火电厂循环冷却水防垢缓蚀处理试验研究

刘平

（贵州黔桂发电有限责任公司 贵州盘县 553531）

火电厂循环冷却水防垢缓蚀处理试验研究

刘平

（贵州黔桂发电有限责任公司 贵州盘县 553531）

在火电厂循环冷却系统的长期使用过程中，往往容易产生水垢和腐蚀问题，影响系统的使用寿命和正常运行。本文结合实例，采取循环冷却水防垢缓蚀试验的方式，针对循环冷却水的防垢缓蚀情况进行了试验分析，从而提高最终的防垢缓侵效果。

火电厂；循环冷却；防垢缓蚀；试验

1 引言

火电厂作为用水大户，其用水过程的重点就在于冷却水、冲灰水环节的优化，在火电厂循环冷却水系统的运行过程中，循环冷却水中往往含有镁、钙、氯根等化学元素，在经过冷却系统之后被进一步浓缩，即会在凝汽器铜管的表面形成污垢，降低铜管导热系数，甚至导致大量的汽轮机无法及时被冷凝，积聚于排汽口，影响汽轮机安全运行。因此，对于火电厂循环冷却水防垢的研究十分必要。

2 火电厂循环冷却系统概述

2.1 火电厂冷却水系统

直流式冷却水系统中，冷却水会直接自湖、河、海洋中抽取出来，经简单的处理后，送入凝汽器，与汽轮机乏汽进行热交换，然后全部排掉而不循环使用。其特点在于冷却水的用量大，水质没有显著变化；无需冷却塔等设备，因而投资少、操作简便，适用于水源非常丰富的地区。

2.1.2 密闭式循环冷却水系统

密闭式循环冷却水系统中，冷却水的整个循环流动过程是封闭的，不与大气接触。该系统的密封性非常严格，因而循环水的损失较少，水中含有的各种矿物质、离子等的含量也基本不变，水质不会有明显变化。其特点在于对冷却水的水质要求较高，且处理费用也相应较高，适用于缺水严重的电厂。

2.1.3 敞开式循环冷却水系统

敞开式循环冷却水系统图如图1所示，冷却水通过循环水泵，送入凝汽器，然后与其中的汽轮机乏汽换热，再经过凝结水泵，送入除氧器中实现循环使用。还可以通过凝汽器中的蒸汽冷却之后，会凝结为水，进而经过冷却塔的冷却，累积于底部的集水池中，最后由循环水泵送入凝汽器，实现循环使用。该系统多用于缺水地区。流入在循环冷却的过程中会与空气接触，出现蒸发现象，浓缩了水中的各种矿物质、离子等，导致其浓度越来越大，容易出现结垢和腐蚀。

图1 敞开式循环冷却水系统

2.2 火电厂循环冷却水系统的特点

①冷却水量大，估算循环水量时，通常需要用40kg水来冷却1kg的蒸汽；②冷却系统的工艺流程较为简单，且换热器的数量较少，一台机组中通常仅设置一台凝汽器，然后配置若干台冷油器、冷风器、压缩机冷却器、发电机氢冷却器和定子水冷却器；另外，换热器的形式往往只有管程，换热管材质则采用黄铜、不锈钢与钛合金；③冷却水温低，凝汽器出口的水温通常约为40℃；④没有泄漏和污染，能够基本保证冷却水的水质；⑤冷却水系统的容积与循环水量比值较大，一般为 V：R=（1：1.5）～（1：2），300MW 的机组，其值约为 1：2.5，600MW 机组则为 1：3。

进入新世纪,党中央国务院提出以人为本、全面协调可持续的科学发展观。2003年,胡锦涛在中央人口资源环境工作座谈会上强调,环保工作要着眼于人民喝上干净的水,呼吸清洁的空气和吃上放心的食物,在良好的环境中生产生活,集中力量先行解决危害人民群众健康的突出问题。截至2005年的中央人口资源环境座谈会,中央一直将民生作为环境保护的目标。2008年国务院机构改革,原国家环保总局升格为环境保护部,主要职责为“拟订并组织实施环境保护规划、政策和标准,组织编制环境功能区划、监督管理环境污染防治、协调解决重大环境问题等”。

3 火电厂循环冷却水防垢缓蚀处理试验

某火电厂投产发电机组的容量是2×350MW，二期设计的发电机组容量是2×350MW，单台机组的循环水量达到32000m3/h。当前该电厂的机组凝汽器管采用的是316不锈钢管，循环水管网则采用的是碳钢管道。结合当地的水质特点、现场系统工艺参数等，该电厂采取了一系列试验，研究循环冷却系统的缓蚀阻垢效果。

3.1 当地水质的分析

根据对当地水质的分析，运用Lang1ier和Ryznrt指数判别式，针对补充水的稳定性进行分析和计算，其结果表明，补充水属于中硬、中碱型水体，水质基本上较为稳定，具有轻微的腐蚀性。随水温、pH值的上升，或浓缩倍数的不断提高，水质将会向严重的结垢趋势发展。当前运用Langlier和Ryznrt指数计算进行的判断，仅局限于循环水中碳酸钙的溶解平衡，但是水体中还包含其他的沉积垢物种类，因此还需要通过试验的方式，予以验证。

3.2 试验药剂的选择

试验所需要的药剂包括复合缓蚀阻垢剂ZX-1，其成分主要包括有机磷酸、聚羧酸、碳钢缓蚀剂等。采用的配方具备优良的缓蚀性能、阻垢性能与稳锌效果，且不含有磷酸盐，含磷量低，这样讲有利于控制循环水中的微生物含量，减轻废水排放过程中，高浓度磷酸盐对周边环境造成的富营养化污染。该药剂无需调节pH值，便于管理，可将其直接加入循环水系统中。

3.3 静态阻垢试验

参照《水处理药剂阻垢性能测定方法-鼓泡法》（HG/T2024-91）中的方法，开展静态阻垢试验。试验用水采集的是现场补水，其浓缩倍数在4.0条件下，按照补水计，药剂的投加量分别是10mg/L、15mg/L，试验结果见表1。

表1 静态阻垢试验结果

由以上试验结果可见，在试验的条件下，阻垢率也会随缓蚀阻垢剂ZX-1浓度的增加而有所增加。以补水计，ZX-1的投加量是15mg/L，浓缩倍数为4.0，其阻垢率已经超过98%，如果其投加量是15mg/L缓蚀阻垢剂，则在极限碳酸盐试验之后，需要考察药剂极限阻垢性能。

3.4 极限碳酸盐试验

极限碳酸盐法相较于传统的方法，其试验条件接近实际系统运行条件，因此对于阻垢剂性能方面的评价也较为客观。ZX-1投加量是15mg/L，浓缩倍数为1.0～4.5，其试验的温度控制为（50±1）℃，维持原水的pH值。ΔB、ΔA、ΔH的计算公式如下：

式中：K-浓缩倍数；ρ1-补水 Ca2+的质量浓度，mg/L；ρ2-在浓缩倍数为K时Ca2+的质量浓度，mg/L；M1-补水总碱度，mmol/L；M2-在浓缩倍数为K时的总碱度，mmol/L；X1-补水总硬度，mmol/L；X2-在浓缩倍数为K时的总硬度，mmol/L。

由以上极限碳酸盐试验的结果发现，处于该试验条件下，极限碳酸盐浓缩的倍数达到4.33，超过了此浓缩倍数后，ΔB、ΔA和ΔH均出现明显的增大，表明水质将出现明显的结垢问题，因此需要在运行中控制浓缩倍数在4.0为宜。

3.5 旋转挂片腐蚀试验

腐蚀试验通过试验计算试片腐蚀速率，观察并记录了局部的腐蚀情况。试验仪器采用的是江苏高邮仪器厂RCC-I型旋转挂片腐蚀试验仪，而试验的用药剂投加量设计为15mg/L，将补充水浓缩到4.0倍的浓度后，即可作为试验用水。试验中采用了不锈钢与A3碳钢标准试片，其面积是 28cm2，时间达到 72h，温度控制在（50±1）℃，转速为 75r/min。

由旋转挂片腐蚀试验的结果，可以发现在试验条件下，碳钢、不锈钢材质等，都具有良好的缓蚀效果，碳钢的平均腐蚀率是0.0480mm/a，低于《工业循环冷却水设计规范》（GB50050-2007）中的标准值（<0.075mm/a）；而不锈钢的平均腐蚀率是0.0008mm/a，同样低于标准值。

3.6 动态模拟试验

以单项性能试验为基础，开展动态模拟试验，综合考察ZX-1具有的缓蚀阻垢性能，测定不锈钢试管、监测挂片所具有的腐蚀速率，以及试管污垢的沉积速率，这些参数是影响传热效果的重点，是污垢、腐蚀产物和粘泥等诸多因素的综合反映和定量评价。

运行浓缩倍数为4.0，药剂投加量为15mg/L，冷却水流速为1m/s，常压饱和蒸汽100℃，换热器进出口循环水平均温差10℃，运行时间336h；采用不锈钢试片，面积为28cm2；换热管用不锈钢材质，φ10mm×1mm×560mm，在此试验条件下进行动态模拟试验，结果见表2。由表2可以看出，动态模拟试验的腐蚀速率、粘附速率和年污垢热阻值均满足GB50050-2007标准要求。

表2 动态模拟试验结果

4 结语

通过在实验室中开展试验的方式，结合具体的试验结果，了可以发现，按补水计缓蚀阻垢剂ZX-1投加量是15mg/L，循环冷却水中总磷（以PO43-计）质量浓度为2.0mg/L，循环冷却水系统浓缩倍数为4.0的条件下，具有良好的缓蚀和阻垢效果，其实际使用效果得到了保障，并能够确保循环水系统的安全、稳定运行。

[1]何根木，谢龙.热电厂循环冷却水低温余热回收利用[J].通用机械，2014（2）：81～82.

[2]温福亚，张考全.循环冷却水系统生产总结[J].氮肥技术，2014（2）：72～73.

[3]褚贵祥.火电厂生活污水回用循环冷却水的处理方法探讨[J].科技创新与应用，2014（1）：21～22.

TM621.8

A

1004-7344（2016）21-0068-02

2016-7-10

刘 平（1982-），女，仡佬族，贵州遵义人，助理工程师，大专，主要从事工作和研究方向是火电厂化学水煤油试验方面。