高效固体阻垢缓蚀剂在配套干熄焦发电机组的应用

2021-05-02李迎花

科技创新与应用 2021年12期

李迎花

（新疆新冶华美科技有限公司，新疆乌鲁木齐 830022）

干熄焦是利用吸收了红焦显热的高温循环气体与除盐除氧纯水热交换，产生额定参数和品质的蒸汽，并输送给热用户或带动汽轮机发电。真空度是影响汽轮机发电的经济指标之一，有资料显示，真空度下降1kPa，蒸汽量增加1.0%-1.5%，循环水系统及其水质又是影响真空度的主要因素之一。循环水系统周边有石灰等料场，且干熄焦项目位于山脚下，春秋两季风沙较大，循环水浊度常年超标，直接影响了凝汽器的换热效率。本文阐述了循环水水质对真空度的影响、高效固体阻垢缓蚀剂对改善循环水水质的作用。

1 循环水水处理的原理及循环水系统工艺流程

1.1 循环水水处理的原理

该循环水系统是配套干熄焦2×15 兆瓦发电机组项目，系统设计循环水量为6300m3，保有水量为2500m3，补充水量120m3/h，采用工业新水做补水。该系统主要为汽轮机凝汽器蒸汽冷凝用，还有少量水用于设备冷却。凝汽器设备管道材质为不锈钢，换热面积为1000m2；冷油器材质为铜管；空冷器材质为碳钢；系统主管道吸水井至凝汽器管道材质为碳钢。

循环冷却水通过换热设备，温度升高，再经过冷却塔与空气接触进行蒸发冷却，进入冷水池循环使用。在蒸发冷却过程中，热量通过部分水的蒸发带走热量，水中的各种盐类不蒸发，因此循环水中含盐量不断增加，产生浓缩。循环水中含盐量的增加会导致在换热设备和管道中产生结垢现象；另外水中腐蚀性离子达到一定浓度也会引起腐蚀，大量菌藻也会产生腐蚀。为了使水中含盐量维持在一定范围，需要给系统补充一定量的补充水，并投加适合的水处理化学药剂和杀菌剂，使循环水系统中维持足够的药剂浓度，以保障设备和系统安全运行。

1.2 处理工艺流程（见图1）

图1 循环冷却水水系统工艺流程

2 生产过程中出现的问题

凝汽器真空度降低，发电蒸汽单耗指标的升高。经过排查，发现存在如下问题：（1）打开凝汽器，凝汽器管内壁有明显看见结垢和附着的积泥。（2）循环冷却水进、出口水，温差降低，凝汽器端差升高。（3）水质指标：浊度超标，硬度等指标也有超标现象。

3 影响生产的因素分析

3.1 环境因素的原因分析

该循环水系统是间接开式循环冷却系统，周边是石灰、焦煤、铁精粉的料场，位置又坐落于山脚下，春秋两季经常刮风。因此，受周边环境影响，冷水池中悬浮颗粒较多，与其他净环水系统比，浊度常年偏高，平均浊度大于50NTU，最高值达到200NTU，根据国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2017），间接开式循环冷却水浊度的控制指标应小于等于20.0NTU。为了降低该系统浊度，经常通过大量补充工业新水降低系统浊度，但仍然不能满足水质指标，而且浪费了大量工业新水。

3.2 旁滤系统的原因分析

间接开式循环水系统，一般均配有循环水旁滤过滤器，其过滤量为总循环水循环量的5%-10%。该系统的旁滤量为总循环水量的5%，但由于该系统受外界环境影响，其浊度较高，旁滤器已不能满足循环水水质的要求，因此浊度远大于国标要求。

3.3 阻垢剂缓蚀性能的原因分析

阻垢剂缓蚀剂主要是有机磷系列配方，其主要成本以有机磷酸和聚羧酸类物质为主。其阻垢机理如下：

3.3.1 有机磷酸阻垢机理

晶格畸变：碳酸钙垢是结晶体，其成长是按照严格顺序，有带正电荷的Ca2+与带负电荷的CO32-相碰撞彼此结合，并按一定方向成长。在水中加入有机磷酸时，它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合，抑制了晶格向一定方向成长，因此使晶格歪曲，长不大而失去活性，同时也阻止了其晶格的沉淀。

3.3.2 聚羧酸的阻垢和分散机理

（1）增溶作用：聚羧酸物质带负电荷可与Ca2+形成能溶于水的络合物，从而使成垢化合物的溶解度增加起到阻垢作用。

（2）晶格畸变作用：聚羧酸的分子量相当大，是线性高分子化合物，它除了一端吸附在CaCO3晶粒上以外，其余部分则围绕在晶粒周围，使其无法增长而变得圆滑。因此晶粒增长受到干扰而歪曲，晶粒变得细小，形成的垢层松软，极易被水流冲掉。

（3）静电斥力作用：聚羧酸在水中电离成阴离子后有强烈的吸附性，它会吸附到悬浮在水中的一些泥沙、粉尘等杂质的粒子上，使其表面带有相同的负电荷，因而使粒子间相互排斥，呈现分散状态悬浮于水中。

由于该系统浊度高，水中的阻垢缓蚀剂被悬浮颗粒消耗，因此大大降低了阻垢剂的阻垢作用。通常该系统药剂浓度控制在30mg/l，因为该系统浊度高，将药剂浓度提高到60mg/l，其阻垢效果仍然不能满足生产需要，导致凝汽器管束表面结垢，真空度降低。因该系统浊度高，颗粒物极易沉积在凝汽器的换热面上。

由于长期浊度高造成凝气器里泥巴较多，管孔内积存的泥巴大概有2-3mm；对阻垢缓蚀剂的阻垢、分散效果影响较大，使药剂效果降低，极易导致结垢及悬浮物的附着。传统的阻垢缓蚀剂已不能解决该系统的问题。

4 采取的措施

4.1 选择适合该系统的阻垢缓蚀剂

4.1.1 高效固体阻垢缓蚀剂特点

高效固体阻垢缓蚀剂是一种新型的多功能环保水处理药剂，它采用先进的逆向水处理思维技术，是一种无机非结晶体水处理产品，集阻垢、缓蚀、杀菌及净水等功能为一体。

产品特点：

（1）革命性的阻垢机理，突破了循环水浓缩倍数提高的瓶颈问题，可真正实现循环水系统的“零排放”。

（2）药剂不含任何形式的磷，可实现循环水的无磷化处理。

（3）独特的缓蚀机理，对多种材质均有良好的缓蚀效果。

（4）连续释放杀菌因子，可在循环水中起到持续抑菌、杀菌的效果，提前预防粘泥问题的形成。

（5）对浊度较高的水体有很好的净化作用，循环水系统无软垢之虞。

（6）加药操作简便，水质分析管理简单快捷。

（7）长期使用可清除设备水侧形成的老垢及腐蚀鳞片。

4.1.2 高效固体阻垢缓蚀剂作用机理

恒定溶解释放钠离子，在水中形成氢氧化钠NaOH，使水中离子钙Ca2+和重碳酸根离子HCO3-在水中先反应成分散的氢氧化钙Ca（OH）2，再形成碳酸钙CaCO3并凝聚成絮体，从而阻止了换热器产热面上沉积碳酸钙垢的可能。

（1）除垢机理：对已经结垢的水系统，由于氢氧化钠NaOH 能与结垢物质中的骨架氧化硅SiO2反应生成水溶性硅酸钠Na2SiO3，从而使垢中的碳酸钙CaCO3、氧化铁Fe2O3的支撑点消失，使之分散于水中，于是水垢得以缓慢清除。

（2）防腐机理：处理剂中所含的硅酸、硼酸、氧化钠等各种成分在金属管壁上，会形成一层薄而致密的塘瓷类（珐琅）物质，该物质能很好地保护金属管壁免受水中溶解氧的侵蚀。同时，由于处理剂含有的多种功效共同作用，避免了金属产生电位差，消除了垢下腐蚀的可能。

（3）杀菌机理：处理剂中含有一定量的银离子Ag+，银离子具有破坏细菌、藻类等微生物、植物的新陈代谢的功能，从而抑制了细菌、藻类的繁殖生长，对军团菌控制特别有效。

（4）清洁机理：由于以上优良的除垢、杀菌和控制粘泥能力，加上长效释放的钠离子Na+，形成氢氧化钠，增加了水中氢氧根离子OH-，使得水中的亚铁离子（易氧化成有色高价氧化铁）变成具有絮凝作用的氢氧化铁Fe（OH）3，氢氧化铁能使水中分散的水垢、粘泥等悬浮物被凝聚成体态较重的絮凝体，沉淀于水流较小的集水池底或被过滤器除去，水质便越来越清澈透明并长期保持。

4.1.3 高效固体阻垢缓蚀剂使用方法

按循环水量计，投加高效固体阻垢缓蚀剂浓度60ppm，放置在供水泵的吸入口距液面约0.5m 处。6 个月补加一次，每3 个月取出清洗一次。分析循环水水质的碱度、总硬、钙硬、铁离子、浊度、电导率、浓缩倍数即可。

4.2 试运行效果

4.2.1 1#、2#机组真空度、端差数据对比

在不同负荷和工况下，发电机组的端差在9-13℃范围内较合适，在更换药剂之前，其平均端差超过了20℃，对生产已经造成了严重制约。从历史数据看，发电机组的真空度达到-84kPa，机组运行稳定。

表1

高效固体阻垢缓蚀剂投加到发电机组设备循环冷却水中运行了6 个月，从表1 数据中可看出，发电机组相对真空度和端差在更换高效固体阻垢缓蚀剂后比更换前平均端差1#机组降低了12.2℃，2# 机组平均端差降低了12.4℃，1#、2#机组的端差均小于13℃，达到了指标控制范围。更换高效固体阻垢缓蚀剂后比更换前平均相对真空度1#机组提高了-3.2kPa，2#机组平均相对真空度提高了-3.5kPa，1#、2#机组的真空度均达到了-84kPa，也达到了指标控制范围。

4.2.2 机组汽耗率数据对比

更换药剂前平均耗汽率5.19%，更换药剂后平均耗汽率4.6%，平均耗汽率降低0.59%（见图2）。

4.2.3 循环水水质数据对比

从表2 中数据可看出，循环水各项指标数据明显好转，均达到国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2017）控制范围。其中循环水浊度从平均63NTU 降到20NTU，充分体现了该药剂的净化效果；碳酸钙硬度和总硬度平均值分别从593mg/l、640mg/l 降到397mg/l、497mg/l，充分体现了该药剂有软化水质降硬度的作用；铁离子平均从1.13mg/l 降到0.45mg/l，充分体现了该药剂的缓蚀作用。因此该药剂投加6 个月后，已明显改善了发电机组循环水水质，与常规有机磷药剂比，突出地体现了该药剂的特点，不仅适用于该系统，而且水质数据优于常规有机磷药剂。