循環水排水及中水混合回用于冷卻水系統的可行性試驗

2012-02-08 05:47:12侯文龍李皞桑俊珍

電力建設 2012年7期

侯文龍,李皞,桑俊珍

(河北省電力研究院，石家莊市 050021)

0 引言

河北省某電廠一、二期工程共建4臺機組，為了減少排污、有效節約水資源，二期工程2臺機組的輔機循環冷卻水系統的水源擬采用經深度處理后的中水和第1期工程的循環水排水。輔機循環冷卻水系統設備的材質為317不銹鋼。由于中水和循環水排污水中雜質含量較高、成分復雜，會促使系統材質腐蝕，威脅設備的安全運行［1］。為此，根據電廠實際處理工藝和要求，進行了不同加藥量和不同濃縮倍率的混凝及電化學腐蝕試驗，得出了詳實的試驗數據，為電廠安全、經濟運行提供了保障。

1 試驗方案

該電廠二期工程采用超臨界空冷機組，其輔機循環冷卻水系統設計濃縮倍率為1.4，擬采用一期工程的循環水排水和經深度處理后的廠外來中水，經過石灰混凝和過濾后作為輔機循環冷卻水補水。分別對電廠一期工程循環水排水水樣和循環水排水及深度處理后的中水按照22∶13的比例混合的水樣進行了相關試驗。試驗分3個部分［2］:(1)混凝澄清試驗［3-5］。通過調整石灰、聚鐵、助凝劑(聚丙烯酰胺)加藥量得到最佳的混凝效果。(2)動態阻垢模擬試驗［6-7］。調整按照上述步驟得到的混凝澄清出水的pH值，然后加入不同量的阻垢劑，通過動態試驗得到加入不同量阻垢劑時的極限濃縮倍率。(3)電化學腐蝕試驗。得到在不同濃縮倍率的條件下，濃水對317不銹鋼的腐蝕情況。

2 混凝澄清試驗

混凝試驗用水水質簡化分析如表1所示。

表1 混凝試驗用水水質簡化分析Tab.1Simplified analysis of water quality in coagulation test

2.1 石灰加藥量試驗

取一定量的試驗用水，固定聚鐵和助凝劑加藥量分別為50 mg/L和2 mg/L。然后調整石灰加入量，攪拌澄清后取上清液化驗，結果如表2所示。

表2 石灰加藥量試驗結果Tab.2Test results of lime dosage

從表2可以看出，對于一期循環水，石灰加藥量為400～500 mg/L時，硬度和堿度較低并且混凝效果較好，因此確定所配置的水中石灰最佳加藥量為450 mg/L;對于一期循環水和中水混合水，石灰加藥量為400～450 mg/L時堿度和硬度較低并且混凝效果好，因此確定石灰最佳加藥量為400 mg/L。

2.2 聚鐵加藥量試驗

凝聚劑采用電廠生產用聚鐵。試驗中，按照石灰加藥量試驗結果確定一期循環水中石灰加藥量為450 mg/L，循環水和中水混合的水中石灰加藥量為400 mg/L，固定助凝劑加藥量為2 mg/L。改變聚鐵加藥量進行加藥量的選定試驗，試驗結果見表3。

在最佳石灰加藥量情況下，固定助凝劑的加入量。對于一期循環水，當聚鐵加入量為30～50 mg/L時，混凝效果好，出水澄清，確定聚鐵加入量為40 mg/L;對于一期循環水和中水混合水，聚鐵加入量為30 mg/L以上時，混凝效果較好，出水澄清，確定聚鐵加入量為30 mg/L。

2.3 助凝劑加藥量試驗

根據以上試驗確定的石灰和聚鐵加入量，對于一期循環水固定聚鐵加入量為40 mg/L、石灰加入量為450 mg/L;對于一期循環水和中水混合后的試驗用水固定聚鐵加入量為30 mg/L、石灰加入量為400 mg/L。改變助凝劑的加藥量以確定最佳加藥量，試驗結果如表4所示。

表4試驗結果表明，在確定石灰和聚鐵加藥量的條件下，2種水的助凝劑加入量均為1.0 mg/L時即可使出水達到較佳效果，加大助凝劑量對混凝效果的影響不大。

3 動態阻垢模擬試驗

3.1 試驗用水

分別取200 L一期循環水排污水和一期循環水排污水與中水按照22∶13的比例配置的水進行試驗。按照混凝試驗所確定的條件，即石灰最佳加入量依次分別為90 g和80 g，加入后混合均勻。待反應完全且pH值穩定后再將8 g和6 g聚鐵分別加入試驗水中，攪拌均勻后再分別加入0.2 g助凝劑。經過充分攪拌后靜置一段時間，待礬花完全沉淀后取上清液調整pH值至8.0左右后進行過濾，過濾后的水為試驗用水，其水質如表5所示。

表5 混凝澄清水水質Tab.5Quality of water from coagulation clarification test

3.2 試驗方法

試驗采用電廠實際生產用的水質穩定劑。按照3.0、5.0、8.0 mg/L的加藥量，對2種試驗用水分別進行3組動態模擬試驗。試驗裝置及流程如圖1所示。

圖1 試驗裝置及流程Fig.1Experimental device and process

在冷卻水箱中注入15 L試驗用水，加入相應量的水質穩定劑，攪拌均勻。再在補水槽中加入10 L試驗用水和相應比例的水質穩定劑。試驗濃縮過程中不排污，邊濃縮邊補水，直至達到極限濃縮倍率為止。

試驗運行中，定期測定系統中的Cl－、Ca2+等，補水加藥量分別為3.0、5.0、8.0 mg/L，保持換熱器循環水入口水溫為40℃，循環水流量穩定，進出口溫差為6～8℃，通過連續不斷地補入新水保證系統有一定的蓄水容積［6］。

3.3 試驗結果

動態模擬試驗結果如表6所示。

表6 動態模擬試驗結果Tab.6Results of dynamic simulation test

4 電化學腐蝕試驗

4.1 試驗用水

電化學腐蝕試驗用水采用動態試驗過程中加藥量分別為3.0、5.0、8.0 mg/L，濃縮倍率分別為1.5、3.0的濃水。

4.2 試驗材料

試驗材料為電廠循環冷卻水系統設備用的317不銹鋼。將其加工成其中1個面的面積為1 cm2的方形試片，在工作面的背面焊上導線，用環氧樹脂封裝非工作面。試驗前將工作面用砂紙磨光至無劃痕，然后用酒精或丙酮擦洗干凈放入干燥器中待用。

4.3 試驗方法和儀器

電化學腐蝕試驗采用EgδG的M273A恒電位儀測定極化曲線，采用M352軟件進行系統測試［8-10］。測試時以雙電橋飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，制成的試驗材質為工作電極。將雙電橋甘汞電極、鉑電極、待測的工作電極連接正確后浸泡于不同加藥量和濃縮倍率的水樣中，接通電源，設定參數，測試317試片在不同情況下的極化曲線。掃描速度為2.0 mV/s，試驗水溫為20℃左右。腐蝕電化學參數為:自然腐蝕電流密度Ic(常稱為腐蝕電流密度)、腐蝕電位Ec、維鈍電流、擊破電位。

4.4 試驗結果

不同加藥量和濃縮倍率的電化學試驗結果如表7所示。由表7可見，濃縮倍率1.5時水樣中分別加入3.0、5.0、8.0 mg/L阻垢劑的維鈍電流和擊破電位變化不大。從圖2極化曲線可以看出，在濃縮倍率為1.5，水中加入3.0、5.0 mg/L穩定劑時曲線比較接近，處于鈍化狀態;加入8.0 mg/L穩定劑時，極化曲線出現活性溶解電流峰，金屬處于活化溶解狀態，此時金屬的鈍化膜是不穩定的。從極化曲線和運行費用比較來看，循環冷卻水在濃縮倍率為1.5左右、水質穩定為3.0 mg/L時運行較好。

由表7可以看出，濃縮倍率在3.04、加藥量在8.0 mg/L時維鈍電流最小，說明在此種濃縮倍率下運行，8.0 mg/L的加藥量要比另2種加藥量水的腐蝕性小。從圖3可以看出，在濃縮倍率為3.0左右時，水中加入8.0 mg/L穩定劑的曲線，帶有一定的鈍化區間，而且在陽極極化過程中，維鈍電流比另外2種濃度的水小得多。說明在此種濃度下，金屬在鈍化區內的溶解速率較低，再鈍化的能力較強。