发电机组循环冷却系统循环水零排放

段立辉，韩宝成，王玉雷

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 莱芜271100）

1 前言

在敞开式循环冷却水系统中，冷却水是重复循环使用的，冷却水在通过冷却塔降温时会不断被蒸发掉，水蒸发过程不带走盐分，蒸发的结果是循环系统水量的不断减少、含盐量和各种离子浓度的不断增加。为了维持循环系统水量、含盐量和各种离子浓度的稳定，通常的做法是补充新水并排出一定量的循环水［1］，排出的循环水送往污水处理厂进行生物降解、絮凝沉淀和离子脱盐处理，处理合格的水再次回收利用。而除了污水处理厂处理排水实现循环水零排放的处理方式以外，还有设备处理与药剂处理相结合和单纯的药剂处理的方式，同样可实现循环水零排放。山东泰山热有限公司烧结余热发电机组为12 MW低温低压、单缸、补汽凝汽式汽轮发电机组，冷却塔采用机械通风冷却塔。2018年10月26日通过投加药剂的处理方式对烧结余热发电机组循环冷却系统实施零排放。

2 药剂处理循环冷却水零排放方法原理

当不考虑外界因素，任由循环冷却水循环使用，仅通过补充新水维持循环冷却系统水量而不做排污处理时，循环系统中含盐量和各种离子浓度会不断浓缩增加。当循环系统补水带入的盐量与风吹损失和渗漏损失带走的盐量相等时，循环系统的含盐量不再增加并达到平衡。通过投加缓蚀剂、阻垢剂、絮凝剂、杀菌剂和粘泥剥离剂，生产系统换热部位换热效果满足生产需要（即结垢控制在允许范围内），管道、设备腐蚀率在国标范围内，即通过药剂处理实现了循环水的零排放。

3 烧结余热发电机组循环冷却水零排放

3.1 循环水零排放控制措施

3.1.1 碱度控制

在敞开式循环冷却水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态时，易在换热设备传热表面形成沉淀，化学反应式为：

碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙等难溶化合物，当其阴、阳离子浓度的乘积超过其本身溶度积时，会生成沉淀沉积在传热表面上，而沉积物的形成是阴离子、阳离子共同作用的结果，当降低其中一方面的因素，其结垢倾向也随之降低，化学反应式为：

由上面的化学方程式可知，加酸降低了水中的碱度，而水中部分碳酸盐硬度转变为非碳酸盐硬度。为避免生成CaSO4垢，一般要求［Ca2+］×［SO42-］＜500 000 mg/L，一旦生成CaSO4垢，受硫酸钙化学性质的影响，不容易对其进行清洗去除。所以循环冷却系统采用加盐酸的方式来降低循环水碱度，但是，加盐酸调节碱度会向系统中带入Cl-，增加了管道设备发生点蚀的倾向。

3.1.2 结垢、腐蚀控制

通过向循环冷却系统加入盐酸，控制循环水pH值7.0～8.0，甲基橙碱度控制在2.0 mmol/L左右，同时配合使用阻垢剂，达到抑制结晶体定向成长、增加成垢化合物的溶解度的目的，从而防止钙、镁离子碳酸盐垢的形成。由于循环冷却系统加入盐酸带入氯离子且循环水pH值相对较低，同时由于循环冷却水不断蒸发浓缩，水中的含盐量很高，这三方面因素均大大增加了腐蚀控制难度，需要向循环水中加入高效缓蚀剂，而缓蚀剂中有针对性的加入防止点蚀的缓蚀剂。

3.1.3 浊度控制

受补充水浊度和周围环境的影响，加之循环系统的旁滤过滤器效果差，循环水浊度一直较高，实施零排放前循环水浊度就在40 NTU左右；零排放实施后采用粘泥剥离剂与絮凝剂相结合的方式，通过投加絮凝剂降低循环水浊度，粘泥剥离剂剥离系统黏泥并防止絮凝沉淀物沉积在凝汽器、冷油器等换热装置的换热面。2019年3月份对烧结余热发电机组进行停机检修，打开凝汽器、冷油器等换热设备，发现换热管内壁被一层黏泥覆盖，但换热管内壁并无水垢沉积。

3.1.4 微生物控制

烧结余热发电机组在对微生物控制过程中，始终保持粘泥剥离剂在50～100 mg/L的有效浓度内，除了对系统黏泥的剥离作用外，同样起到一定程度的杀菌灭藻作用。根据系统中藻类的生长情况，投加氧化性杀菌剂（如二氯异氰尿酸钠）进一步进行杀菌灭藻处理。

3.2 循环系统中含盐量和各种离子浓度变化

在对循环冷却水系统实施零排放后，循环水各项电导率由原来的2 500 uS/cm左右上升到16 000 uS/cm左右，氯离子由原来的300 mg/L左右上升到4 000 mg/L左右，电导率和氯离子变化曲线如图1所示。pH值由原来的8.9左右下降到略高于7.0，甲基橙碱度由原来的6.0 mmol/L左右下降至2.0 mmol/L左右，pH值和碱度变化曲线如图2所示。硬度由原来的10 mmol/L左右上升到65 mmol/L左右，硬度变化曲线如图3所示。

图1 电导率和氯离子变化曲线

3.3 循环水零排放效果监控

3.3.1 换热设备结垢监控

对于发电机组来说，一旦换热设备发生结垢或污泥沉积，凝汽器真空、端差、排烟温度、循环水进出口温度等参数将会产生变化，具体的表现为凝汽器真空降低、端差升高、排烟温度升高、循环水进出口温差升高。在相同工况下负荷降低，各项参数的变化是同步发生的，但是以上参数的升高或降低不能全部确认为是结垢引起，对烧结余热发电这类的余热机组来说，上游工艺波动引起的烟气等工况变化、环境温度、设备及物料的泄漏均可造成上述参数的波动，需要综合考虑。在零排放实施过程中，将真空、端差列入重点监控范围，机组负荷＞10 MW时，要求夏季（5—9月）真空≥-86 kPa、冬季（1—4月、10—12月）真空≥-88 kPa；机组负荷＞6 MW时，夏季（5—9月）端差≤10℃，冬季（1—4月、10—12月）端差≤9℃。

图2 pH值和碱度变化曲线

图3 硬度变化曲线

3.3.2 系统腐蚀监控

系统腐蚀率的大小直接关系到管道设备的使用寿命和机组的运行安全，是必须监控的重要指标。在GB 50050—2007《工业循环冷却水设计规范》中对腐蚀速率做了明确规定，其中碳钢设备传热面水侧腐蚀速率应＜0.075 mm/a，铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率应＜0.005 mm/a。为达到对系统腐蚀率准确监测的目的，在烧结余热发电机组循环水冷油器管道上安装挂片取样器1组，其中挂入碳钢挂片2个、不锈钢挂片2个、铜挂片2个，在循环水池入口水流通畅位置挂入碳钢挂片、不锈钢挂片、铜挂片各1个，7 d对挂片进行称重计算各材质挂片腐蚀率，腐蚀率能够控制在《工业循环冷却水设计规范》规定范围内。

3.4 存在的问题

3.4.1 换热设备污泥沉积严重

在对烧结余热发电机组实施循环水零排放之前，每年对凝汽器等换热设备清洗3～4次，每次停机检修拆开凝汽器等换热设备，均发现有污泥沉积在换热设备管束内，而零排放的实施加剧了污泥的沉积，造成凝汽器真空的降低，真空最低时降至-80 kPa，机组效率明显下降，在此期间对机组进行了在线酸洗，但效果不理想，利用停机检修对凝汽器等换热设备进行清淤后，机组真空升至-90 kPa。

3.4.2 药剂投加、指标监控需要专人负责

在循环水零排放实施过程中需要加盐酸调节碱度、pH，需要严格控制盐酸的加入量，一旦盐酸加多势必造成循环水呈酸性，造成设备腐蚀；同时要确保缓蚀剂、阻垢剂的足量加入，保证系统中缓蚀剂和阻垢剂在有效浓度内，需要精确加药计量；另外，还需要确保化验密度和精度，以便于数据统计分析。因此，需要设置1～2人对零排放的实施专门管理。

3.4.3 化验监督要求高、精度差

零排放实施后，pH值略高于7，化验室pH计还作日常锅炉水汽化验（pH值9～11），pH值大范围波动，而电极反应迟缓，造成化验精度降低；循环水氯根、硬度高，采用稀释法对其进行化验，取样为5～10 ml，化验结果误差大、精度低。

4 结语

通过药剂处理实现循环水零排放，主要是通过控制碱度并辅助阻垢剂来防止换热设备结垢，通过投加缓蚀剂防止管道设备腐蚀。通过对烧结余热发电零排放实施后的运行情况分析，系统腐蚀和结垢能够满足标准要求，但是由于循环水中悬浮物高，旁滤过滤效果差，污泥沉积凝汽器等换热设备造成机组效率下降。因此，当药剂处理进行循环水零排放时，除了对系统腐蚀、结垢严加控制外，还需要对循环水浊度加以控制。