宋紀(jì)雙 曹菊林 張 更 計巧珍 陳曉春

（1.安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230601；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601）

0 引言

內(nèi)陸火力發(fā)電廠多為閉式循環(huán)濕冷機(jī)組，循環(huán)水補(bǔ)水量和排污水量很大，提高濃縮倍數(shù)是實現(xiàn)節(jié)水減排的最重要途徑。凝汽器等設(shè)備面臨著結(jié)垢腐蝕風(fēng)險，不僅影響換熱設(shè)備的傳熱、堵塞管路，而且會引起沉積物下腐蝕，對機(jī)組的發(fā)電煤耗、安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此采用高效阻垢緩蝕劑、強(qiáng)化過程控制和管理是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在高濃縮倍數(shù)下安全運(yùn)行的保障。

國內(nèi)某發(fā)電廠為節(jié)水減排，將循環(huán)水補(bǔ)水水源由混合水（部分地下水經(jīng)弱酸陽床處理成軟化水，地下水再與軟化水按1∶1~1∶2混合）轉(zhuǎn)換為全地下水，并采用高效阻垢藥劑提高循環(huán)水濃縮倍率至8倍左右，循環(huán)水不投加硫酸控制堿度，冷卻塔不定期排污，少量排污水作為脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水。經(jīng)過約兩周時間轉(zhuǎn)換補(bǔ)水水源，循環(huán)水系統(tǒng)已經(jīng)全部使用地下水作為補(bǔ)水。循環(huán)水由前期的無色澄清變成白色渾濁，Cl、硬度、Ca與pH等指標(biāo)上升明顯，但Cl、Ca、堿度增幅嚴(yán)重不一致，因此研究采用高硬高堿水質(zhì)作為循環(huán)水補(bǔ)水，且在高濃縮倍率下運(yùn)行，凝汽器、冷卻塔填料等設(shè)備面臨的結(jié)垢腐蝕風(fēng)險顯得非常必要。

1 分析與討論

1.1 水質(zhì)分析

地下水為高硬高堿低氯水質(zhì)，循環(huán)水補(bǔ)水來源全部轉(zhuǎn)換完成后，Cl的濃縮倍率約8.44倍（以地下水作為補(bǔ)水計算），而Ca、堿度的濃縮倍率與Cl的濃縮倍率差距巨大。鑒于循環(huán)水水樣白色渾濁狀，循環(huán)水中的鈣可能并非全部以離子狀態(tài)Ca存在，故對同批次循環(huán)水水樣進(jìn)行過濾、酸化煮沸等預(yù)處理后，測定相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果見表1。

表1 循環(huán)水預(yù)處理后水質(zhì)

分析認(rèn)為，混勻后的冷卻塔底部排污水測定的硬度、Ca數(shù)值與循環(huán)水A、循環(huán)水B基本一致，表明水樣若不經(jīng)過濾、酸化煮沸處理，僅充分混勻，不會明顯影響硬度、Ca的測定結(jié)果。循環(huán)水C硬度、Ca的測定結(jié)果大于循環(huán)水A、循環(huán)水B，表明循環(huán)水中的鈣并非完全以離子狀態(tài)Ca形式存在，還有部分鈣以分子形態(tài)CaCO微顆粒形式存在于水中，循環(huán)水因此呈白色渾濁狀。硬度和Ca測定采用EDTA絡(luò)合滴定法，EDTA只能與Ca反應(yīng)，而不能與CaCO反應(yīng)，循環(huán)水不經(jīng)過濾、酸化煮沸后CaCO被分解，鈣全部被轉(zhuǎn)化為離子形態(tài)Ca，水質(zhì)變澄清，可以與EDTA全部反應(yīng)。循環(huán)水A的SO、K、Na的濃縮倍率分別為8.48、8.40、8.87，與Cl的濃縮倍率8.44相近，而循環(huán)水C的Ca濃縮倍率為2.94，較循環(huán)水A、循環(huán)水B增大約0.3，而Δ高達(dá)5~6，表明約有64%鈣元素以CaCO微顆粒聚集并于低流速處沉淀下來。

1.2 設(shè)備運(yùn)行檢修情況

補(bǔ)水水源轉(zhuǎn)換后對凝汽器汽側(cè)端差、真空度進(jìn)行了檢查，數(shù)據(jù)見表2。

表2 凝汽器運(yùn)行參數(shù)

凝汽器端差為2.40℃~3.10℃，低且穩(wěn)定，從數(shù)據(jù)分析凝汽器銅管內(nèi)未結(jié)垢或結(jié)垢極少。

水源轉(zhuǎn)換完成運(yùn)行1年后，機(jī)組停機(jī)大修，對相關(guān)熱力設(shè)備進(jìn)行了檢查，如圖1~圖4所示。凝汽器進(jìn)、出水室銅管的內(nèi)部、管口三角區(qū)域有少量結(jié)垢，而內(nèi)壁、底部和頂部結(jié)垢增多。進(jìn)水室個別銅管內(nèi)部有少量黏泥沉積，進(jìn)、出水室的銅管和內(nèi)壁上的防腐涂層出現(xiàn)破損、腐蝕現(xiàn)象。冷油器內(nèi)部出現(xiàn)大量的白色米粒狀沉積物，質(zhì)軟易碎。

圖1 凝汽器進(jìn)水室三角區(qū)域水垢

圖4 冷油器出水端水管結(jié)垢

分析認(rèn)為，排除因凝汽器銅管使用年限久、防腐涂層破損造成的腐蝕以及前期運(yùn)行形成的舊水垢外，以高硬高堿水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，在高濃縮倍率下運(yùn)行約18個月的凝汽器銅管僅少量銅管出現(xiàn)結(jié)垢，垢松散不板結(jié)。冷油器內(nèi)部有較多銹蝕及白色沉積物，進(jìn)、出水端水管沉積物呈白色粒狀，質(zhì)軟，疑是碳酸鹽，出水端隔板上有腐蝕產(chǎn)物和白色沉積物等混合物附著。

水源轉(zhuǎn)換完成運(yùn)行24個月后，低溫天氣期間，填料底部與塔池之間出現(xiàn)大量水汽，冷卻塔通風(fēng)效果差，冷卻塔出口循環(huán)水水溫出現(xiàn)偏高異常。對冷卻塔內(nèi)部進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，淋水填料大多被灰白色垢樣堵塞，自重增加，部分填料損壞。對淋水填料內(nèi)垢樣分別進(jìn)行灼燒失重分析和熒光光譜分析，結(jié)果見表3、表4。

表3 垢樣灼燒失重分析

表4 垢樣熒光光譜檢測分析

分析認(rèn)為，造成自然通風(fēng)冷卻塔出現(xiàn)異常應(yīng)是由于噴濺裝置噴頭或淋水填料被堵塞，因此造成噴頭噴水不均，換熱面積減小，水流在填料內(nèi)停留時間縮短，淋水密度增大，使冷卻塔出口循環(huán)水水溫升高。淋水填料堵塞使塔內(nèi)外的空氣溫度差所形成的差壓變小，且由于氣溫低，循環(huán)水的冷卻主要以接觸散熱為主，通風(fēng)效果更差，大量水汽聚集。

淋水填料中垢樣在550℃灼燒失去的質(zhì)量主要包括機(jī)物、生物黏泥、化合水和硫化物等物質(zhì)，約占垢樣質(zhì)量的10.0%。在950℃灼燒所失去的質(zhì)量主要是二氧化碳，約占垢樣質(zhì)量的33.1%。二氧化碳在垢樣中的主要存在形式是碳酸鈣，經(jīng)推算垢樣中碳酸鈣含量約占75.1%，表明淋水填料中垢樣的主要成分是碳酸鈣。其來源經(jīng)分析可知，部分為循環(huán)水中原有的分子形態(tài)CaCO微顆粒，部分為循環(huán)水中的重碳酸鈣在冷卻塔受熱分解出二氧化碳后而析出的碳酸鈣。

垢樣于950℃灼燒灼燒充分后，使用熒光光譜儀進(jìn)行元素定性半定量分析檢測，灼燒后的垢樣中主要成分為氧化鈣，相對含量達(dá)83.49%，其次是二氧化硅，五氧化二磷和氧化鎂，相對含量分別為6.01%，4.89%和4.70%。說明原垢樣中鈣的主要存在形式為碳酸鈣，硅來源于水體及空氣中的灰塵等，磷應(yīng)與該型藥劑的高含磷量有關(guān)，而鎂應(yīng)主要來自于水體。

2 處理及成效

2.1 清洗淋水填料

配制硫酸清洗液，對淋水填料現(xiàn)場沖洗，可溶解一部分填料內(nèi)垢樣，但由于填料通道狹小，數(shù)量多，厚度大，清洗效果有限。將部分填料拆卸下來后振動，輔之以水沖洗，清除較多垢樣。無論是化學(xué)清洗還是振動填料、水沖洗，都費(fèi)時費(fèi)力，且無法徹底清除垢樣，宜考慮對淋水填料進(jìn)行更換。

圖2 凝汽器出水室銅管管口水垢

2.2 增設(shè)纖維過濾器

使用纖維過濾器進(jìn)行循環(huán)水旁流過濾處理，可截留部分碳酸鈣顆粒及懸浮物，但由于旁流過濾處理水量占循環(huán)水總量比例非常小，因此旁流過濾處理效果有限。

2.3 循環(huán)水加硫酸

通過添加硫酸使循環(huán)水pH降低至8.2~8.4，堿度降低至6.5mmol/L左右，防止碳酸鈣顆粒析出結(jié)垢。

2.4 加強(qiáng)循環(huán)水排污

在未對循環(huán)水補(bǔ)水進(jìn)行軟化、除鹽等處理的情況下，適當(dāng)增加排污，目前循環(huán)水濃縮倍率降至4.5倍，防止碳酸鈣在淋水填料處析出結(jié)垢。

發(fā)電廠根據(jù)建議實施上述處理措施，冷卻塔淋水填料的上層和中層通過人工振動清理水垢得以部分恢復(fù)性能，下層填料已經(jīng)更換成新填料。填料結(jié)垢狀況未發(fā)現(xiàn)有惡化傾向，循環(huán)水水溫及凝汽器端差也恢復(fù)正常。

3 結(jié)語

將高硬高堿水質(zhì)作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，循環(huán)水濃縮倍率維持在高水平，長期運(yùn)行后凝汽器銅管結(jié)垢量少，松散，但冷卻塔淋水填料被逐漸堵塞，一方面造成冷卻塔出水水溫偏高，降低凝汽器換熱效率，另一方面填料自重增加，對填料鐵質(zhì)托架甚至承重水泥柱產(chǎn)生潛在危害。淋水填料一旦結(jié)垢嚴(yán)重，將面臨著費(fèi)時費(fèi)力去清洗且效果差，或花費(fèi)大筆費(fèi)用更換新填料的兩難選擇。

圖3 冷油器進(jìn)水端水管水垢

隨著國家節(jié)能減排工作穩(wěn)步推進(jìn)，一是要求發(fā)電企業(yè)對地下水的使用減少直至停用，逐步換成地表水或河水，二是要求發(fā)電企業(yè)總排口的廢水水質(zhì)符合相關(guān)要求。另外，許多發(fā)電企業(yè)為增加效益，也在逐步對機(jī)組進(jìn)行供熱改造，這勢必對化水制水系統(tǒng)提出了更高的要求。部分發(fā)電企業(yè)由于建廠早，現(xiàn)有化學(xué)制水系統(tǒng)設(shè)備老化，技術(shù)落后，沒有混凝澄清處理設(shè)備及膜過濾設(shè)備，無法處理地表水或河水，制水量也不能滿足供熱要求。為從根本上解決相關(guān)問題，應(yīng)當(dāng)做好以下四方面工作。1） 對化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造升級，增設(shè)混凝澄清處理設(shè)備及膜過濾設(shè)備（超濾+反滲透）。澄清池出水（低硬低堿）可作為循環(huán)水補(bǔ)水，膜過濾出水（預(yù)脫鹽）可作為除鹽系統(tǒng)（陽床＋陰床+混床）的進(jìn)水，既能使循環(huán)水補(bǔ)水維持低硬度低堿度，進(jìn)而提高循環(huán)水濃縮倍率，又能在不降低除鹽水品質(zhì)的同時，減少除鹽樹脂的再生頻次，滿足供熱補(bǔ)水量的增長。2） 考慮發(fā)電企業(yè)要實現(xiàn)廢水綜合治理、零排放的目標(biāo)，依靠目前采取的廢水作為煤場沖洗水、脫硫補(bǔ)水，或者進(jìn)入灰廠等方法僅是治標(biāo)措施。我們應(yīng)當(dāng)將循環(huán)排污水、脫硫廢水、樹脂再生廢水、膜化學(xué)清洗廢水等各種廢水一并納入發(fā)電企業(yè)的廢水深度處理改造中，而傳統(tǒng)混凝處理+澄清濾池+膜過濾是可能的深度處理工藝方案，處理后的回用水水質(zhì)指標(biāo)好，產(chǎn)生的廢水可回到廢水深度處理設(shè)備中循環(huán)處理，進(jìn)而實現(xiàn)廢水零排放目標(biāo)。3） 發(fā)電企業(yè)應(yīng)要求藥劑供應(yīng)商或委托有資質(zhì)的第三方進(jìn)行循環(huán)水的靜態(tài)和動態(tài)模擬試驗，以尋找性能優(yōu)異的阻垢劑，并根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行循環(huán)水水質(zhì)的調(diào)整和控制，保障凝汽器和冷卻塔淋水填料的安全運(yùn)行。諸如對循環(huán)水進(jìn)行旁流軟化處理，加硫酸降低循環(huán)水pH與堿度，按照要求投運(yùn)膠球系統(tǒng)并保證膠球回收率，保證循環(huán)水流速不能過低等措施可以作為循環(huán)水運(yùn)行管理的輔助手段。4） 化學(xué)方面的問題其影響往往是緩慢的，但隨著時間的積累，可能會造成大面積的停爐停機(jī)，甚至達(dá)到難以收拾的地步。因此，每次停機(jī)檢修期間應(yīng)對凝汽器、冷卻塔噴濺裝置、淋水填料和池底污泥狀況等認(rèn)真檢查，并做好相應(yīng)記錄，將化學(xué)監(jiān)督工作落實到實處。另外要通過失效分析及善后處理，總結(jié)故障規(guī)律，向超前控制和預(yù)知維修方向發(fā)展，防范于未然。