電廠高礦化度循環水的阻垢緩蝕處理研究

李博 姜波 魏延華

（棗莊礦業集團蔣莊煤矸石熱電有限責任公司，河北棗莊，277519）

前言：冷卻水在循環系統中不斷循環使用，由于水溫升高，流速變化，水的蒸發，導致其中鈣離子、鎂離子、氯離子等不斷濃縮，會產生嚴重的沉積物附著、設備腐蝕和微生物的大量滋生，以及由此形成的黏泥污垢堵塞管道等問題，致使凝汽器極易發生結垢、腐蝕現象。污垢的存在不僅減少了流體的流通面積，使熱交換設備的流體阻力增加，導致動力消耗增加，嚴重妨礙換熱設備的正常運行，還會因垢類腐蝕導致管材穿孔，造成設備腐蝕泄漏，縮短設備的使用壽命等，嚴重影響了火力發電廠的發電效率，威脅和破壞電廠長周期地安全生產。

高礦化度礦井水中含有SO42-、Cl-、Na+、Ca2+、K+、Mg2+等離子，礦化度無機鹽總含量>2000mg/L，硬度相對較高，水質多數偏堿，帶苦澀味，因此有必要通過凈化或軟化工藝處理后使其成為工業用水。但由于運行成本過高，一般不予采用。通常采用添加濃硫酸來降低水中堿度和PH值運行的方法來進行處理，但是添加硫酸具有一定的負面效應：①操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。②濃硫酸具有助燃性，強腐蝕性、強刺激性，可致人體皮膚灼傷：輕者出現紅斑，重者形成潰瘍，濺入眼內甚至可造成角膜穿孔、全眼炎乃至失明。③對水體和土壤會造成環境污染。④增加繁瑣的安監檢查。

蔣莊熱電公司位于棗莊礦業集團蔣莊煤礦工廣區內，屬于典型的坑口電廠，涼水塔的循環冷卻水約4000m3/h，使用的是礦井污水站處理后的中水，保有水量為4000m3，系統主要材質為銅、碳鋼、不銹鋼。補水水質如下：PH=8.0；電導率=3710us/cm；濁度=10.6mg/L；總堿度（以CaCO3計）=458mg/L；總硬度（以CaCO3計）=1152mg/L；Ca2+（以CaCO3計）=701mg/L；Cl-=191mg/L。由此可見，該水質有兩大特點：一是離子濃度特別高，進入循環水系統后容易在填料上附著、沉積，并在凝汽器管內結垢；二是電導率很高，極易造成腐蝕。

根據朗格利爾飽和指數及帕拉茲結垢指數分別判定在濃縮倍數1.5、1.6、1.7倍時，此水質呈較易結垢、容易結垢、極易結垢趨勢。

為了解決水中離子濃度增加所導致的結垢和設備腐蝕等問題，蔣莊熱電公司經多方研究，進行了以下調整試驗：控制濃縮倍率≤1.70，不加酸同時添加ZKSW-H型阻垢緩蝕劑進行循環水處理。

結合2012年3、4月份循環水水質的化驗數據，蔣莊熱電公司氯離子的濃縮倍數始終控制在1.65-1.70之間，而總硬度的濃縮倍數也在1.65-1.70之間，根本無鈣離子、鎂離子的析出，阻垢率維持在90%以上。根據現場旁路檢測換熱器的檢測數據，循環水系統的最大污垢熱阻為0.74×10-4m2.K/W，碳鋼的最大腐蝕率為0.032mm/a，不銹鋼的最大腐蝕率為0.0008mm/a，銅的最大腐蝕率為0.0012mm/a，均遠遠低于國家標準。在對循環水系統進行檢修時，拆開換熱器后發現，換熱器表面無蝕、無垢；經過對凝汽器及銅管進行檢查，發現銅管內干凈無雜物，充分證明了此種方法對循環水的處理效果。

磷是菌類繁殖生長的主要營養源，蔣莊熱電公司的循環水總磷指標一直控制在4.0左右，屬于典型的低磷標準，從營養源頭上限制了菌類的生長，從而降低了殺菌滅藻劑和粘泥剝離劑的用量。

當濃縮倍數在1.50～1.70的條件下，通過對循環冷卻水量為4000m3/h的計算得出其不同濃縮倍數下系統的補水量和排污量關系（計算條件：氣溫25℃，k值選用0.0015/℃）：隨著濃縮倍數的增加，補充水量呈減少趨勢，排污量也呈減少趨勢。濃縮倍數控制1.70倍時比控制1.50倍時，每月可節約用水24686m3，年可減少排污水量302400m3。因此適當提高濃縮倍數將其控制在合理上限，循環冷卻水的節水效果顯著，所帶來的環保效益是不可估量的。

通過優化調整試驗，蔣莊熱電公司合理地將循環水濃縮倍率控制在上限范圍，采用ZKSW-H型阻垢緩蝕劑處理，不需要另行添加硫酸，從根本上解決了添加硫酸處理循環水所帶來的負面效應（增加人力資本、安全隱患、環境污染等）。

結論：蔣莊熱電公司的循環水使用礦井污水站處理后的中水，是全國罕見的高硬度水、高堿度水，添加硫酸雖然是降低堿度的有效辦法，但是具有一定的環境影響和安全隱患；通過優化試驗合理調整，探索出了高礦化水用作電廠循環水補水的合理處理途徑。