全中水條件下循環水模擬試驗研究及應用

楊其濤

(華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州 277500)

0 引言

華電滕州新源熱電有限公司(以下簡稱新源熱電)#3，#4機組為2臺350 MW供熱機組，原循環水水源為馬河水庫地表水及少量城市中水。循環冷卻水系統共有2臺雙曲線自然通風逆流冷卻塔。每臺機組設計冬季和夏季的循環水量為25 000 m3/h和41 000 m3/h，凝汽器材質為TP316L不銹鋼。循環水系統管道和其他換熱器殼體材質為碳鋼。循環水處理方式為加硫酸、阻垢劑及殺菌劑。

根據地方政府減少地表水使用、提高中水用量的要求，新源熱電需要加大中水回用量。由于電廠循環水冷卻水系統在循環水水質條件比較惡劣時容易發生結垢和腐蝕現象，影響機組運行的安全性和經濟性[1]。當循環水由水質較好的地表水更換為水質較差的中水時，需進行模擬試驗，通過靜態阻垢試驗及動態模擬試驗，確定循環水用緩釋阻垢劑在運行中的最佳濃縮倍率和緩釋效果，將起到防止凝汽器結垢和腐蝕的重要作用[2]，保證機組的安全、穩定運行。

1 試驗準備

1.1 阻垢緩蝕劑理化性能分析

依據DL/T 806—2013《火力發電廠循環冷卻水用阻垢緩蝕劑》，對緩釋阻垢劑進行理化性能檢測，結果見表1。檢測結果表明，阻垢緩蝕劑符合標準要求。

1.2 試驗水質

對中水水質全分析，水質全分析結果見表2。

1.3 試驗儀器及裝置

1.3.1 靜態阻垢試驗裝置

靜態試驗的目的是采用極限碳酸硬度法初步確定循環水極限濃縮倍率及對應加藥量。試驗裝置如圖1所示。

表1 阻垢緩蝕劑理化性能檢測結果

表2 補充水水質全分析結果

圖2 動態模擬試驗臺系統

編號加藥量/(mg·L-1)補充水堿度/(mmol·L-1)極限碳酸鹽硬度/(mmol·L-1)極限濃縮倍率KClKCa 工業應用值KClKCa150.794.736.135.95 4.904.76251.245.694.864.67 3.893.743100.794.406.646.46 5.315.174101.246.595.855.68 4.684.54

注：本試驗求得的極限濃縮倍率需乘以系數0.80[2]，方可作為工業循環冷卻系統的應用數據，后續所有靜態阻垢試驗結果的現場應用值均應乘以該系數。

圖1 極限碳酸鹽硬度試驗裝置

1.3.2 動態模擬試驗試驗裝置

開展循環冷卻水動態模擬試驗，目的是為驗證靜態試驗結果的可行性，確定在此條件下運行的循環水控制指標。動態模擬試驗臺系統如圖2所示。

2 試驗過程及結果

2.1 靜態阻垢試驗

加酸調節補充水堿度并添加阻垢緩蝕劑，采用極限碳酸鹽硬度法進行靜態阻垢試驗，結果見表3。

試驗結果表明，編號為1，2，4的加藥方案均能夠滿足3.8～4.5濃縮倍率的工業應用要求。其中，將補充水堿度調至0.79 mmol/L、加藥量5 mg/L的加藥方案最經濟，故選擇此加藥方案用于動態試驗。

2.2 動態模擬試驗

2.2.1 試驗期間的水質變化情況

向補充水中加入阻垢緩蝕劑5 mg/L，調節堿度至0.8 mmol/L，連續補水進行動態模擬試驗。試驗期間，調整排污量使濃縮倍率穩定在3.8～4.5倍。動態試驗監測情況見表4，濃縮倍率變化情況如圖3所示。

動態試驗結束時，測定循環水中硫酸根質量濃度為1 322.0 mg/L，計算循環水中硫酸根+氯離子的總質量濃度為1 909.5 mg/L，滿足硫酸根+氯離子不超過2 500 mg/L的要求[3]。

表4 動態模擬試驗期間的水質變化情況

圖4 換熱器管出口內表面

圖3 動態試驗期間循環水濃縮倍率隨時間變化曲線

2.2.2 換熱管內黏泥沉積及結垢試驗

動態模擬試驗中，換熱管(316L材質)內表面原始狀態和水沖洗后狀態如圖4所示。

從圖4可以看出：換熱管內表面無明顯結垢性沉積物，系統無結垢傾向。

2.2.3 材質腐蝕性能試驗

動態模擬試驗結束后，對試片附著的腐蝕產物和黏泥進行沖洗，觀察試片表面，稱重計算均勻腐蝕速率。腐蝕試驗的結果見表5。

由表5的試驗結果可以看出， 316L不銹鋼和HSn701-AB試片腐蝕速率滿足要求[3]，20號碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級別[4]。

表5 材質腐蝕性能試驗結果

續表

2.3 試驗結論及控制指標

試驗期間，循環水全堿度控制在2.76～3.21 mmol/L，pH值在8.55～8.77，濁度在2.10 FTU以下，CODCr在68.68 mg/L以下，符合pH值、濁度、CODCr的控制標準[3]；循環水無結垢現象，316L不銹鋼和HSn701-AB試片的腐蝕速率低于規定要求[4]；20號碳鋼試片腐蝕速率屬于良好級別[4]；循環水濃縮倍率控制在3.82～4.49，Cl-質量濃度在541.68～635.47 mg/L之間，滿足凝汽器不銹鋼管所適應水質的要求[5]。在上述動態模擬試驗基礎上，確定的循環水控制指標見表6。

表6 循環水水質控制指標

3 現場應用

3.1 實際使用情況

在完成全中水模擬試驗后，新源熱電逐漸加大中水回用量，從2015年到2017年，2臺350 MW機組中水年使用量由100萬m3已增加至300萬m3以上，中水的使用比例由2015年初的30%已提高至2017年的80%以上。循環水水質實際控制指標見表7。

3.2 現場檢查情況

在機組檢修及停備用期間，新源熱電對循環水系統及凝汽器進行檢查，未發現凝汽器結垢問題，也未出現管材腐蝕加劇現象。2017年9月，#3機組凝汽器圖片如圖5所示。

表7 循環水水質實際控制指標

圖5 凝汽器水室外觀

為適應中水水質，目前循環冷卻水系統部分黃銅材質冷卻器已改為316L不銹鋼，僅發電機氫冷器材質為鎳銅。2017年9月，新源熱電化學專業在#3機組凝汽器水室加裝碳鋼(C20)、鎳銅(B20)腐蝕指示片(如圖6所示)。可利用機組檢修機會檢測腐蝕指示片的腐蝕速率，便于定量監督循環水系統中碳鋼及鎳銅材質的腐蝕情況。

圖6 循環水系統加裝的腐蝕指示片

4 結束語

通過開展全中水條件下循環水模擬試驗，確定了循環水水質控制指標，為加大中水回用量后的水質監督提供依據。

在加大中水回用量后，通過嚴格控制水質指標，實際生產過程中未出現循環冷卻水系統明顯結垢、腐蝕問題，保證了機組安全穩定運行。

做好循環水系統的監督與管理，一方面需要在機組運行期間繼續安裝模擬試驗確定的控制標準做好水質監督控制，以及加強膠球清洗系統的投運及維護管理。另一方面也需要在機組停備用和檢修期間做好凝汽器及相關系統的清淤、保護工作。