中小型热电厂循环水结垢和腐蚀的机理及控制

郭苗

摘 要：碳酸钙水垢，冷凝器的化学垢每增加0.1mm，热交换效率就降低30%，耗电量则增加5～8%，水垢形成，必然会影响冷凝器的传热效率，严重时，则管道被堵，可见水结垢的控制极为重要。循环水腐蚀会使设备的使用寿命减少，而腐蚀也产生污垢（铁锈）.因此在水质稳定处理工艺中，要综合控制结垢和腐蚀。

关键字：循环水；结垢；腐蚀；控制

1 循环水结垢及腐蚀机理

1.1 结垢现象

工业循环冷却水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩，其中所含的盐类超标，阴阳离子增加、pH值明显变化，致使水质恶化，天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等。最常见的水垢成份是CaCO3。CaCO3在水中的溶解度很小，而且碳酸钙的溶解度与一般的盐类不同，它的溶解度随着温度的升高反而降低。也就是说，随着温度升高，CaCO3结垢倾向增大，主要有以下几个原因。

（1）盐类浓缩作用

当天然水作为补充水进入循环水系统后，经蒸发浓缩，水中离子浓度增加，PH值和温度等因素发生变化，致使某些离子含量超过其难溶盐类的溶度积而析出形成水垢。

（2）循环冷却水的脱碳作用。根据水质概念，循环水中钙、镁的重碳酸盐和游离CO2，存在以下平衡

Ca（HCO3）2→←CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg（HCO3）2→←MgCO3+ CO2↑+H2O

+2H2O→Mg（OH）2+↓+CO2↑+H2O

当循环水与空气接触时，水中原有的CO2就会大量溢出，破坏以上平衡，使平衡向生成碳酸钙或氢氧化镁的方向移动，而产生水垢。

（3）循环冷却水的温度上升。循环冷却水的温度上升后，一方面降低了钙、镁碳酸盐的溶解度，另一方面使碳酸盐平衡关系向右转移，提高了平衡CO2的需要量，从而使产生水垢的趋势增加。相反，循环水在冷却塔内降温后，平衡CO2的需要量也降低，当需要量低于水中实际的CO2含量时，水就具有侵蚀性和腐蚀性。

1.2 腐蚀现象

在循环冷却水系统中，除了在低温区有可能产生CO2的酸性腐蚀以外，水中溶解氧是饱和的，因此容易产生氧的去极化腐蚀。另外，盐类浓缩、温度上升、沉积物沉积和微生物滋长等，都是促进腐蚀的因素。

2 循环水结垢及腐蚀控制

2.1 结垢控制

（1）石灰沉淀法

用石灰软化去除致垢盐分。

该处理系统的工艺流程是：

高纯度粉状消石灰→石灰筒仓→螺旋输粉机→缓冲斗→精密称重干粉给料机（电子皮带秤）→石灰乳搅拌箱→石灰乳泵→5%石灰乳→澄清池→变孔隙滤池→循环水系统补充水→冷却塔水池

该系统还配有混凝剂配制、投加系统、加酸调节PH系统、加氯系统和自动压缩空气系统

（2）限制循环水中致垢盐分，主要是碳酸钙的浓度。一般用限制循环水浓缩倍率的方法，也可用碳酸盐硬度较小的水作为补充水。

（3）将难溶的碳酸钙加酸后转变为溶解度高的盐类。

（4）加入阻垢剂，提高循环水的极限碳酸盐硬度，使碳酸钙晶体畸变，并起分散螯合作用，从而达到阻垢目的。

（5）控制产生结垢的各种物理化学因素，如适当降低水温差，降低热负荷，避免过高的PH值和提高水流流速等。

（6）采用物理水处理法，使循环水通过磁场、高压静电场或低压电厂作用，将水中的杂质变成松散的泥渣或软垢随排污排出。

常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机磷酸（盐）、聚丙烯酸等。

聚磷酸盐不仅是阻垢剂，而且还是缓蚀剂。采用六偏磷酸钠作阻垢剂时，循环水的极限碳酸盐硬度，可按下式计算：

Hcw=6-0.15Hz

其加药量，一般控制在1～5mg/L范围，碳酸盐硬度较高的水可采用上限。聚磷酸盐在水中会分解生成正磷酸盐，它与水中Ca2+渐渐反应形成沉积物，使水中磷酸盐含量降低，增大加药量。此外，正磷酸根是微生物的营养物质，会促进冷却水中微生物的生长，这是应用聚磷酸盐时必须注意的问题。有机磷酸（盐）具有阻垢和缓蚀双重作用。一般在采用有机磷酸（盐）作为阻垢剂使用时，投加量为1～5mg/L，当有机磷酸（盐）投加量接近5mg/L左右时，其所能维持的极限碳酸盐硬度增加值有限，因而过分加大剂量的意义不大。聚丙烯酸不仅有良好的阻垢性能，还能对非晶状的泥土、粉尘和腐蚀产物以及生物碎屑等起分散作用。在与磷系药剂配合使用时，聚丙烯酸钠的一般用量为1～5mg/L，用量不宜过高，如超过5mg/L，会在换热器表面生成聚丙烯酸钙的沉淀，结成硬垢，且不易清除。

2.2 腐蚀抑制

（1）投加缓蚀剂

通过在循环水中添加缓蚀剂，就能有效地降低循环水系统中金属设备的腐蚀速度。

（2）造膜法

① 一次造膜法。一次造膜法就是在凝汽器停运的条件下，将硫酸亚铁溶液通过凝汽器铜管，进行专门的造膜运行。此法适用于新通过投入运行以前和通过检修后的启动前。

② 运行中造膜法。造膜是应每隔24h连续加1h FeSO4溶液，或每隔12h连续加FeSO4溶液0.5h。加药时使通过凝汽器的冷却水中含铁1mg/L。运行中加药地点设在凝汽器的冷却水入口端，距离应适宜。

3 结束语

综上所述，可得到以下结论：

1.循环水中产生的盐垢一碳酸钙垢为最常见，危害最大，因此，防垢处理主要以防止碳酸钙水垢为主。

2.金属腐蚀由电化学、微生物、酸引起，它的控制主要是加缓蚀剂和杀菌剂。

参考文献

[1]严煦世，范瑾初 《给水工程》 中国建筑工业出版社 1999年12月第四版

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会 《火力发电厂水工设计规范 DL/T5339-2006》 中国电力出版社 2006年11月第一版