全中水條件下循環(huán)水模擬試驗研究及應(yīng)用

楊其濤

(華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州 277500)

0 引言

華電滕州新源熱電有限公司(以下簡稱新源熱電)#3，#4機組為2臺350 MW供熱機組，原循環(huán)水水源為馬河水庫地表水及少量城市中水。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)共有2臺雙曲線自然通風(fēng)逆流冷卻塔。每臺機組設(shè)計冬季和夏季的循環(huán)水量為25 000 m3/h和41 000 m3/h，凝汽器材質(zhì)為TP316L不銹鋼。循環(huán)水系統(tǒng)管道和其他換熱器殼體材質(zhì)為碳鋼。循環(huán)水處理方式為加硫酸、阻垢劑及殺菌劑。

根據(jù)地方政府減少地表水使用、提高中水用量的要求，新源熱電需要加大中水回用量。由于電廠循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)在循環(huán)水水質(zhì)條件比較惡劣時容易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，影響機組運行的安全性和經(jīng)濟性[1]。當(dāng)循環(huán)水由水質(zhì)較好的地表水更換為水質(zhì)較差的中水時，需進行模擬試驗，通過靜態(tài)阻垢試驗及動態(tài)模擬試驗，確定循環(huán)水用緩釋阻垢劑在運行中的最佳濃縮倍率和緩釋效果，將起到防止凝汽器結(jié)垢和腐蝕的重要作用[2]，保證機組的安全、穩(wěn)定運行。

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 阻垢緩蝕劑理化性能分析

依據(jù)DL/T 806—2013《火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水用阻垢緩蝕劑》，對緩釋阻垢劑進行理化性能檢測，結(jié)果見表1。檢測結(jié)果表明，阻垢緩蝕劑符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 試驗水質(zhì)

對中水水質(zhì)全分析，水質(zhì)全分析結(jié)果見表2。

1.3 試驗儀器及裝置

1.3.1 靜態(tài)阻垢試驗裝置

靜態(tài)試驗的目的是采用極限碳酸硬度法初步確定循環(huán)水極限濃縮倍率及對應(yīng)加藥量。試驗裝置如圖1所示。

表1 阻垢緩蝕劑理化性能檢測結(jié)果

表2 補充水水質(zhì)全分析結(jié)果

圖2 動態(tài)模擬試驗臺系統(tǒng)

編號加藥量/(mg·L-1)補充水堿度/(mmol·L-1)極限碳酸鹽硬度/(mmol·L-1)極限濃縮倍率KClKCa 工業(yè)應(yīng)用值KClKCa150.794.736.135.95 4.904.76251.245.694.864.67 3.893.743100.794.406.646.46 5.315.174101.246.595.855.68 4.684.54

注：本試驗求得的極限濃縮倍率需乘以系數(shù)0.80[2]，方可作為工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)，后續(xù)所有靜態(tài)阻垢試驗結(jié)果的現(xiàn)場應(yīng)用值均應(yīng)乘以該系數(shù)。

圖1 極限碳酸鹽硬度試驗裝置

1.3.2 動態(tài)模擬試驗試驗裝置

開展循環(huán)冷卻水動態(tài)模擬試驗，目的是為驗證靜態(tài)試驗結(jié)果的可行性，確定在此條件下運行的循環(huán)水控制指標(biāo)。動態(tài)模擬試驗臺系統(tǒng)如圖2所示。

2 試驗過程及結(jié)果

2.1 靜態(tài)阻垢試驗

加酸調(diào)節(jié)補充水堿度并添加阻垢緩蝕劑，采用極限碳酸鹽硬度法進行靜態(tài)阻垢試驗，結(jié)果見表3。

試驗結(jié)果表明，編號為1，2，4的加藥方案均能夠滿足3.8～4.5濃縮倍率的工業(yè)應(yīng)用要求。其中，將補充水堿度調(diào)至0.79 mmol/L、加藥量5 mg/L的加藥方案最經(jīng)濟，故選擇此加藥方案用于動態(tài)試驗。

2.2 動態(tài)模擬試驗

2.2.1 試驗期間的水質(zhì)變化情況

向補充水中加入阻垢緩蝕劑5 mg/L，調(diào)節(jié)堿度至0.8 mmol/L，連續(xù)補水進行動態(tài)模擬試驗。試驗期間，調(diào)整排污量使?jié)饪s倍率穩(wěn)定在3.8～4.5倍。動態(tài)試驗監(jiān)測情況見表4，濃縮倍率變化情況如圖3所示。

動態(tài)試驗結(jié)束時，測定循環(huán)水中硫酸根質(zhì)量濃度為1 322.0 mg/L，計算循環(huán)水中硫酸根+氯離子的總質(zhì)量濃度為1 909.5 mg/L，滿足硫酸根+氯離子不超過2 500 mg/L的要求[3]。

表4 動態(tài)模擬試驗期間的水質(zhì)變化情況

圖4 換熱器管出口內(nèi)表面

圖3 動態(tài)試驗期間循環(huán)水濃縮倍率隨時間變化曲線

2.2.2 換熱管內(nèi)黏泥沉積及結(jié)垢試驗

動態(tài)模擬試驗中，換熱管(316L材質(zhì))內(nèi)表面原始狀態(tài)和水沖洗后狀態(tài)如圖4所示。

從圖4可以看出：換熱管內(nèi)表面無明顯結(jié)垢性沉積物，系統(tǒng)無結(jié)垢傾向。

2.2.3 材質(zhì)腐蝕性能試驗

動態(tài)模擬試驗結(jié)束后，對試片附著的腐蝕產(chǎn)物和黏泥進行沖洗，觀察試片表面，稱重計算均勻腐蝕速率。腐蝕試驗的結(jié)果見表5。

由表5的試驗結(jié)果可以看出， 316L不銹鋼和HSn701-AB試片腐蝕速率滿足要求[3]，20號碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級別[4]。

表5 材質(zhì)腐蝕性能試驗結(jié)果

續(xù)表

2.3 試驗結(jié)論及控制指標(biāo)

試驗期間，循環(huán)水全堿度控制在2.76～3.21 mmol/L，pH值在8.55～8.77，濁度在2.10 FTU以下，CODCr在68.68 mg/L以下，符合pH值、濁度、CODCr的控制標(biāo)準(zhǔn)[3]；循環(huán)水無結(jié)垢現(xiàn)象，316L不銹鋼和HSn701-AB試片的腐蝕速率低于規(guī)定要求[4]；20號碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級別[4]；循環(huán)水濃縮倍率控制在3.82～4.49，Cl-質(zhì)量濃度在541.68～635.47 mg/L之間，滿足凝汽器不銹鋼管所適應(yīng)水質(zhì)的要求[5]。在上述動態(tài)模擬試驗基礎(chǔ)上，確定的循環(huán)水控制指標(biāo)見表6。

表6 循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 實際使用情況

在完成全中水模擬試驗后，新源熱電逐漸加大中水回用量，從2015年到2017年，2臺350 MW機組中水年使用量由100萬m3已增加至300萬m3以上，中水的使用比例由2015年初的30%已提高至2017年的80%以上。循環(huán)水水質(zhì)實際控制指標(biāo)見表7。

3.2 現(xiàn)場檢查情況

在機組檢修及停備用期間，新源熱電對循環(huán)水系統(tǒng)及凝汽器進行檢查，未發(fā)現(xiàn)凝汽器結(jié)垢問題，也未出現(xiàn)管材腐蝕加劇現(xiàn)象。2017年9月，#3機組凝汽器圖片如圖5所示。

表7 循環(huán)水水質(zhì)實際控制指標(biāo)

圖5 凝汽器水室外觀

為適應(yīng)中水水質(zhì)，目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)部分黃銅材質(zhì)冷卻器已改為316L不銹鋼，僅發(fā)電機氫冷器材質(zhì)為鎳銅。2017年9月，新源熱電化學(xué)專業(yè)在#3機組凝汽器水室加裝碳鋼(C20)、鎳銅(B20)腐蝕指示片(如圖6所示)。可利用機組檢修機會檢測腐蝕指示片的腐蝕速率，便于定量監(jiān)督循環(huán)水系統(tǒng)中碳鋼及鎳銅材質(zhì)的腐蝕情況。

圖6 循環(huán)水系統(tǒng)加裝的腐蝕指示片

4 結(jié)束語

通過開展全中水條件下循環(huán)水模擬試驗，確定了循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)，為加大中水回用量后的水質(zhì)監(jiān)督提供依據(jù)。

在加大中水回用量后，通過嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo)，實際生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)明顯結(jié)垢、腐蝕問題，保證了機組安全穩(wěn)定運行。

做好循環(huán)水系統(tǒng)的監(jiān)督與管理，一方面需要在機組運行期間繼續(xù)安裝模擬試驗確定的控制標(biāo)準(zhǔn)做好水質(zhì)監(jiān)督控制，以及加強膠球清洗系統(tǒng)的投運及維護管理。另一方面也需要在機組停備用和檢修期間做好凝汽器及相關(guān)系統(tǒng)的清淤、保護工作。