電廠用循環冷卻水阻垢劑性能研究與應用

楊少才，鐘銳，姚振剛

(1.中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.朝陽燕山湖發電有限公司，遼寧 朝陽 122000)

0 引言

早期的工業循環冷卻水處理一般是通過加酸調節水的pH值為6.0～6.5來控制水的結垢，再通過投加緩蝕劑來控制腐蝕。為了節約用水，循環冷卻水向高濃縮倍率技術發展，由單純的加酸低pH運行控制，發展到了加阻垢緩蝕劑聯合高pH等堿性處理方式，但這種方式更易使冷卻系統產生結垢，因此必須依賴于高效阻垢緩蝕劑的開發和應用[1]。

隨著社會的發展，對于工業水循環中的水處理技術要求越來越高，并且對于阻垢劑的選擇也提高了要求。阻垢劑是可以將循環水中致垢離子濃度維持在較高濃度，抑制水垢的生成，從而提高濃縮倍數[2]。作為一種重要的循環水水質穩定藥劑，阻垢劑廣泛應用于工業循環水處理系統。文章針對阻垢劑的作用機理以及應用進行闡述，并對其現場應用進行探討[3]。北方電廠普遍使用的循環水緩蝕阻垢劑效果較差，循環水的濃縮倍率一直處在較低的水平，平均在3左右。循環水水量占電廠總水量的80%，濃縮倍率低，水的浪費很大，嚴重影響電廠的節水要求及零排放的實現。

本文通過對幾種藥品的分析及阻垢效果對比，引入不同的功能基團，開發和研制高效及成本低廉的多功能復合水處理劑。1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸(HEDP)和氨基三亞甲基膦酸(ATMP)等有機磷化合物具有阻垢和耐腐蝕的雙重作用，通過羧酸聚合物與丙烯酸(AA)、馬來酸(MA))共聚合成了一種聚合阻垢緩蝕劑XY-2，使用碳酸鈣沉積法對阻垢緩蝕劑進行分析，其對碳酸鈣阻垢性能最高可達96.77%，對TP316L不銹鋼有很好的緩蝕阻垢效果。本文取電廠在用循環水，采用新研發的緩蝕阻垢劑，通過動態、靜態模擬分析了藥劑的工業可行性，保持循環水濃縮倍率在5以上，不僅保證了循環水系統安全的運行，還達到了循環水節水的目標[4]。

1 循環水阻垢劑性能優化

1.1 阻垢劑阻垢性能試驗方法

阻垢劑性能測定采用的試驗方法為GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》，按如式(1)計算阻垢劑阻垢性能η(%)：

1.2 阻垢劑優化分析

通過3種緩蝕阻垢劑對比，XY-208型緩蝕阻垢劑比原有緩蝕阻垢劑阻垢率提高了20%左右，大大提高了對凝汽器的防護作用，阻垢率試驗數據如表1所示。

表1 三種阻垢劑阻垢性能結果

2 循環水系統補水水質狀況

本次循環水阻垢劑性能鑒定試驗用水水質飽和指數如下[5]：

L.S.I.=pH-pHs＞0 結垢

L.S.I.=pH-pHs=0 不腐蝕不結垢

L.S.I.=pH-pHs＜0 腐蝕

pHs=(9.70+A+B)-(C+D)

水樣飽和指數

式中：A為總溶解固體系數；B為溫度系數；C為鈣硬度系數；D-M為堿度系數。

經計算：L.S.I.=pH-pHs=7.80-(9.70+0.12+1.98)+(2.06+2.26)=0.32＞0，屬于結垢水質。

3 靜態模擬試驗

3.1 試驗條件及方法

設備及儀器：RCC-II型旋轉掛片腐蝕試驗儀；溫度45±1 ℃；2 L玻璃燒杯若干；藥劑：XY-2加藥劑量10 mg/L(商品濃度，以補充水計)，初始加入量為50×10-6；試驗方法采用電力系統貫用的靜態極限碳酸鹽硬度法。試驗中以ΔB≤0.20(參考ΔA≤0.20，ΔH≤0.20)為水質穩定性判斷指標。

3.2 靜態試驗結果

加藥濃度0 mg/L(空白)和10 mg/L阻垢效果圖如圖1和圖2所示。

圖1 0 mg/L阻垢性能試驗圖

圖2 10 mg/L阻垢性能試驗圖

由兩條試驗曲線對比可看出投加水處理劑后阻垢效果明顯。投加藥劑前，穩定的最高濃縮倍率(通常以氯離子計，下同)KCl=3.91，KJD=3.70，KCa=3.72，KYD=3.73；投加藥劑后，穩定的最高濃縮倍率提高至KCl=5.25，KJD=5.05，KCa=5.04，KYD=5.05；可滿足電廠對控制濃縮倍率5的要求[6]。

4 動態模擬試驗

4.1 試驗條件

試驗裝置：WKMZ-II型智能動態模擬裝置；溫度：45±1 ℃；流速：1.2～1.4 m/s ；流量：636 L/h；試驗用藥：XY-2，10 mg/L (商品濃度，補充水計)；初次投加量為50×10-6。腐蝕試驗片：TP316L不銹鋼管2個、TP316L標準試片各4個；試驗用水：取自電廠提供的循環水補水，控制循環水pH值在8～9之間，以5%稀硫酸調節。

實驗分組：A組不加阻垢劑的空白試驗，B組加XY-208阻垢劑的試驗，加藥量10 mg/L(商品濃度，以補充水計)，兩組試驗均采用緩蝕阻垢加酸聯合處理，以ΔB作為水質控制指標。

4.2 阻垢性能試驗結果

A組不加阻垢劑的空白試驗，試驗結果如圖3所示。

圖3 A組動態模擬空白試驗曲線

由試驗曲線5可看出，循環水空白實驗KCl=3.87，KCa=3.67，KYD=3.68 時，ΔB=0.20，ΔH=0.19，極限碳酸鹽硬度為 4.27 mmol，當濃縮倍率超過3.87以上時，就有結垢的趨勢。

B組采用阻垢劑加藥劑量為10 mg/L(商品濃度，以補充水計)。試驗結果如圖4所示。

圖4 B組動態模擬試驗曲線

由試驗曲線6可看出，藥劑穩定處理循環水KCl=5.52，KCa=5.32，KYD=5.33 時，ΔB=0.20，ΔH=0.19，極限碳酸鹽硬度為 6.17 mmoL；KCl=5.65，KCa=5.44，KYD=5.45 時，ΔB=0.21，ΔH=0.20，極限碳酸鹽硬度為6.31 mmoL。

4.3 試驗試片腐蝕情況

從試驗開始時，于A組和B組動態模擬試驗裝置的腐蝕掛片試驗管內分別懸掛TP316L不銹鋼試片各2枚。試驗結束時取出試片，按有關要求處理，稱重并計算腐蝕速率[7]，腐蝕速率為0.002 mm/a，遠小于標準腐蝕速率。

5 結語

(1)采用多種共聚物聚合法，成功制備出了XY-208緩蝕阻垢劑，并將其應用于工業循環水的阻垢。

(2) XY-208緩蝕阻垢劑對CaCO3均具有良好的阻垢效果，在阻垢劑用量為20 mg/L時，其阻碳酸鈣垢的阻垢效率達到93.74%；其投加量為40 mg/L時，碳酸鈣垢的阻垢效率達到96.77%。

(3)通過靜態試驗、動態模擬試驗、腐蝕試驗開展效果驗證，XY-208緩蝕阻垢效果優良，能廣泛適用于工業循環水的冷卻系統中。

(4)阻垢劑可以滿足工業企業循環水處理水質的實際情況，具有良好的阻垢性能，符合環保型水處理劑的要求。建議循環冷卻水的運行狀態控制在5倍濃縮倍率以上，以達到節水及循環水穩定運行效果[8]。