準要求；1號、2號藥劑對碳鋼的腐蝕速率均高于國家標準要求。

綜合分析結果認為，在試驗水質條件下，單獨選用1號、2號提供的水處理劑只能穩定循環水濃縮倍率在2.0～2.4，3號藥劑達2.7左右，不能滿足設計要求。建議采用加藥與硫酸聯合處理方式，提高循環水的濃縮倍率。

3 聯合處理方式提高循環水濃縮倍率試驗

在試驗水質條件下，鑒于單獨采用3種藥劑穩定的循環水濃縮倍率均較低，既不能滿足設計要求，又浪費水資源且環保性較差，因此進行了與硫酸聯合處理方式試驗。

3.1 阻垢性能試驗

加硫酸中和部分碳酸鹽硬度，實現提高濃縮倍率需求。3種水處理藥劑硫酸聯合處理的試驗結果如表6及圖2所示。

試驗結果表明，在相同加藥及加酸量情況下，3號水處理藥劑的阻垢性能最好，穩定的極限碳硬及濃縮倍率最高；2號次之；1號較差，但均可達3倍以上。同一種水處理劑，穩定的極限碳硬及濃縮倍率，隨加酸量的增加而遞增。循環水濃縮倍率控制在3～5較適宜。水處理劑的阻垢性能越好，穩定的極限碳硬越高，則維持相同濃縮倍率時的加酸量越少，有較好經濟性。加酸量多少取決于補充水堿度，堿度高加酸量多；堿度低則加酸量可相應減少。

3.2 聯合處理的腐蝕試驗

聯合處理方式不同藥劑的腐蝕試驗結果，如表7所示。

表6 不同加酸量的阻垢試驗結果

圖2 聯合處理阻垢性能對比

腐蝕試驗結果表明，1號、2號藥劑加酸后，A3碳鋼的腐蝕速率較高，遠超出國家標準要求，試片表面銹斑較多；不銹鋼的腐蝕速率均低于國家標準要求。

表7 聯合處理的腐蝕試驗結果

3.3 經濟效益估算

試驗水質條件下，不同藥劑不同處理方式的經濟效益估算如表8所示。

由表8經濟效益估算可明顯看出，隨循環水濃縮倍率逐增，補充水量遞減。提高濃縮倍率節水效果顯著。在單純水處理劑處理方式下，當濃縮倍率由2.18提高至2.68時，每年可節水94.2萬m3，節約水處理費用188.4萬元／a。采用聯合處理方式，若濃縮倍率由2.18提高至3.3，每年可節水154.1萬m3、節約水費308萬元，去除加酸費用還節約245.2萬元。若濃縮倍率提高至4.94，則每年可節水221.7萬m3、節約水費443.4萬元，除去加酸費用還節約376.3萬元。加酸量與所選阻垢劑的阻垢性能有關，阻垢性能好，穩定的極限碳硬高，則欲達同等濃縮倍率時可減少加酸量。如3號水處理藥劑循環水濃縮倍率提高至3.96時，加酸量為734.5 t／a；而1號水處理藥劑濃縮倍率3.85時，加酸量為863 t／a，每年可節約130 t硫酸。2號水處理藥劑濃縮倍率為4.04時，加酸量為849 t／a；1號4.07時，加酸886 t／a，計算每年可節約37 t硫酸。加酸量與補充水堿度關系密切，補充水堿度越高，加酸量越大。本試驗“中水”JD為5.25 mmol／L，因此加酸量很大。若降低補充水堿度至3 mmol／L中和補充水JD至2.0 mmol／L，循環水濃縮倍率達3.0～5.0時，每年只需加酸200～300 t。

表8 經濟效益估算

4 動態模擬試驗

為適應該廠“中水”水質變化幅度大以及提高循環水濃縮倍率等需求，建議采用聯合水處理方式，即加酸中和部分補充水堿度，使提高濃縮倍率后的循環水碳酸鹽硬度仍在水處理藥劑特定范圍內，以確保凝汽器安全經濟運行。

4.1 阻垢性能試驗

采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯合處理方式，1號藥劑于10月24日—11月5日進行試驗，2號藥劑11月7號—11月20日進行試驗，加藥劑量均為20 mg／L，分別加酸調補水JD至1.9 mmol／L后進行試驗。試驗結果如表9、圖3所示。

表9 動態阻垢試驗結果

4.2 動態腐蝕試驗

圖3 動態加酸聯合處理試驗曲線

當濃縮倍率約為2時，于動態模擬試驗裝置的腐蝕試驗管內分別懸掛A3碳鋼和TP304不銹鋼腐蝕試片各2枚。試驗結束時取出試片，按有關要求處理，稱重并計算腐蝕速率。試驗結果如表10所示。

表10 腐蝕試驗結果

5 結論

綜合該廠水質特點和提供藥劑的試驗結果，3號藥劑阻垢性能更好，穩定的極限碳硬高。在相同倍率下，可減少加酸量；加酸量大小與補充水JD有關，補水JD越低加酸量越少。經估算加酸聯合處理每年可節水154.1萬m3、可節約費用370余萬元。

TP304不銹鋼強度高，耐腐蝕性能較好，但易產生粘泥及沉積物。應加強進水的防污、攔污及殺菌滅藻處理工作，強化膠球清洗力度，始終保持不銹鋼表面的清洗度。短時停機時，循環水泵應繼續運行；長期停機，凝汽器應放水并吹干；發現管內有沉積物應進行徹底清洗，并保持表面的干燥性。

［1］ 楚行軍.關于循環水濃縮倍率控制方面的分析［J］.東北電力技術，2012，33（4）：12－13.

［2］ Zhang Y J，Wang D.Comparative analysis of river water quality indexes of recycled industrial circulating cooling water system［J］.Water＆Wastewater Engineering，2015，8（1）：5－6.

［3］ 梁慧軍.循環水提高濃縮倍率的條件和影響因素［J］.中國給排水，2010，32（1）：37－40.

［4］ 劉政修，袁與亭.采用城市再生水作為循環冷卻水補水的排污水處理工藝探討［J］.東北電力技術，2014，35（4）：20－24.

［5］ 李樹彬，孟令輝，王光春.提高循環水濃縮倍率的措施［J］.科技創新，2015，6（1）：10－12.

［6］ 李 敬，魏運剛.循環水泵的節能改造理論與應用［J］.東北電力技術，2005，26（3）：47－50.

Study on Scale and Corrosion Inhibition for Circulating Cooling Water of 300 MW Thermal Power Plant

LIU Xiang?liang1，WANG Ning2，JI Sheng?chao1，LIU Yang1，WANG Lei3
（1.Liaoning Dongke Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Shenyang Yuanda Environmental Engineering Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110002，China；3.Energy China Northeast fourth Electric Power Engineering Co.，Ltd.，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

Screening tests of scale inhibition performance，corrosion control tests and dynamic simulation experiments combined with circulating cooling water and three scale inhibitors are performed in this paper.Circulating cooling water and three scale inhibitors are provided by a 2×300 MW thermal power unit in Liaoning province.This paper analyses the cause of corrosion scale differences，it pro?vides scientific advice and improvements for the treatment plant.These measures can effectively reduce potential safety hazard and save significant economic costs，the purpose is to provide some references for other electric power plant.

Circulating cooling water；Scale and corrosion inhibition；Energy saving and consumption reduction

TM621.8

A

1004－7913（2016）01－0034－05

劉祥亮（1987—），男，碩士，工程師，從事電廠化學技術研究工作。

2015－10－26）