火電廠循環冷卻水阻垢劑效果評價及應用

李艷萍 ，李 勇 ，許立國

（1.國網技術學院，山東 濟南 250002；2.山東電力集團公司，山東 濟南 250001；3.山東電力集團公司電力科學研究院，山東 濟南 250002）

0 引言

山東某電廠擴建設計裝機容量為2×1000MW，采用當地污水處理廠出水（中水）為循環冷卻水補充水。 中水應用于循環冷卻水補充水時，除了常規生產中的結垢、腐蝕、菌藻等問題外，還要考慮中水中特有的氨、磷等帶來的問題［1］。火電廠循環冷卻水系統在達到一定的濃縮倍率時會發生結垢和金屬材料腐蝕，影響機組安全穩定運行，添加阻垢劑是控制循環冷卻水系統結垢的主要手段，不同的水質和處理工藝需要的阻垢劑不同，因此，阻垢劑的效果評價工作尤為重要［2］。

試驗目的是考察前期初步篩選出來的兩種阻垢劑用于目前中水水質的阻垢效果，確定最優阻垢劑、添加濃度等條件，并用中型模擬試驗驗證運行效果，為該機組循環冷卻水系統設計、工藝流程的確定、設備選型、投產后的運行控制提供依據和指導［3］。

前期中水深度處理工藝：污水處理廠出水→石灰軟化處理→深度生化處理（BAF）→循環冷卻水補充水。

1 阻垢劑篩選試驗

1.1 阻垢劑

前期初選出效果較好的SD2316和SD519復合阻垢緩蝕劑特性見表1。

表1 阻垢緩蝕劑產品特性

1.2 靜態阻垢效果對比試驗

1.2.1 試驗儀器

DRDT型水垢測試儀，儀器測試原理如圖1。

1.2.2 試驗方法

試驗參考HG/T2024-2009《水處理劑阻垢性能測定方法》進行。在水垢測試儀中加入補充水，分別加入試驗藥量的A、B阻垢緩蝕劑，在（45±1）℃、進出口溫差為3～6℃條件下進行循環水濃縮，保持水箱容積，定時分析水質并繪制循環水濃縮曲線，計算 ΔB（ΔB=KCl-KCa），并控制 ΔB≤0.2。 當ΔB≥0.2時，即認為循環水開始出現結垢現象，得到極限碳酸鹽硬度和極限濃縮倍率［4］。

圖1 DRDT型水垢測定儀系統圖

1.2.3 試驗水樣

試驗用補充水水質如表2。

1.2.4 試驗結果及分析

阻垢緩蝕劑各加藥量時中水靜態試驗結果如圖2。

圖2 阻垢緩蝕劑不同加藥量時達到的極限濃縮倍率

試驗結果表明：

（1）在試驗中水水質條件下，阻垢緩蝕劑A、B產品加藥量在達到或超過6 mg/L后，阻垢效果（即達到的極限濃縮倍率）基本一致。因此，補充水中阻垢緩蝕劑產品加藥量應達到≥6 mg/L。

（2）同條件下A阻垢緩蝕劑效果好于B阻垢緩蝕劑。

表2 試驗水樣主要水質

（3）因中水水質較差且水質波動性大，實際工業運行控制值應不高于極限濃縮倍率KCa×0.8，才能安全穩定運行。即選擇阻垢緩蝕劑A加藥量為6mg/L、8mg/L時，實際運行濃縮倍率控制在5.28、5.46之內；選擇阻垢緩蝕劑加藥量為6 mg/L、8 mg/L時，實際運行濃縮倍率控制在4.44、4.76之內。

2 濃縮倍率試驗

根椐上述試驗結果，確定試驗用阻垢緩蝕劑產品A、B，加藥量6～8 mg/L，采用深度處理后未加酸和加酸調pH值的兩種水質中水作循環水補充水，用半動態法對其進行濃縮倍率試驗，考察在一定加藥量下可以達到的較高濃縮倍率和能夠穩定運行的循環水水質，為循環水動態模擬試驗提供阻垢緩蝕劑加藥量和控制指標等依據。

試驗中補充水阻垢緩蝕劑加藥量為8 mg/L時，循環水極限穩定水質如表3所示。

表3 各阻垢緩蝕劑穩定的循環水水質

試驗結果表明：以深度處理后的中水作循環水補充水時，復合阻垢緩蝕劑SD2316的阻垢效果較好，其在補充水中的加藥量以6～8 mg/L為宜，并作為后續循環水動態模擬試驗以復合阻垢緩蝕劑試驗用藥品。

3 動態模擬實驗

3.1 試驗方法及裝置

采用WDM-D循環水動態模擬裝置，系統工藝流程見圖3。 試驗參考HG/T 2160-2008《冷卻水動態模擬試驗方法》進行。 采用測定動態模擬試驗裝置進出口水溫、蒸汽溫度和系統流量等參數的方法，通過調節排污穩定所要求的濃縮倍率、控制入口水溫，利用微機計算在一定濃縮倍率時換熱管污垢熱阻。 試驗期間連續分析循環水水質，同步完成凝汽器管材腐蝕試驗。通過循環水水質分析和污垢熱阻的變化趨勢兩方面來判斷水處理工藝的防垢效果，考察和評估整個工藝和循環水控制的合理性，并確定最終的加藥量、能夠穩定的循環水水質和運行控制濃縮倍率［1］。

圖3 動態模擬流程示意圖

3.2 動態模擬試驗及結果

3.2.1 動態模擬試驗中水水質

動態模擬試驗中水水質如表4。

3.2.2 試驗參數

電廠凝汽器管材：317L不銹鋼，Φ25mm×0.5mm，長度650 mm（有效傳熱長度570 mm）；

系統水容積240 L，循環水流量600 L/h，流速0.4 m/s；

阻垢緩蝕劑SD2316，補充水中加藥量為8mg/L（未加酸調整pH）和6 mg/L（加酸調整pH）。

表4 中水深度處理后水質分析表

3.2.3 中水深度處理不加酸循環水動態試驗

此階段考察以未加酸的中水為循環水補充水，阻垢緩蝕劑SD2316加藥量為8 mg/L的動態模擬試驗運行效果。循環水動態模擬試驗實際運行曲線如圖4，日平均污垢熱阻曲線如圖5。試驗后期濃縮倍率控制在4.0左右，循環水水質及冷凝管內情況見表5。

圖4 循環水運行曲線

圖5 污垢熱阻日平均值

由運行試驗結果可以看出：

（1）濃縮倍率低于 4.0 時，ΔB 小于 0.2，模擬凝汽器傳熱面上無垢物附著，污垢熱阻很低且無增長，循環水水質穩定；濃縮倍率達到4.4時，模擬凝汽器管開始出現結垢；

表5 循環水試驗后凝汽器管附著物情況及穩定水質

表6 循環水試驗后凝汽器管附著物情況及穩定水質

（2）維持濃縮倍率在4.0左右時，ΔB接近0.2，說明此補充水質和循環水處理工藝下，濃縮倍率最大只能維持在4倍運行。

3.2.4 中水深度處理并加酸調整pH后循環水動態試驗

此階段試驗是考察中水加酸調節后，循環水運行時可達到穩定的最大濃縮倍率。由于加酸降低了堿度和pH，因此調整SD2316加藥量為6mg/L。其他控制條件和僅經過深度處理的中水試驗相同。試驗后期濃縮倍率控制在4.8～5.1左右，循環水水質及冷凝管內情況見表6。

由運行試驗結果可以看出：

（1）濃縮倍率低于 5.0時，ΔB 小于 0.2，模擬凝汽器傳熱面上無垢物附著，污垢熱阻很低且無增長，循環水水質穩定；濃縮倍率達到5.5時，模擬凝汽器管開始出現結垢；

（2）維持濃縮倍率在5.0左右時，ΔB接近0.2，說明此補充水質和循環水處理工藝下，濃縮倍率最大只能維持在5倍運行。

4 結語

該機組目前已經投運近兩年，循環冷卻水補充水以中水為主，視水量情況添加不高于50%的地表水，定期投膠球清洗系統，阻垢緩蝕劑采用SD2316，加藥量 8 mg/L，濃縮倍率 3.5～4.0，ΔB＜0.2。在常規新機組檢查性大修中，凝汽器不銹鋼管內表面光亮、無結垢、無腐蝕。機組的實際運行效果表明，試驗所給出的阻垢緩蝕劑藥品、加藥濃度、濃縮倍率等控制參數符合機組實際運行情況，本評價方法可靠、可行。