楊少才,周 多,侯亞波
(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006)
循環(huán)水處理工藝改變及循環(huán)水藥劑篩選試驗研究
楊少才,周 多,侯亞波
(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006)
通過對某發(fā)電公司的循環(huán)冷卻水藥劑篩選的靜態(tài)、動態(tài)試驗研究,對該廠中水工藝改變進(jìn)行可行性技術(shù)研究,為該廠的循環(huán)水藥劑處理及中水的合理應(yīng)用提出科學(xué)的建議。
循環(huán)冷卻水;中水;阻垢劑
某發(fā)電公司2臺300 MW機組的凝汽器管材為TP317不銹鋼,采用閉式循環(huán)冷卻水方式,以市污水處理廠一級B中水為補充水水源。循環(huán)水設(shè)計濃縮倍率為3.6倍,循環(huán)水冷卻塔排污水經(jīng)石灰、混凝、澄清過濾處理工藝后,一部分返回循環(huán)水系統(tǒng),另一部分進(jìn)行化學(xué)處理。自2011年4月投運以來,循環(huán)水排污水經(jīng)過石灰、混凝、澄清處理后的污泥產(chǎn)生量較大,每天產(chǎn)生150余t,僅運輸及人工費用每天約1 800元。
為確保機組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行,擬改進(jìn)中水現(xiàn)處理工藝。為此,本文進(jìn)行了水處理工藝改變的可行性試驗研究。
1.1 循環(huán)水系統(tǒng)的主要參數(shù)
該廠原設(shè)計的循環(huán)水系統(tǒng)主要參數(shù)見表1。
1.2 循環(huán)冷卻水的補充水水質(zhì)概況
該廠以市污水廠一級B中水作為補充水水源。該水源水質(zhì)的波動范圍及設(shè)計進(jìn)廠水質(zhì)指標(biāo)見表2。
表1 循環(huán)水系統(tǒng)主要參數(shù)
表2數(shù)據(jù)表明,中水水質(zhì)具如下特點。
b. CODCr、TFe、濁度及正PO43-偶有超標(biāo),但各項指標(biāo)基本在正常值范圍。
2.1 靜態(tài)試驗
2.1.1 循環(huán)水藥劑篩選試驗[1]
以污水廠中水作為循環(huán)水補充水,用3種阻垢劑分別進(jìn)行了阻垢性能、加藥劑量及旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕等對比試驗。通過不同藥劑在最佳劑量條件下的極限碳酸鹽硬度和穩(wěn)定的最高濃縮倍率以及對不銹鋼、碳鋼的腐蝕狀況綜合分析,篩選出適于該廠應(yīng)用的水處理藥劑。
該試驗結(jié)果作為中水不經(jīng)石灰、混凝澄清過濾處理,直接用作補充水的可行性依據(jù)之一。
試驗用水水質(zhì)見表3。試驗用水水質(zhì)較好,除濁度超標(biāo)較多、CODMn稍有超標(biāo)外,其它均達(dá)設(shè)計指標(biāo)要求。
2.1.2 阻垢性能試驗[2]
2.1.2.1 試驗條件
試驗藥品1號藥、2號藥、3號藥,加藥劑量分別為12 mg/L、15 mg/L、20 mg/L。
2.1.2.2 試驗方法
采用電力系統(tǒng)常用的靜態(tài)極限碳酸鹽硬度法,以ΔA≤0.2為水質(zhì)穩(wěn)定性判斷指標(biāo)。
2.1.2.3 加藥劑量試驗結(jié)果
3種藥劑不同加藥量穩(wěn)定的極限碳酸鹽硬度(簡稱極限碳硬)和濃縮倍率,見圖1—3。
圖1 1號藥劑量試驗
圖2 2號藥劑量試驗
圖3 3號藥劑量試驗
2.1.2.4 阻垢性能對比試驗
以3種藥劑、加藥量20 mg/L的數(shù)據(jù)繪制的阻垢試驗曲線見圖4、圖5和圖6。在試驗水質(zhì)條件下,3種藥劑對比試驗結(jié)果如下。
a. 1號藥劑阻垢性能較好,加藥量為20 mg/L時的極限碳硬為8.07 mmol/L;穩(wěn)定濃縮倍率為3.78倍。
b. 2號藥劑碳酸鹽阻垢性能尚好,但當(dāng)pH>8.6時,有鋅鹽析出,溶液渾濁度大。
c. 3號藥劑阻垢性能較差,且隨加藥量增加,效果增加不明顯。
表2 某污水廠中水水質(zhì)概況及設(shè)計指標(biāo)
表3 試驗用中水的相關(guān)水質(zhì)概況
圖4 1號藥阻垢試驗曲線
圖5 2號藥阻垢試驗曲線
圖6 3號藥阻垢試驗曲線
2.1.3 腐蝕試驗[3]
2.1.3.1 試驗方法
采用GB/T 18175—2000水處理劑緩蝕性能的測定方法,于旋轉(zhuǎn)掛片儀上進(jìn)行試驗。
2.1.3.2 試驗條件
試驗用3種藥品加藥量16 mg/L,時間115 h,試驗用A3鋼、TP316不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)試片,使用該廠提供的中水。
2.1.3.3 試驗過程及結(jié)果
a.按HG/T3523—2008冷卻水化學(xué)處理標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片技術(shù)條件的要求進(jìn)行試片處理。
b.在試驗杯中,分別加入3種藥劑及試驗用水,每種藥劑為2個試驗杯(一杯放A3鋼試片;另一杯放TP316不銹鋼試片)。
c.將試驗杯置入旋轉(zhuǎn)掛片機內(nèi)恒溫加熱濃縮,當(dāng)濃縮倍率2.0倍以上時,懸掛試片并計時至115 h結(jié)束。取出試片稱重并計算腐蝕速率。試驗結(jié)果見表4。
表4 腐蝕試驗結(jié)果
由表4數(shù)據(jù)可看出:
a.3種藥劑在加藥濃度同為16 mg/L條件下,A3鋼的腐蝕速率均較高,三者間相差不大(國家標(biāo)準(zhǔn)對碳鋼換熱設(shè)備的規(guī)定為≤0.075 mm/a)。
b.3種藥劑在上述試驗條件下,不銹鋼的腐蝕速率均達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)(≤0.005 mm/a)要求。2.1.4 循環(huán)水阻垢、緩蝕試驗結(jié)果綜合分析
在中水水質(zhì)條件下,不經(jīng)石灰、混凝、澄清等處理的靜態(tài)循環(huán)水阻垢、緩蝕試驗結(jié)果分析如下。
a.1號藥劑的阻垢性能較好,當(dāng)按補水的加藥量為20 mg/L時,可穩(wěn)定循環(huán)水濃縮倍率至3.78倍,與硫酸聯(lián)合處理可達(dá)3.6倍以上。
b.3種藥劑對不銹鋼的緩蝕效果較好,腐蝕速率均達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)要求;3種藥劑對碳鋼的緩蝕效果欠佳,藥劑中應(yīng)適當(dāng)增加碳鋼緩蝕成分。
c.試驗中水的濁度和COD較高,致使循環(huán)水的濁度和COD超過指標(biāo)限度。應(yīng)對進(jìn)廠中水的COD和濁度指標(biāo)嚴(yán)格把關(guān),避免產(chǎn)生生物粘泥及污垢下的不銹鋼點腐蝕。
2.2 動態(tài)試驗[4]
通過靜態(tài)配方篩選試驗,由3種藥劑阻垢、緩蝕性能的相對比較,該廠決定選用1號藥劑作為循環(huán)水阻垢緩蝕處理劑。為進(jìn)一步考核其應(yīng)用效果,對1號藥劑進(jìn)行動態(tài)模擬阻垢、緩蝕性能試驗。
2.2.1 試驗條件
溫度入口35±1℃,出口45±1℃;流速1.0~1.5 m/s;流量1.0~1.1 m3/h。加藥量20 mg/L;試驗用污水廠中水。腐蝕試驗片A3、Tp316標(biāo)準(zhǔn)試片。
2.2.2 試驗水質(zhì)
試驗用水的分析結(jié)果見表5。
表5 動態(tài)試驗用中水的水質(zhì)分析、檢驗
2.2.3 試驗結(jié)果
2.2.3.1 阻垢性能
當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率為2.6倍時ΔA和ΔCa均超標(biāo),極限碳硬為6.75 mmol/L。后采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯(lián)合處理方式,循環(huán)水濃縮倍率達(dá)4.67倍時ΔCa超標(biāo)。阻垢試驗結(jié)果見圖7試驗曲線。
圖7 動態(tài)模擬試驗曲線
2.2.3.2 腐蝕試驗結(jié)果
于動態(tài)試驗裝置的腐蝕試驗管內(nèi)分別懸掛A3和TP316腐蝕試片各2枚,達(dá)到規(guī)定時間取出,按有關(guān)要求處理后,稱重并計算腐蝕速率。試驗結(jié)果見表6。
表6 動態(tài)腐蝕試驗結(jié)果
2.2.4 試驗分析
a.動態(tài)試驗期間所用中水的JD、YD、Ca2+均較靜態(tài)試驗為高,再加流速等因素的影響,導(dǎo)致不加酸時穩(wěn)定的極限碳硬及濃縮倍率均有降低。
b.在試驗水質(zhì)條件下,當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率大于2.5時,應(yīng)采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯(lián)合處理方式。只要加酸適宜,控制循環(huán)水的pH在要求范圍,可穩(wěn)定濃縮倍率至4倍以上。
c.不銹鋼的腐蝕速率達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)要求;A3鋼腐蝕速率較高、試片表面銹蝕產(chǎn)物多,去除腐蝕產(chǎn)物后留有較多腐蝕斑塊。
d.循環(huán)水的極限碳硬和穩(wěn)定的濃縮倍率與所加藥劑的阻垢效果、補充水水質(zhì)和加酸量大小有關(guān)。
e.在一定水質(zhì)條件下,加酸量的多少主要取決于藥劑的阻垢性能。藥劑的阻垢性能越好,穩(wěn)定的極限碳硬越高,則加酸量越少。
3.1 目前水處理工藝流程
為節(jié)約水資源,環(huán)評批復(fù)本工程采用市污水廠中水用作工業(yè)水水源,任何情況下不得外排。因此原設(shè)計的水處理工藝流程為中水→循環(huán)水塔盆,部分循環(huán)水→機械加速澄清池,進(jìn)行石灰、混凝澄清處理→重力式砂濾池→清水池→一部分回至塔盆;另一部分去化學(xué)車間。
3.1.1 循環(huán)水塔排污水水質(zhì)概況
目前水處理工藝的設(shè)計思路是將濃縮3.6倍的循環(huán)水排污水進(jìn)行石灰、混凝澄清、過濾等處理后,一部分用作循環(huán)水的補充水,另一部分到化學(xué)車間處理,達(dá)到零排放的目的。循環(huán)水(排污水)的水質(zhì)概況見表7。
表7 循環(huán)水排污水的水質(zhì)概況
循環(huán)水塔排污水的水質(zhì)具有如下特點。
a.JD多數(shù)大于3.0 mmol/L,當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率達(dá)3.6倍以上時,若處理不當(dāng),在凝汽器管內(nèi)將結(jié)生CaCO3水垢。因此,循環(huán)水塔排污水必須進(jìn)行石灰、混凝澄清等深度處理,去除大部分碳酸鹽堿度,以滿足藥劑阻垢等處理的需求。
b.濁度、CODCr遠(yuǎn)高于再生回用水指標(biāo),存在粘泥故障及污垢下點腐蝕的隱患,必經(jīng)混凝、澄清處理達(dá)指標(biāo)要求。
3.1.2 存在問題
a.由于該處理工藝不能去除水中的永硬,隨Ca2+、Mg2+及SO42-、Cl-的不斷循環(huán)濃縮,其離子濃度將逐漸增高并形成惡性循環(huán),存在產(chǎn)生CaSO4及Ca3(PO4)2水垢的傾向;同時由于Cl-的不斷濃縮,將加速碳鋼和不銹鋼的點腐蝕。
b.由于該處理方式只能去除30%~40%有機物,其殘留的有機物將隨循環(huán)過程的進(jìn)行越積越多,存在粘泥污堵及污垢下金屬點腐蝕的隱患,同時將增加殺菌、滅藻處理費用及膠球清洗難度。
c.石灰處理維護(hù)工作量大,且在澄清處理過程中產(chǎn)生大量污泥,運輸和人工費用高,每年將多耗40余萬元。
3.2 擬改變的中水水處理工藝
由于目前處理方式存在以上弊端,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和分析,提出如下水處理工藝流程:
方案1:中水直接補充至循環(huán)水系統(tǒng),循環(huán)水石灰旁流處理站停用。
方案2:中水→機械加速澄清池,經(jīng)混凝澄清(少加或不加石灰)處理→重力式砂濾池→清水池→循環(huán)水塔盆及化學(xué)車間。
3.2.1 中水進(jìn)機械加速澄清池混凝澄清處理試驗[5]
此項試驗是為驗證中水直接進(jìn)入機械加速澄清池,不加石灰只經(jīng)混凝澄清處理的可行性,并對比混凝處理前、后的水質(zhì)變化特點進(jìn)行比較。
3.2.1.1 試驗條件
常溫(26~27℃);攪拌速度40~150 r/min。PAC加藥量10 mg/L、20 mg/L;PAM加藥量0.5 mg/L、1.0 mg/L。試驗用污水廠中水。
3.2.1.2 試驗過程
a.于1號、2號1 000 mL燒杯中分別加入PAC10 mg/L、20 mg/L;先快速攪拌,后再慢速攪拌;靜止后觀察兩杯中礬花生成情況。結(jié)果表明:1號生成礬花細(xì)小,且量少;2號杯生成礬花細(xì)小,但量增多,沉降速度較慢。
b.方法同上,PAC加入量增至30 mg/L,并在慢速攪拌過程中分別加入PAM0.5 mg/L、1.0 mg/L。靜止后觀察兩杯中礬花生成情況,試驗結(jié)果為:PAC藥量30 mg/L、PAM加量1.0 mg/L時生成的礬花最好,沉降速度較快。24 h后取上清液進(jìn)行各項水質(zhì)分析、檢驗。
3.2.1.3 混凝澄清處理試驗結(jié)果
污水廠中水經(jīng)混凝澄清處理前后的水質(zhì)分析結(jié)果見表8。
表8 混凝澄清處理前后的主要水質(zhì)分析結(jié)果
中水經(jīng)混凝澄清處理后的水質(zhì)變化主要表現(xiàn)如下。
a.濁度明顯降低,由14.3 NTU降至1.08 NTU,去除率92.5%;膠硅去除率90%。
b.COD降低幅度亦較大,去除率約40%;TFe去除率24.5%。其余各項水質(zhì)指標(biāo)變化不大。
c.在試驗水質(zhì)條件下,中水直接進(jìn)入機械加速澄清池,經(jīng)混凝澄清處理即可解決濁度、COD及TFe超標(biāo)問題。
3.3 某污水廠中水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析及改變工藝的適用性分析
a.JD較低,多數(shù)小于1.5 mmol/L。該水質(zhì)條件下,若中水直接進(jìn)入機加池,可不加石灰;當(dāng)JD過高或混凝澄清處理效果不好時可加少量石灰進(jìn)行處理。該處理工藝的排泥量可大量減少,從而節(jié)省運輸泥渣及石灰處理的費用。
b.濁度、CODCr及TFe偶有超標(biāo),可經(jīng)混凝澄清、過濾等處理達(dá)設(shè)計指標(biāo)。
c.因該中水的水質(zhì)遠(yuǎn)好于循環(huán)水的排污水,處理工藝可簡化。
d.不會出現(xiàn)永硬及有機物等水質(zhì)的惡性循環(huán),可消除產(chǎn)生CaSO4、Ca3(PO4)2水垢隱患,并避免粘泥下點腐蝕的發(fā)生。
3.4 存在問題
a.將污水廠來的中水直接引入機械攪拌澄清池,需重新鋪設(shè)一段管路,將增加部分投資。
b.增加排污水量及排污收費。
4.1 改進(jìn)后水處理工藝的技術(shù)可行性分析
4.1.1 方案1
a.循環(huán)水處理藥劑的阻垢性能及腐蝕試驗結(jié)果表明,嚴(yán)格控制中水進(jìn)廠水質(zhì)在設(shè)計指標(biāo)范圍內(nèi),該水處理技術(shù)可行。若阻垢、緩蝕劑選擇得當(dāng),與硫酸聯(lián)合處理可滿足濃縮倍率3.6倍以上的需求。
b.該處理工藝簡單、經(jīng)濟(jì)。在中水達(dá)到設(shè)計指標(biāo)前提下,不需加石灰、混凝劑和助凝劑,節(jié)省藥品費用,減少運送泥渣以及運行維護(hù)等費用。
c.需加強殺菌滅藻處理及膠球處理力度,解決生物粘泥污堵及沉積物下的金屬點腐蝕等問題。
d.化學(xué)不能直接用中水,必須采用自來水,將增加費用。需通過經(jīng)濟(jì)分析后,確定其可行性。
4.1.2 方案2
a.混凝澄清處理前后水質(zhì)對比結(jié)果表明:中水經(jīng)混凝澄清處理后,濁度、COD、全硅、TFe等均可達(dá)設(shè)計指標(biāo)要求,技術(shù)可行。
b.取消石灰處理或不定時的少量加石灰處理可減少泥渣運輸及運行維護(hù)等費用。
c.沒有原處理工藝的水質(zhì)惡性循環(huán)問題。
d.增加排污水量及排污收費。
4.2 改進(jìn)后水處理工藝的經(jīng)濟(jì)效益分析
通過目前水處理工藝與改進(jìn)后水處理工藝的加藥費用,補、排水費用和運行維護(hù)等費用的對比,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益估算,見表9。
表9 經(jīng)濟(jì)效益分析萬元/a
經(jīng)濟(jì)效益分析如下。
a.在允許排污條件下取消預(yù)處理,中水直接用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水處理工藝(方案1),技術(shù)上可行。但化學(xué)用自來水費用太高,不經(jīng)濟(jì)。
b.中水直補進(jìn)機械加速澄清池(不加石灰)的處理工藝(方案2),可減少預(yù)處理藥品費用、泥渣運輸費用及運行維護(hù)費用,但排污費用稍有增加。與現(xiàn)處理工藝相比,每年可節(jié)約523.9萬元,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
a.目前水質(zhì)條件下,中水直補進(jìn)機械加速澄清池,取消石灰處理(方案2)的工藝,技術(shù)上可行。具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益,每年可節(jié)省523.9萬元。
b.方案2的處理工藝可解決泥渣運輸及石灰處理設(shè)備運行維護(hù)等方面存在的問題。但化學(xué)除鹽水水源需用自來水,費用高不經(jīng)濟(jì)。
c.在試驗水質(zhì)條件下,當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率大于2.5時,應(yīng)采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯(lián)合處理方式。只要加酸適宜,控制循環(huán)水pH值在要求范圍,可穩(wěn)定濃縮倍率至4倍以上。
d.循環(huán)水的極限碳硬和穩(wěn)定的濃縮倍率與所加藥劑的阻垢效果、補充水水質(zhì)和加酸量大小有關(guān)。在一定水質(zhì)條件下,加酸量的多少主要取決于藥劑的阻垢性能。藥劑的阻垢性能越好,穩(wěn)定的極限碳硬越高,則加酸量越少。
e.因動態(tài)試驗只能采用一種水質(zhì),而工業(yè)應(yīng)用中的水質(zhì)變化幅度較大,故需進(jìn)行工業(yè)調(diào)整試驗,以確定經(jīng)濟(jì)、適宜的加藥量和加酸量及穩(wěn)定的濃縮倍率等。建立水質(zhì)穩(wěn)定性判斷方法,進(jìn)而制定切實可行的循環(huán)水監(jiān)督、控制指標(biāo)及運行管理與停備用防腐措施等,以確保機組的安全、經(jīng)濟(jì)運行。
f.應(yīng)對每批藥品的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測,并嚴(yán)格把關(guān)。
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Experimental Study on Treatment Technology Change of Circulating Water and Fungicide Selection
YANG Shaocai,ZHOU Duo,HOU Yabo
(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang,Liaoning 110006,China)
Feasibility study of regenerated water treatment technology change is carried out by static,dynamic test of circulating cool?ing water agent in given generation company.The scientific advice and improvement suggestions are provided for the treatment of circu?lating cooling water agent and the reasonable application of regenerated.
circulating cooling water;regenerated water;scale inhibitor
TM621.8
A
1004-7913(2016)12-0028-06
楊少才(1985),男,工程師,主要從事電廠化學(xué)試驗及相關(guān)研究工作。
2016-09-20)