李迎花

（新疆新冶華美科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830022）

干熄焦是利用吸收了紅焦顯熱的高溫循環(huán)氣體與除鹽除氧純水熱交換，產(chǎn)生額定參數(shù)和品質(zhì)的蒸汽，并輸送給熱用戶或帶動汽輪機(jī)發(fā)電。真空度是影響汽輪機(jī)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，有資料顯示，真空度下降1kPa，蒸汽量增加1.0%-1.5%，循環(huán)水系統(tǒng)及其水質(zhì)又是影響真空度的主要因素之一。循環(huán)水系統(tǒng)周邊有石灰等料場，且干熄焦項目位于山腳下，春秋兩季風(fēng)沙較大，循環(huán)水濁度常年超標(biāo)，直接影響了凝汽器的換熱效率。本文闡述了循環(huán)水水質(zhì)對真空度的影響、高效固體阻垢緩蝕劑對改善循環(huán)水水質(zhì)的作用。

1 循環(huán)水水處理的原理及循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程

1.1 循環(huán)水水處理的原理

該循環(huán)水系統(tǒng)是配套干熄焦2×15 兆瓦發(fā)電機(jī)組項目，系統(tǒng)設(shè)計循環(huán)水量為6300m3，保有水量為2500m3，補(bǔ)充水量120m3/h，采用工業(yè)新水做補(bǔ)水。該系統(tǒng)主要為汽輪機(jī)凝汽器蒸汽冷凝用，還有少量水用于設(shè)備冷卻。凝汽器設(shè)備管道材質(zhì)為不銹鋼，換熱面積為1000m2；冷油器材質(zhì)為銅管；空冷器材質(zhì)為碳鋼；系統(tǒng)主管道吸水井至凝汽器管道材質(zhì)為碳鋼。

循環(huán)冷卻水通過換熱設(shè)備，溫度升高，再經(jīng)過冷卻塔與空氣接觸進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，進(jìn)入冷水池循環(huán)使用。在蒸發(fā)冷卻過程中，熱量通過部分水的蒸發(fā)帶走熱量，水中的各種鹽類不蒸發(fā)，因此循環(huán)水中含鹽量不斷增加，產(chǎn)生濃縮。循環(huán)水中含鹽量的增加會導(dǎo)致在換熱設(shè)備和管道中產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象；另外水中腐蝕性離子達(dá)到一定濃度也會引起腐蝕，大量菌藻也會產(chǎn)生腐蝕。為了使水中含鹽量維持在一定范圍，需要給系統(tǒng)補(bǔ)充一定量的補(bǔ)充水，并投加適合的水處理化學(xué)藥劑和殺菌劑，使循環(huán)水系統(tǒng)中維持足夠的藥劑濃度，以保障設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1.2 處理工藝流程（見圖1）

圖1 循環(huán)冷卻水水系統(tǒng)工藝流程

2 生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題

凝汽器真空度降低，發(fā)電蒸汽單耗指標(biāo)的升高。經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：（1）打開凝汽器，凝汽器管內(nèi)壁有明顯看見結(jié)垢和附著的積泥。（2）循環(huán)冷卻水進(jìn)、出口水，溫差降低，凝汽器端差升高。（3）水質(zhì)指標(biāo)：濁度超標(biāo)，硬度等指標(biāo)也有超標(biāo)現(xiàn)象。

3 影響生產(chǎn)的因素分析

3.1 環(huán)境因素的原因分析

該循環(huán)水系統(tǒng)是間接開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，周邊是石灰、焦煤、鐵精粉的料場，位置又坐落于山腳下，春秋兩季經(jīng)常刮風(fēng)。因此，受周邊環(huán)境影響，冷水池中懸浮顆粒較多，與其他凈環(huán)水系統(tǒng)比，濁度常年偏高，平均濁度大于50NTU，最高值達(dá)到200NTU，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050-2017），間接開式循環(huán)冷卻水濁度的控制指標(biāo)應(yīng)小于等于20.0NTU。為了降低該系統(tǒng)濁度，經(jīng)常通過大量補(bǔ)充工業(yè)新水降低系統(tǒng)濁度，但仍然不能滿足水質(zhì)指標(biāo)，而且浪費(fèi)了大量工業(yè)新水。

3.2 旁濾系統(tǒng)的原因分析

間接開式循環(huán)水系統(tǒng)，一般均配有循環(huán)水旁濾過濾器，其過濾量為總循環(huán)水循環(huán)量的5%-10%。該系統(tǒng)的旁濾量為總循環(huán)水量的5%，但由于該系統(tǒng)受外界環(huán)境影響，其濁度較高，旁濾器已不能滿足循環(huán)水水質(zhì)的要求，因此濁度遠(yuǎn)大于國標(biāo)要求。

3.3 阻垢劑緩蝕性能的原因分析

阻垢劑緩蝕劑主要是有機(jī)磷系列配方，其主要成本以有機(jī)磷酸和聚羧酸類物質(zhì)為主。其阻垢機(jī)理如下：

3.3.1 有機(jī)磷酸阻垢機(jī)理

晶格畸變：碳酸鈣垢是結(jié)晶體，其成長是按照嚴(yán)格順序，有帶正電荷的Ca2+與帶負(fù)電荷的CO32-相碰撞彼此結(jié)合，并按一定方向成長。在水中加入有機(jī)磷酸時，它們會吸附到碳酸鈣晶體的活性增長點(diǎn)上與Ca2+螯合，抑制了晶格向一定方向成長，因此使晶格歪曲，長不大而失去活性，同時也阻止了其晶格的沉淀。

3.3.2 聚羧酸的阻垢和分散機(jī)理

（1）增溶作用：聚羧酸物質(zhì)帶負(fù)電荷可與Ca2+形成能溶于水的絡(luò)合物，從而使成垢化合物的溶解度增加起到阻垢作用。

（2）晶格畸變作用：聚羧酸的分子量相當(dāng)大，是線性高分子化合物，它除了一端吸附在CaCO3晶粒上以外，其余部分則圍繞在晶粒周圍，使其無法增長而變得圓滑。因此晶粒增長受到干擾而歪曲，晶粒變得細(xì)小，形成的垢層松軟，極易被水流沖掉。

（3）靜電斥力作用：聚羧酸在水中電離成陰離子后有強(qiáng)烈的吸附性，它會吸附到懸浮在水中的一些泥沙、粉塵等雜質(zhì)的粒子上，使其表面帶有相同的負(fù)電荷，因而使粒子間相互排斥，呈現(xiàn)分散狀態(tài)懸浮于水中。

由于該系統(tǒng)濁度高，水中的阻垢緩蝕劑被懸浮顆粒消耗，因此大大降低了阻垢劑的阻垢作用。通常該系統(tǒng)藥劑濃度控制在30mg/l，因為該系統(tǒng)濁度高，將藥劑濃度提高到60mg/l，其阻垢效果仍然不能滿足生產(chǎn)需要，導(dǎo)致凝汽器管束表面結(jié)垢，真空度降低。因該系統(tǒng)濁度高，顆粒物極易沉積在凝汽器的換熱面上。

由于長期濁度高造成凝氣器里泥巴較多，管孔內(nèi)積存的泥巴大概有2-3mm；對阻垢緩蝕劑的阻垢、分散效果影響較大，使藥劑效果降低，極易導(dǎo)致結(jié)垢及懸浮物的附著。傳統(tǒng)的阻垢緩蝕劑已不能解決該系統(tǒng)的問題。

4 采取的措施

4.1 選擇適合該系統(tǒng)的阻垢緩蝕劑

4.1.1 高效固體阻垢緩蝕劑特點(diǎn)

高效固體阻垢緩蝕劑是一種新型的多功能環(huán)保水處理藥劑，它采用先進(jìn)的逆向水處理思維技術(shù)，是一種無機(jī)非結(jié)晶體水處理產(chǎn)品，集阻垢、緩蝕、殺菌及凈水等功能為一體。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

（1）革命性的阻垢機(jī)理，突破了循環(huán)水濃縮倍數(shù)提高的瓶頸問題，可真正實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的“零排放”。

（2）藥劑不含任何形式的磷，可實現(xiàn)循環(huán)水的無磷化處理。

（3）獨(dú)特的緩蝕機(jī)理，對多種材質(zhì)均有良好的緩蝕效果。

（4）連續(xù)釋放殺菌因子，可在循環(huán)水中起到持續(xù)抑菌、殺菌的效果，提前預(yù)防粘泥問題的形成。

（5）對濁度較高的水體有很好的凈化作用，循環(huán)水系統(tǒng)無軟垢之虞。

（6）加藥操作簡便，水質(zhì)分析管理簡單快捷。

（7）長期使用可清除設(shè)備水側(cè)形成的老垢及腐蝕鱗片。

4.1.2 高效固體阻垢緩蝕劑作用機(jī)理

恒定溶解釋放鈉離子，在水中形成氫氧化鈉NaOH，使水中離子鈣Ca2+和重碳酸根離子HCO3-在水中先反應(yīng)成分散的氫氧化鈣Ca（OH）2，再形成碳酸鈣CaCO3并凝聚成絮體，從而阻止了換熱器產(chǎn)熱面上沉積碳酸鈣垢的可能。

（1）除垢機(jī)理：對已經(jīng)結(jié)垢的水系統(tǒng)，由于氫氧化鈉NaOH 能與結(jié)垢物質(zhì)中的骨架氧化硅SiO2反應(yīng)生成水溶性硅酸鈉Na2SiO3，從而使垢中的碳酸鈣CaCO3、氧化鐵Fe2O3的支撐點(diǎn)消失，使之分散于水中，于是水垢得以緩慢清除。

（2）防腐機(jī)理：處理劑中所含的硅酸、硼酸、氧化鈉等各種成分在金屬管壁上，會形成一層薄而致密的塘瓷類（琺瑯）物質(zhì)，該物質(zhì)能很好地保護(hù)金屬管壁免受水中溶解氧的侵蝕。同時，由于處理劑含有的多種功效共同作用，避免了金屬產(chǎn)生電位差，消除了垢下腐蝕的可能。

（3）殺菌機(jī)理：處理劑中含有一定量的銀離子Ag+，銀離子具有破壞細(xì)菌、藻類等微生物、植物的新陳代謝的功能，從而抑制了細(xì)菌、藻類的繁殖生長，對軍團(tuán)菌控制特別有效。

（4）清潔機(jī)理：由于以上優(yōu)良的除垢、殺菌和控制粘泥能力，加上長效釋放的鈉離子Na+，形成氫氧化鈉，增加了水中氫氧根離子OH-，使得水中的亞鐵離子（易氧化成有色高價氧化鐵）變成具有絮凝作用的氫氧化鐵Fe（OH）3，氫氧化鐵能使水中分散的水垢、粘泥等懸浮物被凝聚成體態(tài)較重的絮凝體，沉淀于水流較小的集水池底或被過濾器除去，水質(zhì)便越來越清澈透明并長期保持。

4.1.3 高效固體阻垢緩蝕劑使用方法

按循環(huán)水量計，投加高效固體阻垢緩蝕劑濃度60ppm，放置在供水泵的吸入口距液面約0.5m 處。6 個月補(bǔ)加一次，每3 個月取出清洗一次。分析循環(huán)水水質(zhì)的堿度、總硬、鈣硬、鐵離子、濁度、電導(dǎo)率、濃縮倍數(shù)即可。

4.2 試運(yùn)行效果

4.2.1 1#、2#機(jī)組真空度、端差數(shù)據(jù)對比

在不同負(fù)荷和工況下，發(fā)電機(jī)組的端差在9-13℃范圍內(nèi)較合適，在更換藥劑之前，其平均端差超過了20℃，對生產(chǎn)已經(jīng)造成了嚴(yán)重制約。從歷史數(shù)據(jù)看，發(fā)電機(jī)組的真空度達(dá)到-84kPa，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

表1

高效固體阻垢緩蝕劑投加到發(fā)電機(jī)組設(shè)備循環(huán)冷卻水中運(yùn)行了6 個月，從表1 數(shù)據(jù)中可看出，發(fā)電機(jī)組相對真空度和端差在更換高效固體阻垢緩蝕劑后比更換前平均端差1#機(jī)組降低了12.2℃，2# 機(jī)組平均端差降低了12.4℃，1#、2#機(jī)組的端差均小于13℃，達(dá)到了指標(biāo)控制范圍。更換高效固體阻垢緩蝕劑后比更換前平均相對真空度1#機(jī)組提高了-3.2kPa，2#機(jī)組平均相對真空度提高了-3.5kPa，1#、2#機(jī)組的真空度均達(dá)到了-84kPa，也達(dá)到了指標(biāo)控制范圍。

4.2.2 機(jī)組汽耗率數(shù)據(jù)對比

更換藥劑前平均耗汽率5.19%，更換藥劑后平均耗汽率4.6%，平均耗汽率降低0.59%（見圖2）。

4.2.3 循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)對比

從表2 中數(shù)據(jù)可看出，循環(huán)水各項指標(biāo)數(shù)據(jù)明顯好轉(zhuǎn)，均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050-2017）控制范圍。其中循環(huán)水濁度從平均63NTU 降到20NTU，充分體現(xiàn)了該藥劑的凈化效果；碳酸鈣硬度和總硬度平均值分別從593mg/l、640mg/l 降到397mg/l、497mg/l，充分體現(xiàn)了該藥劑有軟化水質(zhì)降硬度的作用；鐵離子平均從1.13mg/l 降到0.45mg/l，充分體現(xiàn)了該藥劑的緩蝕作用。因此該藥劑投加6 個月后，已明顯改善了發(fā)電機(jī)組循環(huán)水水質(zhì)，與常規(guī)有機(jī)磷藥劑比，突出地體現(xiàn)了該藥劑的特點(diǎn)，不僅適用于該系統(tǒng)，而且水質(zhì)數(shù)據(jù)優(yōu)于常規(guī)有機(jī)磷藥劑。

圖2

表2

4.2.4 循環(huán)水水處理效果

投加該藥劑后，粘附速率平均為6.7710（mg/cm2·月），腐蝕速率平均為0.0655mm/a，異養(yǎng)菌平均為39950個/mL。該藥劑的水處理效果完全滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050-2017）控制范圍。

5 結(jié)束語

高效固體阻垢緩蝕劑適用于發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，但是在運(yùn)行過程中存在以下問題需改進(jìn)：

（1）遇刮風(fēng)季節(jié)每月清洗一次藥劑，以確保藥劑能正常釋放有效成分。

（2）藥劑的投放次數(shù)從6 個月補(bǔ)加一次改為3 個月補(bǔ)加一次。

（3）濃縮倍數(shù)4-6 效果較好。

（4）冷水池底部淤泥需在年修時進(jìn)行清理。