發電廠循環水系統結垢處理

李建軍

(廣西華磊新材料有限公司發電廠，廣西 百色 531499)

1 概述

某發電廠裝機為3×350 MW超臨界循環流化床機組，熱電部分主要為電解鋁企業供電和向氧化鋁企業供熱，發變組出線220 kV接入百色區域電網。三臺機組汽輪機型號為CC350/328-24.2/7.0/1.0/566/566型，超臨界、一次中間再熱、單軸、高中壓合缸、雙缸雙排汽、兩級調整抽汽、表面水冷凝汽式汽輪機，每臺機配置一座雙曲線高位冷卻水塔，凝汽器循環冷卻水水源為右江水。

右江水經預處理后作為電廠補水，先到2，3號機組，再到1號機組，補水水質中電導率為260 μS/cm，總硬度為1.33 mmol/L，總堿度為2.43 mmol/L，該水質較好，屬于中等含鹽量水質。為防止熱力設備結垢和微生物滋生，保證機組的經濟安全運行，對循環水的水質進行加藥處理，采用循環水泵房前池殺菌劑間斷運行、高效穩定劑連續運行的聯合處理方式，以控制循環水系統運行，防止微生物菌藻類在循環水系統中滋生蔓延，同時提高循環水的極限碳酸鹽硬度，防止鹽類在系統內結垢，濃縮倍率(循環水中的離子濃度與補充水中離子濃度之比)控制范圍在3～5倍。

在循環水加藥裝置中，次氯酸鈉貯存罐、卸次氯酸鈉泵、加殺菌劑單元布置在冷卻塔旁的循環水處理間內，穩定劑裝置布置在冷卻塔旁室內。1號機組設置1個循環水處理車間，2，3號機組公用1個循環水處理車間。殺菌劑和穩定劑的加入點為循環水泵房前池。

三臺機組分別于2017-12-27，2018-02-12，2018-02-12投產。運行中循環水監督主要控制標準如表1所示，使用某公司生產的ZC-504無磷阻垢劑(阻垢劑中磷酸鹽含量小于等于2 %)，經過水質分析和試驗確定了藥劑的投加量為13 mg/L，循環水濃縮倍率控制在3.75倍以下。

表1 循環水控制指標

2 循環水系統結垢情況

循環水系統添加有機磷酸鹽的阻垢機理：循環水中的Ca2+主要以CaCO3結晶的形式存在，CaCO3晶粒吸附有機磷酸鹽的分子后，打亂了晶格的排列次序，不易形成CaCO3的大顆粒結晶。由于表面現象的影響，小晶粒的CaCO3溶解度較大，因而起到阻垢的作用。同時，由于CaCO3吸附有機磷酸鹽后，CaCO3晶格內部產生較大的內應力而發生畸變，從而產生一些較大的非結晶顆粒，這些非結晶顆粒不易形成垢，不會粘附在凝汽器內不銹鋼管內，而是以粘泥的形式沉淀，可以被循環水帶走，沉積在塔池底部。

3臺機組運行時間不長，2019年3月發現3臺冷卻塔立柱上粘結的藻類非常多。

2019年1月至4月，3臺機組機凝汽器端差（凝汽器壓力下的飽和水蒸氣溫度與凝汽器冷卻水出口溫度之差)平均端差為6.64 ℃，4.8 ℃，5.3 ℃，都比較偏高。

發現冷卻塔結垢后，立即將循環水倍率控制在3倍以下運行，并對原因進行分析。2019-04-22 1號機組C修期間，對凝汽器水側、冷卻塔填料、小機冷油器冷卻器(用循環水冷卻)進行檢查，發現結垢嚴重，凝汽器出水側不銹鋼管內部結垢，垢厚度達0.91 mm。1號小機潤滑油冷卻器出水側、冷卻塔噴嘴內部結垢嚴重。

3 結垢原因分析

3.1 檢查設備運行情況

檢查循環水加藥設備系統運行狀況良好，運行人員按照運行規程進行操作、加藥，查閱化學專業運行報表，2019年1月至4月，1號機組循環水系統ZC-504無磷阻垢劑實際投加濃度為13～16 mg/L，符合無磷阻垢劑試驗報告的要求；1月和2月循環水濃縮倍率K≥3.0倍，運行共30天，極限碳酸鹽濃度ΔA＞0.2 mg/L，共42天。

循環冷卻水系統采用次氯酸鈉殺菌，由Cl-來測定濃縮倍率，濃縮倍率反映的數據不真實，通過對電導率等的綜合分析，實際運行的濃縮倍率已超過了測量值。

3.2 核對初步設計數據

對右江水、發電廠循環水補水取樣由第三方進行化驗，與項目初步設計時的循環水補水全分析進行比對，如表2所示。

表2 循環水補水全分析對比

從表中看出，實際運行中循環水補水Ca2+含量是初設值的1.6倍，遠遠偏離設計值，循環水濃縮倍率仍然在K≥3.0倍的情況下長期運行。

3.3 核對阻垢劑質量

核查某公司提供的ZC-504無磷阻垢劑供貨質量，發現其中一批次無磷阻垢劑成分分析報告顯示，固含量僅為27 %，不符合DL/T 806—2013《火力發電廠循環水用阻垢緩蝕劑》中固含量大于等于32 %的要求，試驗報告與電廠循環水實際運行情況存在差異。試驗報告顯示，發電廠循環冷卻水系統濃縮倍率在3.5倍左右，投加ZC-504阻垢緩蝕劑13 mg/L進行處理，各項技術指標均達到設計要求，可滿足生產需要。但是在2019年1月至2月期間，據1號機循環水水質化驗數據顯示，1號機循環水濃縮倍率達到2.5倍左右時，其ΔA已經達到0.2～0.4 mg/L，循環水系統已經存在結垢傾向。

循環冷卻水系統阻垢緩蝕劑沒有進行基礎補加，導致現場實際ZC-504阻垢緩蝕劑藥劑濃度低于13 mg/L；特別當濃縮倍率高時，低于13 mg/L的有效藥劑濃度ΔA值的穩定性達不到設計要求，導致現場出現結垢情況。現場只單一投加次氯酸鈉殺菌，系統菌藻容易產生抗藥性，菌藻、泥沙容易在系統高溫部分產生沉積。

3.4 凝汽器汽側漏入空氣

自3臺機組投運以來，3臺機組凝汽器真空嚴密性試驗值分別為452 Pa/min，72 Pa/min，52 Pa/min，1號機組真空嚴密性試驗結果與合格的評價標準(小于等于270 Pa/min)還有差距，說明運行中有空氣漏入凝汽器。

從上面分析得知，循環水補充水偏離設計值較多，而循環水系統仍按照濃縮倍率K≥3.0倍，極限碳酸鹽濃度ΔA＞0.2 mg/L的情況下長期運行，是此次循環水系統結垢的主要原因。

4 采取措施

循環水系統結垢后，凝汽器不銹鋼管內通流面積減小、熱阻增加，冷卻塔內填料間通流面積減小、熱阻增加，冷卻塔內噴嘴堵塞、霧化不好，冷端效率降低，能源損失增加，甚至會影響機組出力。循環水系統結垢是一個緩慢過程，阻垢、除垢也是一個緩慢過程，需要持之以恒。

4.1 嚴格執行凝汽器管防腐防垢導則規定

嚴格執行DL/T 300—2011《火電廠凝汽器管防腐防垢導則》有關規定，控制濃縮倍率小于等于3.0倍，極限碳酸鹽ΔA小于0.2 mg/L。當ΔA大于0.2 mg/L時，進行冷卻塔換水。

用Ca2+的含量來計算濃縮倍率，用濃縮倍率、堿度來計算極限碳酸鹽，參考Cl-含量、電導率等值并進行試驗，確定ZC-504阻垢緩蝕劑的投加量為14mg/L。

4.2 優化循環水加藥方式

(1) 長期投加次氯酸鈉殺菌，容易對系統設備產生腐蝕性，因此交替使用非氧化性殺菌劑，每月投加三次，投加量為50 mg/L，對系統沉積物進行剝離，防止菌藻容易產生抗藥性。

(2) 調整緩蝕阻垢劑加藥濃度，確保緩蝕阻垢效果。對ZC-504阻垢緩蝕劑進行配方調整，加強其阻垢分散性能。每2個月進行一次基礎投加，投加量為正常投加量的三倍，計算好用量后一次性倒入循環水池。同時將ZC-504阻垢緩蝕劑調整為低磷配方。藥劑中的總磷小于等于2 %，因為藥劑中的磷能很好地螯合水中的鈣、鎂離子，降低結垢的風險。

(3) 藥劑供應廠家技術人員對現場加藥情況及效果進行跟蹤，對電廠循環水補水水質進行化驗，動態模擬加藥、阻垢、除垢，調整藥劑、指導適合目前循環水系統運行的濃縮倍率和相應的加藥量，并出具藥劑報告，避免循環水系統結垢。

4.3 做好循環水日常監督工作

從人員培訓、設備儀表維護、運行管理、水質化驗比對、運行報表臺賬等方面加強化學專業日常管理，及時發現問題、及時處理。每班安排專人負責對循環水進行加藥，每天化驗一次循環水水質，技術人員做好循環水水質臺賬，對數據進行對比、分析，指導運行人員加藥。循環水水池保持高位運行，濃縮倍率、極限碳酸鹽只要有一項數據不合格，就對循環水進行排水、補水，直至化驗合格。循環水水質部分臺賬如表3所示。建立分析、考核、問責機制，確保各項工作落到實處。

表3 3臺機組循環水水質臺賬

1號機組濃縮倍率比較高是由于循環水補充水先經過2，3號機組，再到1號機組， 而且1號機組冷卻塔排污口與補水口太近，不能進行邊排邊補的運行方式，只能采用先排后補的方式來控制循環水的濃縮倍率。

4.4 結垢處理

對1號機組凝汽器水側進行水沖洗、小機潤滑油冷卻器進行化學清洗；清理、疏通冷卻塔噴嘴內部結垢；將冷卻塔內的水放掉，清理塔池內的淤泥等沉積物。

4.5 真空系統查漏

繼續對1號機組真空系統進行查漏，確保真空嚴密性試驗結果在合格范圍內。將真空嚴密性試驗納入運行定期工作，每月做一次，及時發現問題并進行處理。

5 取得效果

采取措施后不到一個月，三臺機組冷卻塔結垢情況得到明顯改善。

2019-07-09 2號機組檢修、7月25日3號機組檢修、10月9日1號機組檢修，在這期間對三臺機組凝汽器、冷卻塔內部進行檢查，發現凝汽器出水側不銹鋼管運行情況良好，基本上沒有結垢現象。這說明采取措施調整后的ZC-504阻垢緩蝕劑投加量在13 mg/L的藥劑范圍內運行，已形成的垢層逐漸溶解剝離，結垢情況得到明顯改善，凝汽器不銹鋼管也沒有發現被腐蝕現象。

但2號冷卻塔噴嘴內部仍然存在結垢物，與1號機組冷卻塔噴嘴內的結垢情況一樣，應該是在采取措施前的結垢，因此對冷卻塔噴嘴內部結垢進行清理、疏通。

目前(2020年4月)，三臺機組的平均端差分別為4.4 ℃，3.3 ℃，4.8 ℃，冷端效率比較高，節能效果明顯。

6 結束語

在運行中，發電廠循環水中極易產生藻類，水中的鈣離子也極易粘附在換熱器表面，因此加藥阻垢、除垢必不可少。這樣處理后循環水補充水水質與初設發生了較大變化，需要通過降低循環水倍率、控制極限碳酸鹽來降低結垢，但循環水外排量增大，單位發電量的用水量增加，這些都不符合節水政策和環保要求。

下一步需要使用性能更好的緩蝕阻垢劑，采用加酸系統，調整循環水的堿度，進行循環水處理仿真研究等，在不結垢的情況下，提高循環水濃縮倍率，實現節水降耗、零排放的目標，為機組安全、穩定、高效運行提供條件。