火電廠循環冷卻水防垢緩蝕處理試驗研究

劉平

（貴州黔桂發電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

火電廠循環冷卻水防垢緩蝕處理試驗研究

劉平

（貴州黔桂發電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

在火電廠循環冷卻系統的長期使用過程中，往往容易產生水垢和腐蝕問題，影響系統的使用壽命和正常運行。本文結合實例，采取循環冷卻水防垢緩蝕試驗的方式，針對循環冷卻水的防垢緩蝕情況進行了試驗分析，從而提高最終的防垢緩侵效果。

火電廠；循環冷卻；防垢緩蝕；試驗

1 引言

火電廠作為用水大戶，其用水過程的重點就在于冷卻水、沖灰水環節的優化，在火電廠循環冷卻水系統的運行過程中，循環冷卻水中往往含有鎂、鈣、氯根等化學元素，在經過冷卻系統之后被進一步濃縮，即會在凝汽器銅管的表面形成污垢，降低銅管導熱系數，甚至導致大量的汽輪機無法及時被冷凝，積聚于排汽口，影響汽輪機安全運行。因此，對于火電廠循環冷卻水防垢的研究十分必要。

2 火電廠循環冷卻系統概述

2.1 火電廠冷卻水系統

直流式冷卻水系統中，冷卻水會直接自湖、河、海洋中抽取出來，經簡單的處理后，送入凝汽器，與汽輪機乏汽進行熱交換，然后全部排掉而不循環使用。其特點在于冷卻水的用量大，水質沒有顯著變化；無需冷卻塔等設備，因而投資少、操作簡便，適用于水源非常豐富的地區。

2.1.2 密閉式循環冷卻水系統

密閉式循環冷卻水系統中，冷卻水的整個循環流動過程是封閉的，不與大氣接觸。該系統的密封性非常嚴格，因而循環水的損失較少，水中含有的各種礦物質、離子等的含量也基本不變，水質不會有明顯變化。其特點在于對冷卻水的水質要求較高，且處理費用也相應較高，適用于缺水嚴重的電廠。

2.1.3 敞開式循環冷卻水系統

敞開式循環冷卻水系統圖如圖1所示，冷卻水通過循環水泵，送入凝汽器，然后與其中的汽輪機乏汽換熱，再經過凝結水泵，送入除氧器中實現循環使用。還可以通過凝汽器中的蒸汽冷卻之后，會凝結為水，進而經過冷卻塔的冷卻，累積于底部的集水池中，最后由循環水泵送入凝汽器，實現循環使用。該系統多用于缺水地區。流入在循環冷卻的過程中會與空氣接觸，出現蒸發現象，濃縮了水中的各種礦物質、離子等，導致其濃度越來越大，容易出現結垢和腐蝕。

圖1 敞開式循環冷卻水系統

2.2 火電廠循環冷卻水系統的特點

①冷卻水量大，估算循環水量時，通常需要用40kg水來冷卻1kg的蒸汽；②冷卻系統的工藝流程較為簡單，且換熱器的數量較少，一臺機組中通常僅設置一臺凝汽器，然后配置若干臺冷油器、冷風器、壓縮機冷卻器、發電機氫冷卻器和定子水冷卻器；另外，換熱器的形式往往只有管程，換熱管材質則采用黃銅、不銹鋼與鈦合金；③冷卻水溫低，凝汽器出口的水溫通常約為40℃；④沒有泄漏和污染，能夠基本保證冷卻水的水質；⑤冷卻水系統的容積與循環水量比值較大，一般為 V：R=（1：1.5）～（1：2），300MW 的機組，其值約為 1：2.5，600MW 機組則為 1：3。

進入新世紀,黨中央國務院提出以人為本、全面協調可持續的科學發展觀。2003年,胡錦濤在中央人口資源環境工作座談會上強調,環保工作要著眼于人民喝上干凈的水,呼吸清潔的空氣和吃上放心的食物,在良好的環境中生產生活,集中力量先行解決危害人民群眾健康的突出問題。截至2005年的中央人口資源環境座談會,中央一直將民生作為環境保護的目標。2008年國務院機構改革,原國家環保總局升格為環境保護部,主要職責為“擬訂并組織實施環境保護規劃、政策和標準,組織編制環境功能區劃、監督管理環境污染防治、協調解決重大環境問題等”。

3 火電廠循環冷卻水防垢緩蝕處理試驗

某火電廠投產發電機組的容量是2×350MW，二期設計的發電機組容量是2×350MW，單臺機組的循環水量達到32000m3/h。當前該電廠的機組凝汽器管采用的是316不銹鋼管，循環水管網則采用的是碳鋼管道。結合當地的水質特點、現場系統工藝參數等，該電廠采取了一系列試驗，研究循環冷卻系統的緩蝕阻垢效果。

3.1 當地水質的分析

根據對當地水質的分析，運用Lang1ier和Ryznrt指數判別式，針對補充水的穩定性進行分析和計算，其結果表明，補充水屬于中硬、中堿型水體，水質基本上較為穩定，具有輕微的腐蝕性。隨水溫、pH值的上升，或濃縮倍數的不斷提高，水質將會向嚴重的結垢趨勢發展。當前運用Langlier和Ryznrt指數計算進行的判斷，僅局限于循環水中碳酸鈣的溶解平衡，但是水體中還包含其他的沉積垢物種類，因此還需要通過試驗的方式，予以驗證。

3.2 試驗藥劑的選擇

試驗所需要的藥劑包括復合緩蝕阻垢劑ZX-1，其成分主要包括有機磷酸、聚羧酸、碳鋼緩蝕劑等。采用的配方具備優良的緩蝕性能、阻垢性能與穩鋅效果，且不含有磷酸鹽，含磷量低，這樣講有利于控制循環水中的微生物含量，減輕廢水排放過程中，高濃度磷酸鹽對周邊環境造成的富營養化污染。該藥劑無需調節pH值，便于管理，可將其直接加入循環水系統中。

3.3 靜態阻垢試驗

參照《水處理藥劑阻垢性能測定方法-鼓泡法》（HG/T2024-91）中的方法，開展靜態阻垢試驗。試驗用水采集的是現場補水，其濃縮倍數在4.0條件下，按照補水計，藥劑的投加量分別是10mg/L、15mg/L，試驗結果見表1。

表1 靜態阻垢試驗結果

由以上試驗結果可見，在試驗的條件下，阻垢率也會隨緩蝕阻垢劑ZX-1濃度的增加而有所增加。以補水計，ZX-1的投加量是15mg/L，濃縮倍數為4.0，其阻垢率已經超過98%，如果其投加量是15mg/L緩蝕阻垢劑，則在極限碳酸鹽試驗之后，需要考察藥劑極限阻垢性能。

3.4 極限碳酸鹽試驗

極限碳酸鹽法相較于傳統的方法，其試驗條件接近實際系統運行條件，因此對于阻垢劑性能方面的評價也較為客觀。ZX-1投加量是15mg/L，濃縮倍數為1.0～4.5，其試驗的溫度控制為（50±1）℃，維持原水的pH值。ΔB、ΔA、ΔH的計算公式如下：

式中：K-濃縮倍數；ρ1-補水 Ca2+的質量濃度，mg/L；ρ2-在濃縮倍數為K時Ca2+的質量濃度，mg/L；M1-補水總堿度，mmol/L；M2-在濃縮倍數為K時的總堿度，mmol/L；X1-補水總硬度，mmol/L；X2-在濃縮倍數為K時的總硬度，mmol/L。

由以上極限碳酸鹽試驗的結果發現，處于該試驗條件下，極限碳酸鹽濃縮的倍數達到4.33，超過了此濃縮倍數后，ΔB、ΔA和ΔH均出現明顯的增大，表明水質將出現明顯的結垢問題，因此需要在運行中控制濃縮倍數在4.0為宜。

3.5 旋轉掛片腐蝕試驗

腐蝕試驗通過試驗計算試片腐蝕速率，觀察并記錄了局部的腐蝕情況。試驗儀器采用的是江蘇高郵儀器廠RCC-I型旋轉掛片腐蝕試驗儀，而試驗的用藥劑投加量設計為15mg/L，將補充水濃縮到4.0倍的濃度后，即可作為試驗用水。試驗中采用了不銹鋼與A3碳鋼標準試片，其面積是 28cm2，時間達到 72h，溫度控制在（50±1）℃，轉速為 75r/min。

由旋轉掛片腐蝕試驗的結果，可以發現在試驗條件下，碳鋼、不銹鋼材質等，都具有良好的緩蝕效果，碳鋼的平均腐蝕率是0.0480mm/a，低于《工業循環冷卻水設計規范》（GB50050-2007）中的標準值（<0.075mm/a）；而不銹鋼的平均腐蝕率是0.0008mm/a，同樣低于標準值。

3.6 動態模擬試驗

以單項性能試驗為基礎，開展動態模擬試驗，綜合考察ZX-1具有的緩蝕阻垢性能，測定不銹鋼試管、監測掛片所具有的腐蝕速率，以及試管污垢的沉積速率，這些參數是影響傳熱效果的重點，是污垢、腐蝕產物和粘泥等諸多因素的綜合反映和定量評價。

運行濃縮倍數為4.0，藥劑投加量為15mg/L，冷卻水流速為1m/s，常壓飽和蒸汽100℃，換熱器進出口循環水平均溫差10℃，運行時間336h；采用不銹鋼試片，面積為28cm2；換熱管用不銹鋼材質，φ10mm×1mm×560mm，在此試驗條件下進行動態模擬試驗，結果見表2。由表2可以看出，動態模擬試驗的腐蝕速率、粘附速率和年污垢熱阻值均滿足GB50050-2007標準要求。

表2 動態模擬試驗結果

4 結語

通過在實驗室中開展試驗的方式，結合具體的試驗結果，了可以發現，按補水計緩蝕阻垢劑ZX-1投加量是15mg/L，循環冷卻水中總磷（以PO43-計）質量濃度為2.0mg/L，循環冷卻水系統濃縮倍數為4.0的條件下，具有良好的緩蝕和阻垢效果，其實際使用效果得到了保障，并能夠確保循環水系統的安全、穩定運行。

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[2]溫福亞，張考全.循環冷卻水系統生產總結[J].氮肥技術，2014（2）：72～73.

[3]褚貴祥.火電廠生活污水回用循環冷卻水的處理方法探討[J].科技創新與應用，2014（1）：21～22.

TM621.8

A

1004-7344（2016）21-0068-02

2016-7-10

劉 平（1982-），女，仡佬族，貴州遵義人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向是火電廠化學水煤油試驗方面。