高效固體阻垢緩蝕劑在配套干熄焦發電機組的應用

李迎花

（新疆新冶華美科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830022）

干熄焦是利用吸收了紅焦顯熱的高溫循環氣體與除鹽除氧純水熱交換，產生額定參數和品質的蒸汽，并輸送給熱用戶或帶動汽輪機發電。真空度是影響汽輪機發電的經濟指標之一，有資料顯示，真空度下降1kPa，蒸汽量增加1.0%-1.5%，循環水系統及其水質又是影響真空度的主要因素之一。循環水系統周邊有石灰等料場，且干熄焦項目位于山腳下，春秋兩季風沙較大，循環水濁度常年超標，直接影響了凝汽器的換熱效率。本文闡述了循環水水質對真空度的影響、高效固體阻垢緩蝕劑對改善循環水水質的作用。

1 循環水水處理的原理及循環水系統工藝流程

1.1 循環水水處理的原理

該循環水系統是配套干熄焦2×15 兆瓦發電機組項目，系統設計循環水量為6300m3，保有水量為2500m3，補充水量120m3/h，采用工業新水做補水。該系統主要為汽輪機凝汽器蒸汽冷凝用，還有少量水用于設備冷卻。凝汽器設備管道材質為不銹鋼，換熱面積為1000m2；冷油器材質為銅管；空冷器材質為碳鋼；系統主管道吸水井至凝汽器管道材質為碳鋼。

循環冷卻水通過換熱設備，溫度升高，再經過冷卻塔與空氣接觸進行蒸發冷卻，進入冷水池循環使用。在蒸發冷卻過程中，熱量通過部分水的蒸發帶走熱量，水中的各種鹽類不蒸發，因此循環水中含鹽量不斷增加，產生濃縮。循環水中含鹽量的增加會導致在換熱設備和管道中產生結垢現象；另外水中腐蝕性離子達到一定濃度也會引起腐蝕，大量菌藻也會產生腐蝕。為了使水中含鹽量維持在一定范圍，需要給系統補充一定量的補充水，并投加適合的水處理化學藥劑和殺菌劑，使循環水系統中維持足夠的藥劑濃度，以保障設備和系統安全運行。

1.2 處理工藝流程（見圖1）

圖1 循環冷卻水水系統工藝流程

2 生產過程中出現的問題

凝汽器真空度降低，發電蒸汽單耗指標的升高。經過排查，發現存在如下問題：（1）打開凝汽器，凝汽器管內壁有明顯看見結垢和附著的積泥。（2）循環冷卻水進、出口水，溫差降低，凝汽器端差升高。（3）水質指標：濁度超標，硬度等指標也有超標現象。

3 影響生產的因素分析

3.1 環境因素的原因分析

該循環水系統是間接開式循環冷卻系統，周邊是石灰、焦煤、鐵精粉的料場，位置又坐落于山腳下，春秋兩季經常刮風。因此，受周邊環境影響，冷水池中懸浮顆粒較多，與其他凈環水系統比，濁度常年偏高，平均濁度大于50NTU，最高值達到200NTU，根據國家標準《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-2017），間接開式循環冷卻水濁度的控制指標應小于等于20.0NTU。為了降低該系統濁度，經常通過大量補充工業新水降低系統濁度，但仍然不能滿足水質指標，而且浪費了大量工業新水。

3.2 旁濾系統的原因分析

間接開式循環水系統，一般均配有循環水旁濾過濾器，其過濾量為總循環水循環量的5%-10%。該系統的旁濾量為總循環水量的5%，但由于該系統受外界環境影響，其濁度較高，旁濾器已不能滿足循環水水質的要求，因此濁度遠大于國標要求。

3.3 阻垢劑緩蝕性能的原因分析

阻垢劑緩蝕劑主要是有機磷系列配方，其主要成本以有機磷酸和聚羧酸類物質為主。其阻垢機理如下：

3.3.1 有機磷酸阻垢機理

晶格畸變：碳酸鈣垢是結晶體，其成長是按照嚴格順序，有帶正電荷的Ca2+與帶負電荷的CO32-相碰撞彼此結合，并按一定方向成長。在水中加入有機磷酸時，它們會吸附到碳酸鈣晶體的活性增長點上與Ca2+螯合，抑制了晶格向一定方向成長，因此使晶格歪曲，長不大而失去活性，同時也阻止了其晶格的沉淀。

3.3.2 聚羧酸的阻垢和分散機理

（1）增溶作用：聚羧酸物質帶負電荷可與Ca2+形成能溶于水的絡合物，從而使成垢化合物的溶解度增加起到阻垢作用。

（2）晶格畸變作用：聚羧酸的分子量相當大，是線性高分子化合物，它除了一端吸附在CaCO3晶粒上以外，其余部分則圍繞在晶粒周圍，使其無法增長而變得圓滑。因此晶粒增長受到干擾而歪曲，晶粒變得細小，形成的垢層松軟，極易被水流沖掉。

（3）靜電斥力作用：聚羧酸在水中電離成陰離子后有強烈的吸附性，它會吸附到懸浮在水中的一些泥沙、粉塵等雜質的粒子上，使其表面帶有相同的負電荷，因而使粒子間相互排斥，呈現分散狀態懸浮于水中。

由于該系統濁度高，水中的阻垢緩蝕劑被懸浮顆粒消耗，因此大大降低了阻垢劑的阻垢作用。通常該系統藥劑濃度控制在30mg/l，因為該系統濁度高，將藥劑濃度提高到60mg/l，其阻垢效果仍然不能滿足生產需要，導致凝汽器管束表面結垢，真空度降低。因該系統濁度高，顆粒物極易沉積在凝汽器的換熱面上。

由于長期濁度高造成凝氣器里泥巴較多，管孔內積存的泥巴大概有2-3mm；對阻垢緩蝕劑的阻垢、分散效果影響較大，使藥劑效果降低，極易導致結垢及懸浮物的附著。傳統的阻垢緩蝕劑已不能解決該系統的問題。

4 采取的措施

4.1 選擇適合該系統的阻垢緩蝕劑

4.1.1 高效固體阻垢緩蝕劑特點

高效固體阻垢緩蝕劑是一種新型的多功能環保水處理藥劑，它采用先進的逆向水處理思維技術，是一種無機非結晶體水處理產品，集阻垢、緩蝕、殺菌及凈水等功能為一體。

產品特點：

（1）革命性的阻垢機理，突破了循環水濃縮倍數提高的瓶頸問題，可真正實現循環水系統的“零排放”。

（2）藥劑不含任何形式的磷，可實現循環水的無磷化處理。

（3）獨特的緩蝕機理，對多種材質均有良好的緩蝕效果。

（4）連續釋放殺菌因子，可在循環水中起到持續抑菌、殺菌的效果，提前預防粘泥問題的形成。

（5）對濁度較高的水體有很好的凈化作用，循環水系統無軟垢之虞。

（6）加藥操作簡便，水質分析管理簡單快捷。

（7）長期使用可清除設備水側形成的老垢及腐蝕鱗片。

4.1.2 高效固體阻垢緩蝕劑作用機理

恒定溶解釋放鈉離子，在水中形成氫氧化鈉NaOH，使水中離子鈣Ca2+和重碳酸根離子HCO3-在水中先反應成分散的氫氧化鈣Ca（OH）2，再形成碳酸鈣CaCO3并凝聚成絮體，從而阻止了換熱器產熱面上沉積碳酸鈣垢的可能。

（1）除垢機理：對已經結垢的水系統，由于氫氧化鈉NaOH 能與結垢物質中的骨架氧化硅SiO2反應生成水溶性硅酸鈉Na2SiO3，從而使垢中的碳酸鈣CaCO3、氧化鐵Fe2O3的支撐點消失，使之分散于水中，于是水垢得以緩慢清除。

（2）防腐機理：處理劑中所含的硅酸、硼酸、氧化鈉等各種成分在金屬管壁上，會形成一層薄而致密的塘瓷類（琺瑯）物質，該物質能很好地保護金屬管壁免受水中溶解氧的侵蝕。同時，由于處理劑含有的多種功效共同作用，避免了金屬產生電位差，消除了垢下腐蝕的可能。

（3）殺菌機理：處理劑中含有一定量的銀離子Ag+，銀離子具有破壞細菌、藻類等微生物、植物的新陳代謝的功能，從而抑制了細菌、藻類的繁殖生長，對軍團菌控制特別有效。

（4）清潔機理：由于以上優良的除垢、殺菌和控制粘泥能力，加上長效釋放的鈉離子Na+，形成氫氧化鈉，增加了水中氫氧根離子OH-，使得水中的亞鐵離子（易氧化成有色高價氧化鐵）變成具有絮凝作用的氫氧化鐵Fe（OH）3，氫氧化鐵能使水中分散的水垢、粘泥等懸浮物被凝聚成體態較重的絮凝體，沉淀于水流較小的集水池底或被過濾器除去，水質便越來越清澈透明并長期保持。

4.1.3 高效固體阻垢緩蝕劑使用方法

按循環水量計，投加高效固體阻垢緩蝕劑濃度60ppm，放置在供水泵的吸入口距液面約0.5m 處。6 個月補加一次，每3 個月取出清洗一次。分析循環水水質的堿度、總硬、鈣硬、鐵離子、濁度、電導率、濃縮倍數即可。

4.2 試運行效果

4.2.1 1#、2#機組真空度、端差數據對比

在不同負荷和工況下，發電機組的端差在9-13℃范圍內較合適，在更換藥劑之前，其平均端差超過了20℃，對生產已經造成了嚴重制約。從歷史數據看，發電機組的真空度達到-84kPa，機組運行穩定。

表1

高效固體阻垢緩蝕劑投加到發電機組設備循環冷卻水中運行了6 個月，從表1 數據中可看出，發電機組相對真空度和端差在更換高效固體阻垢緩蝕劑后比更換前平均端差1#機組降低了12.2℃，2# 機組平均端差降低了12.4℃，1#、2#機組的端差均小于13℃，達到了指標控制范圍。更換高效固體阻垢緩蝕劑后比更換前平均相對真空度1#機組提高了-3.2kPa，2#機組平均相對真空度提高了-3.5kPa，1#、2#機組的真空度均達到了-84kPa，也達到了指標控制范圍。

4.2.2 機組汽耗率數據對比

更換藥劑前平均耗汽率5.19%，更換藥劑后平均耗汽率4.6%，平均耗汽率降低0.59%（見圖2）。

4.2.3 循環水水質數據對比

從表2 中數據可看出，循環水各項指標數據明顯好轉，均達到國家標準《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-2017）控制范圍。其中循環水濁度從平均63NTU 降到20NTU，充分體現了該藥劑的凈化效果；碳酸鈣硬度和總硬度平均值分別從593mg/l、640mg/l 降到397mg/l、497mg/l，充分體現了該藥劑有軟化水質降硬度的作用；鐵離子平均從1.13mg/l 降到0.45mg/l，充分體現了該藥劑的緩蝕作用。因此該藥劑投加6 個月后，已明顯改善了發電機組循環水水質，與常規有機磷藥劑比，突出地體現了該藥劑的特點，不僅適用于該系統，而且水質數據優于常規有機磷藥劑。

圖2

表2

4.2.4 循環水水處理效果

投加該藥劑后，粘附速率平均為6.7710（mg/cm2·月），腐蝕速率平均為0.0655mm/a，異養菌平均為39950個/mL。該藥劑的水處理效果完全滿足《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-2017）控制范圍。

5 結束語

高效固體阻垢緩蝕劑適用于發電機組循環冷卻水系統，但是在運行過程中存在以下問題需改進：

（1）遇刮風季節每月清洗一次藥劑，以確保藥劑能正常釋放有效成分。

（2）藥劑的投放次數從6 個月補加一次改為3 個月補加一次。

（3）濃縮倍數4-6 效果較好。

（4）冷水池底部淤泥需在年修時進行清理。