电厂循环冷却水处理及节水措施

黄慧群 张成义 葛小玲 胡 笳

[摘要]对火力发电厂节水的必要性和循环冷却水处理工艺进行介绍。实际应用中提高浓缩倍率节约水耗的循环水处理工艺很多。结合工程的实际情况，为使循环水系统的腐蚀、结垢得到良好的抑制，最为简单的方法是采用循环水加水质稳定剂处理，经济实用，既可以将浓缩倍率控制在一个较高的水平，又能保证循环水处理工艺简单化，便于运行和维护。

[关键词]循环冷却水节水浓缩倍率

中图分类号：TV－9文献标识码：A文章编号：1671--7597(2009)1020130--01

一、循环水处理的必要性

在火力发电厂的生产过程中，有许多设备需要用水作为冷却介质，其中主要的是汽轮机的凝汽器。冷却水水质不良，使凝汽器铜管内生成附着物和铜管发生腐蚀的原因之一。由于附着物的传热性很差，它的形成导致凝结水温度升高，从而使凝汽器真空度降低，影响汽轮机的出力和运行的经济性。铜管的腐蚀会减弱其机械强度，甚至会穿孔，使冷却水漏入凝结水中，影响锅炉的安全运行。因此，为保证循环冷却水的水质，必须对其进行专门的处理。

冷却水系统通常有两种：一种是直流式冷却水系统；一种是循环式冷却水系统。循环式冷却水系统又分为密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。

电厂运行中大多为敞开式循环冷却水系统，现仅就敞开式系统进行简单介绍。

敞开式循环冷却水系统的特点是：水在冷却塔与大气直接接触后，由于有CO2散失和盐类浓缩现象，在凝汽器铜管内或冷却塔的填料上有结垢问题：由于温度适宜、阳光充足、营养丰富，有微生物的滋长问题；由于冷却水在塔内对空洗涤，有生成污垢的问题：由于循环冷却水与空气接触，水中溶解氧是饱和的，因此还有换热器材料的腐蚀问题。因此我们要针对循环冷却水的上述问题，提供合理可行的方案，防止这种冷却水系统的结垢、微生物生长和腐蚀等方面的问题。

二、节水的重要性及目前存在的问题

我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量为2840m³，只有世界平均水平的1／4。目前水荒覆盖面几乎遍及全国。尤其是北方地区缺水问题相当严重，已成为困扰工业企业生产和发展的一个重要问题，另一方面较低的污染治理效果和重复利用率，也间接加剧了水资源匮乏的局面。随着经济的发展和人民生活水平的提高，需水量的增加，节约用水被作为一项基本国策在全国贯彻实施。

火力发电厂是用水大户，节水是电厂重要的课题之一。

对于采用敞开式循环冷却水系统的火电厂，节水的主要方法是采用高浓缩倍率运行。浓缩倍率的确定根据水质、处理技术、处理成本等因素综合考虑。对于高硬度、高碱度、高含盐量进行预处理、加酸运行等技术手段实现高浓缩倍率运行。

尤其是对于二次循环供水的火电厂，循环水的排污水量大而且水质较好，如何做到充分利用同样是实现节约用水的重要途径。

1、早期建设的火电厂对采用水力除灰渣系统，循环水的排污水常用于水力除灰渣系统，虽然做到了废水综合利用，但电厂耗水指标并没有明显减少。

2、近期设计的火电厂，为了节约水资源，多采用于式除灰渣系统，虽然除灰渣系统用水量大大减少了，为了减少外排水，大量的循环水排污水需要另觅利用的途径。

2x660MW超临界凝汽式汽轮发电机组，夏季循环水系统用水量为122600m³／h，蒸发损失为1.5267％，风吹损失为0.05％：两项耗水量为1933m³／h，再加上排污水量，每小时排水超过2500m³／h。以上数据均充分说明了电厂是一个耗水大户，因此选择合适的方案是循环冷却水系统安全可靠运行、又能节约大量用水且尽量较少环境污染的有效措施。

三、常用的循环水处理工艺

为了提高循环水浓缩倍率，需尽可能降低循环水中的碳酸盐硬度，常用的循环水处理方法有：

(一)加稳定剂处理。当原水水质较好，浓缩倍率要求不高时，可采用稳定剂处理。该方法的特点是系统简单，基建投资少。运行操作也大为简便。

(二)加硫酸处理+稳定剂。当原水碱度较高时，通过向补充水中加硫酸，降低其一部分碱度，可使循环水浓缩倍率提高较大。但加酸量过大会引起CaS04、MgSiOs水垢及SO²-对混凝土建筑物的侵蚀，并引起水中的中性盐含量增多。同时由于pH偏低和水质波动，对金属材质防腐也不利。该处理法投资较少、占地少、技术条件简单。

(三)石灰处理。石灰处理是向原水处理澄清池中投加石灰乳，不仅能有效的除去水中游离的CO₂、碳酸盐硬度和碱度，还能除去一部分有机物、硅化合物及微生物，大大减少了结垢趋势，从而提高循环水的浓缩倍率。该法适用于严重缺水地区，适合于以暂硬为主的水质。该法处理能力大，运行费用稍低，但该法投资大，设备维护困难，管道容易堵塞，运行环境也差。

(四)弱酸氢离子交换处理。弱酸处理是利用弱酸阳离子交换树脂与循环补充水中的重碳酸盐硬度发生反应除去水中的碳酸盐硬度和碱度，充分利用弱酸树脂交换容量高的优势。该处理法适用于严重缺水地区，它适宜处理原水碳酸盐硬度和碱度均较高的水质。该处理法技术成熟、运行可靠、操作简便，易于实现自动化、环境清洁，循环水处理水平及浓缩倍率相当高。但该方法设各较多，投资及占地偏大。

实际应用中，当水质较好时，多采用水质稳定剂与加酸处理：当水质较差时，多采用石灰处理及弱酸处理的方法。

四、具体工程中循环承的特点及处理工艺

经理论计算，当原水含盐量、硬度较低时，本着节水节能的原则，可以按较高的浓缩倍率进行设计。但浓缩倍率的提高达到一定程度时，节水效果就不明显了。如果循环水系统保持较高的浓缩倍率，循环水处理系统会变得比较复杂，药品耗量也会增加，循环水中盐份增加，因此凝汽器在保持一定的泄漏率的情况下，会使凝结水含盐量增加，从而凝结水精处理设备运行周期缩短，再生次数增加。因此提高浓缩倍率一方面降低了水耗及取水费用，但另一方面将增加循环水系统处理设备投资及运行费用。针对具体水质选取合适的浓缩倍率及循环水处理方法，确保循环水系统技术先进、投资合理，以最大限度满足节水要求和降低运行费用的目的。

如果原水碳酸盐硬度仅有2mol／L，循环补充水显然不宜采用石灰处理和弱酸处理。是采用单一的加水质稳定剂还是采用水质稳定剂与加酸复合工艺与浓缩倍率的高低有关系。虽然原水无结垢倾向，当原水高度浓缩后会产生CaC03水垢，因此需加酸降低循环水的碳酸盐硬度。加酸的作用就是将碳酸氢根的碱度中和掉。硫酸和碳酸氢根的反应式为：ca(HC03)2+H2S04一CaS04+2C02+2O。硫酸钙的溶度积远远高于碳酸钙，一般不会结垢，可以大大提高循环水的浓缩倍率。