电厂用循环冷却水阻垢剂性能研究与应用

杨少才，钟锐，姚振刚

(1.中电投东北能源科技有限公司，辽宁 沈阳 110179；2.朝阳燕山湖发电有限公司，辽宁 朝阳 122000)

0 引言

早期的工业循环冷却水处理一般是通过加酸调节水的pH值为6.0～6.5来控制水的结垢，再通过投加缓蚀剂来控制腐蚀。为了节约用水，循环冷却水向高浓缩倍率技术发展，由单纯的加酸低pH运行控制，发展到了加阻垢缓蚀剂联合高pH等碱性处理方式，但这种方式更易使冷却系统产生结垢，因此必须依赖于高效阻垢缓蚀剂的开发和应用[1]。

随着社会的发展，对于工业水循环中的水处理技术要求越来越高，并且对于阻垢剂的选择也提高了要求。阻垢剂是可以将循环水中致垢离子浓度维持在较高浓度，抑制水垢的生成，从而提高浓缩倍数[2]。作为一种重要的循环水水质稳定药剂，阻垢剂广泛应用于工业循环水处理系统。文章针对阻垢剂的作用机理以及应用进行阐述，并对其现场应用进行探讨[3]。北方电厂普遍使用的循环水缓蚀阻垢剂效果较差，循环水的浓缩倍率一直处在较低的水平，平均在3左右。循环水水量占电厂总水量的80%，浓缩倍率低，水的浪费很大，严重影响电厂的节水要求及零排放的实现。

本文通过对几种药品的分析及阻垢效果对比，引入不同的功能基团，开发和研制高效及成本低廉的多功能复合水处理剂。1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(HEDP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)等有机磷化合物具有阻垢和耐腐蚀的双重作用，通过羧酸聚合物与丙烯酸(AA)、马来酸(MA))共聚合成了一种聚合阻垢缓蚀剂XY-2，使用碳酸钙沉积法对阻垢缓蚀剂进行分析，其对碳酸钙阻垢性能最高可达96.77%，对TP316L不锈钢有很好的缓蚀阻垢效果。本文取电厂在用循环水，采用新研发的缓蚀阻垢剂，通过动态、静态模拟分析了药剂的工业可行性，保持循环水浓缩倍率在5以上，不仅保证了循环水系统安全的运行，还达到了循环水节水的目标[4]。

1 循环水阻垢剂性能优化

1.1 阻垢剂阻垢性能试验方法

阻垢剂性能测定采用的试验方法为GB/T 16632—2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》，按如式(1)计算阻垢剂阻垢性能η(%)：

1.2 阻垢剂优化分析

通过3种缓蚀阻垢剂对比，XY-208型缓蚀阻垢剂比原有缓蚀阻垢剂阻垢率提高了20%左右，大大提高了对凝汽器的防护作用，阻垢率试验数据如表1所示。

表1 三种阻垢剂阻垢性能结果

2 循环水系统补水水质状况

本次循环水阻垢剂性能鉴定试验用水水质饱和指数如下[5]：

L.S.I.=pH-pHs＞0 结垢

L.S.I.=pH-pHs=0 不腐蚀不结垢

L.S.I.=pH-pHs＜0 腐蚀

pHs=(9.70+A+B)-(C+D)

水样饱和指数

式中：A为总溶解固体系数；B为温度系数；C为钙硬度系数；D-M为碱度系数。

经计算：L.S.I.=pH-pHs=7.80-(9.70+0.12+1.98)+(2.06+2.26)=0.32＞0，属于结垢水质。

3 静态模拟试验

3.1 试验条件及方法

设备及仪器：RCC-II型旋转挂片腐蚀试验仪；温度45±1 ℃；2 L玻璃烧杯若干；药剂：XY-2加药剂量10 mg/L(商品浓度，以补充水计)，初始加入量为50×10-6；试验方法采用电力系统贯用的静态极限碳酸盐硬度法。试验中以ΔB≤0.20(参考ΔA≤0.20，ΔH≤0.20)为水质稳定性判断指标。

3.2 静态试验结果

加药浓度0 mg/L(空白)和10 mg/L阻垢效果图如图1和图2所示。

图1 0 mg/L阻垢性能试验图

图2 10 mg/L阻垢性能试验图

由两条试验曲线对比可看出投加水处理剂后阻垢效果明显。投加药剂前，稳定的最高浓缩倍率(通常以氯离子计，下同)KCl=3.91，KJD=3.70，KCa=3.72，KYD=3.73；投加药剂后，稳定的最高浓缩倍率提高至KCl=5.25，KJD=5.05，KCa=5.04，KYD=5.05；可满足电厂对控制浓缩倍率5的要求[6]。

4 动态模拟试验

4.1 试验条件

试验装置：WKMZ-II型智能动态模拟装置；温度：45±1 ℃；流速：1.2～1.4 m/s ；流量：636 L/h；试验用药：XY-2，10 mg/L (商品浓度，补充水计)；初次投加量为50×10-6。腐蚀试验片：TP316L不锈钢管2个、TP316L标准试片各4个；试验用水：取自电厂提供的循环水补水，控制循环水pH值在8～9之间，以5%稀硫酸调节。

实验分组：A组不加阻垢剂的空白试验，B组加XY-208阻垢剂的试验，加药量10 mg/L(商品浓度，以补充水计)，两组试验均采用缓蚀阻垢加酸联合处理，以ΔB作为水质控制指标。

4.2 阻垢性能试验结果

A组不加阻垢剂的空白试验，试验结果如图3所示。

图3 A组动态模拟空白试验曲线

由试验曲线5可看出，循环水空白实验KCl=3.87，KCa=3.67，KYD=3.68 时，ΔB=0.20，ΔH=0.19，极限碳酸盐硬度为 4.27 mmol，当浓缩倍率超过3.87以上时，就有结垢的趋势。

B组采用阻垢剂加药剂量为10 mg/L(商品浓度，以补充水计)。试验结果如图4所示。

图4 B组动态模拟试验曲线

由试验曲线6可看出，药剂稳定处理循环水KCl=5.52，KCa=5.32，KYD=5.33 时，ΔB=0.20，ΔH=0.19，极限碳酸盐硬度为 6.17 mmoL；KCl=5.65，KCa=5.44，KYD=5.45 时，ΔB=0.21，ΔH=0.20，极限碳酸盐硬度为6.31 mmoL。

4.3 试验试片腐蚀情况

从试验开始时，于A组和B组动态模拟试验装置的腐蚀挂片试验管内分别悬挂TP316L不锈钢试片各2枚。试验结束时取出试片，按有关要求处理，称重并计算腐蚀速率[7]，腐蚀速率为0.002 mm/a，远小于标准腐蚀速率。

5 结语

(1)采用多种共聚物聚合法，成功制备出了XY-208缓蚀阻垢剂，并将其应用于工业循环水的阻垢。

(2) XY-208缓蚀阻垢剂对CaCO3均具有良好的阻垢效果，在阻垢剂用量为20 mg/L时，其阻碳酸钙垢的阻垢效率达到93.74%；其投加量为40 mg/L时，碳酸钙垢的阻垢效率达到96.77%。

(3)通过静态试验、动态模拟试验、腐蚀试验开展效果验证，XY-208缓蚀阻垢效果优良，能广泛适用于工业循环水的冷却系统中。

(4)阻垢剂可以满足工业企业循环水处理水质的实际情况，具有良好的阻垢性能，符合环保型水处理剂的要求。建议循环冷却水的运行状态控制在5倍浓缩倍率以上，以达到节水及循环水稳定运行效果[8]。