發電機組循環冷卻系統循環水零排放

段立輝，韓寶成，王玉雷

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271100）

1 前言

在敞開式循環冷卻水系統中，冷卻水是重復循環使用的，冷卻水在通過冷卻塔降溫時會不斷被蒸發掉，水蒸發過程不帶走鹽分，蒸發的結果是循環系統水量的不斷減少、含鹽量和各種離子濃度的不斷增加。為了維持循環系統水量、含鹽量和各種離子濃度的穩定，通常的做法是補充新水并排出一定量的循環水［1］，排出的循環水送往污水處理廠進行生物降解、絮凝沉淀和離子脫鹽處理，處理合格的水再次回收利用。而除了污水處理廠處理排水實現循環水零排放的處理方式以外，還有設備處理與藥劑處理相結合和單純的藥劑處理的方式，同樣可實現循環水零排放。山東泰山熱有限公司燒結余熱發電機組為12 MW低溫低壓、單缸、補汽凝汽式汽輪發電機組，冷卻塔采用機械通風冷卻塔。2018年10月26日通過投加藥劑的處理方式對燒結余熱發電機組循環冷卻系統實施零排放。

2 藥劑處理循環冷卻水零排放方法原理

當不考慮外界因素，任由循環冷卻水循環使用，僅通過補充新水維持循環冷卻系統水量而不做排污處理時，循環系統中含鹽量和各種離子濃度會不斷濃縮增加。當循環系統補水帶入的鹽量與風吹損失和滲漏損失帶走的鹽量相等時，循環系統的含鹽量不再增加并達到平衡。通過投加緩蝕劑、阻垢劑、絮凝劑、殺菌劑和粘泥剝離劑，生產系統換熱部位換熱效果滿足生產需要（即結垢控制在允許范圍內），管道、設備腐蝕率在國標范圍內，即通過藥劑處理實現了循環水的零排放。

3 燒結余熱發電機組循環冷卻水零排放

3.1 循環水零排放控制措施

3.1.1 堿度控制

在敞開式循環冷卻水系統中，重碳酸鹽的濃度隨著蒸發濃縮而增加，當其濃度達到飽和狀態時，易在換熱設備傳熱表面形成沉淀，化學反應式為：

碳酸鈣、氫氧化鎂、硫酸鈣等難溶化合物，當其陰、陽離子濃度的乘積超過其本身溶度積時，會生成沉淀沉積在傳熱表面上，而沉積物的形成是陰離子、陽離子共同作用的結果，當降低其中一方面的因素，其結垢傾向也隨之降低，化學反應式為：

由上面的化學方程式可知，加酸降低了水中的堿度，而水中部分碳酸鹽硬度轉變為非碳酸鹽硬度。為避免生成CaSO4垢，一般要求［Ca2+］×［SO42-］＜500 000 mg/L，一旦生成CaSO4垢，受硫酸鈣化學性質的影響，不容易對其進行清洗去除。所以循環冷卻系統采用加鹽酸的方式來降低循環水堿度，但是，加鹽酸調節堿度會向系統中帶入Cl-，增加了管道設備發生點蝕的傾向。

3.1.2 結垢、腐蝕控制

通過向循環冷卻系統加入鹽酸，控制循環水pH值7.0～8.0，甲基橙堿度控制在2.0 mmol/L左右，同時配合使用阻垢劑，達到抑制結晶體定向成長、增加成垢化合物的溶解度的目的，從而防止鈣、鎂離子碳酸鹽垢的形成。由于循環冷卻系統加入鹽酸帶入氯離子且循環水pH值相對較低，同時由于循環冷卻水不斷蒸發濃縮，水中的含鹽量很高，這三方面因素均大大增加了腐蝕控制難度，需要向循環水中加入高效緩蝕劑，而緩蝕劑中有針對性的加入防止點蝕的緩蝕劑。

3.1.3 濁度控制

受補充水濁度和周圍環境的影響，加之循環系統的旁濾過濾器效果差，循環水濁度一直較高，實施零排放前循環水濁度就在40 NTU左右；零排放實施后采用粘泥剝離劑與絮凝劑相結合的方式，通過投加絮凝劑降低循環水濁度，粘泥剝離劑剝離系統黏泥并防止絮凝沉淀物沉積在凝汽器、冷油器等換熱裝置的換熱面。2019年3月份對燒結余熱發電機組進行停機檢修，打開凝汽器、冷油器等換熱設備，發現換熱管內壁被一層黏泥覆蓋，但換熱管內壁并無水垢沉積。

3.1.4 微生物控制

燒結余熱發電機組在對微生物控制過程中，始終保持粘泥剝離劑在50～100 mg/L的有效濃度內，除了對系統黏泥的剝離作用外，同樣起到一定程度的殺菌滅藻作用。根據系統中藻類的生長情況，投加氧化性殺菌劑（如二氯異氰尿酸鈉）進一步進行殺菌滅藻處理。

3.2 循環系統中含鹽量和各種離子濃度變化

在對循環冷卻水系統實施零排放后，循環水各項電導率由原來的2 500 uS/cm左右上升到16 000 uS/cm左右，氯離子由原來的300 mg/L左右上升到4 000 mg/L左右，電導率和氯離子變化曲線如圖1所示。pH值由原來的8.9左右下降到略高于7.0，甲基橙堿度由原來的6.0 mmol/L左右下降至2.0 mmol/L左右，pH值和堿度變化曲線如圖2所示。硬度由原來的10 mmol/L左右上升到65 mmol/L左右，硬度變化曲線如圖3所示。

圖1 電導率和氯離子變化曲線

3.3 循環水零排放效果監控

3.3.1 換熱設備結垢監控

對于發電機組來說，一旦換熱設備發生結垢或污泥沉積，凝汽器真空、端差、排煙溫度、循環水進出口溫度等參數將會產生變化，具體的表現為凝汽器真空降低、端差升高、排煙溫度升高、循環水進出口溫差升高。在相同工況下負荷降低，各項參數的變化是同步發生的，但是以上參數的升高或降低不能全部確認為是結垢引起，對燒結余熱發電這類的余熱機組來說，上游工藝波動引起的煙氣等工況變化、環境溫度、設備及物料的泄漏均可造成上述參數的波動，需要綜合考慮。在零排放實施過程中，將真空、端差列入重點監控范圍，機組負荷＞10 MW時，要求夏季（5—9月）真空≥-86 kPa、冬季（1—4月、10—12月）真空≥-88 kPa；機組負荷＞6 MW時，夏季（5—9月）端差≤10℃，冬季（1—4月、10—12月）端差≤9℃。

圖2 pH值和堿度變化曲線

圖3 硬度變化曲線

3.3.2 系統腐蝕監控

系統腐蝕率的大小直接關系到管道設備的使用壽命和機組的運行安全，是必須監控的重要指標。在GB 50050—2007《工業循環冷卻水設計規范》中對腐蝕速率做了明確規定，其中碳鋼設備傳熱面水側腐蝕速率應＜0.075 mm/a，銅合金和不銹鋼設備傳熱面水側腐蝕速率應＜0.005 mm/a。為達到對系統腐蝕率準確監測的目的，在燒結余熱發電機組循環水冷油器管道上安裝掛片取樣器1組，其中掛入碳鋼掛片2個、不銹鋼掛片2個、銅掛片2個，在循環水池入口水流通暢位置掛入碳鋼掛片、不銹鋼掛片、銅掛片各1個，7 d對掛片進行稱重計算各材質掛片腐蝕率，腐蝕率能夠控制在《工業循環冷卻水設計規范》規定范圍內。

3.4 存在的問題

3.4.1 換熱設備污泥沉積嚴重

在對燒結余熱發電機組實施循環水零排放之前，每年對凝汽器等換熱設備清洗3～4次，每次停機檢修拆開凝汽器等換熱設備，均發現有污泥沉積在換熱設備管束內，而零排放的實施加劇了污泥的沉積，造成凝汽器真空的降低，真空最低時降至-80 kPa，機組效率明顯下降，在此期間對機組進行了在線酸洗，但效果不理想，利用停機檢修對凝汽器等換熱設備進行清淤后，機組真空升至-90 kPa。

3.4.2 藥劑投加、指標監控需要專人負責

在循環水零排放實施過程中需要加鹽酸調節堿度、pH，需要嚴格控制鹽酸的加入量，一旦鹽酸加多勢必造成循環水呈酸性，造成設備腐蝕；同時要確保緩蝕劑、阻垢劑的足量加入，保證系統中緩蝕劑和阻垢劑在有效濃度內，需要精確加藥計量；另外，還需要確保化驗密度和精度，以便于數據統計分析。因此，需要設置1～2人對零排放的實施專門管理。

3.4.3 化驗監督要求高、精度差

零排放實施后，pH值略高于7，化驗室pH計還作日常鍋爐水汽化驗（pH值9～11），pH值大范圍波動，而電極反應遲緩，造成化驗精度降低；循環水氯根、硬度高，采用稀釋法對其進行化驗，取樣為5～10 ml，化驗結果誤差大、精度低。

4 結語

通過藥劑處理實現循環水零排放，主要是通過控制堿度并輔助阻垢劑來防止換熱設備結垢，通過投加緩蝕劑防止管道設備腐蝕。通過對燒結余熱發電零排放實施后的運行情況分析，系統腐蝕和結垢能夠滿足標準要求，但是由于循環水中懸浮物高，旁濾過濾效果差，污泥沉積凝汽器等換熱設備造成機組效率下降。因此，當藥劑處理進行循環水零排放時，除了對系統腐蝕、結垢嚴加控制外，還需要對循環水濁度加以控制。