李先宏

(大同發(fā)電有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，山西大同 037000 )

目前，濕冷機(jī)組及大部分空冷機(jī)組均配置有工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)，通過自然冷卻或機(jī)力冷卻方式完成對循環(huán)水二次冷卻，冷卻后溫升水大部分或全部返回至循環(huán)水塔(濕冷水塔或機(jī)力通風(fēng)塔)進(jìn)行循環(huán)冷卻使用。循環(huán)水分為閉式與開閉循環(huán)水兩種，敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水量占電廠總用水量比例較大，近年來，隨著淡水資源的日益緊張與節(jié)約用水日益成為社會共識，提升循環(huán)水濃縮倍率、進(jìn)行排污水回用成為循環(huán)水運(yùn)行新趨勢。

循環(huán)冷卻水處理工作的好壞與系統(tǒng)運(yùn)行控制水平有著直接關(guān)系，水處理藥劑性能優(yōu)劣同樣至關(guān)重要。敞開式冷卻水系統(tǒng)中，容易產(chǎn)生問題主要是結(jié)垢、腐蝕、微生物危害三個方面。針對這三類問題，用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水處理藥劑主要有阻垢緩蝕劑、殺菌劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑等。

1 循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢危害及水質(zhì)阻垢處理

火力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)遇到最常見的問題就是污垢沉積，當(dāng)凝汽器(換熱器)管內(nèi)和冷卻塔填料附著水垢或黏泥時，會產(chǎn)生較大不良影響。

(1)增加凝汽器(換熱器)管內(nèi)水流阻力，降低流量。

(2)污垢影響導(dǎo)熱率，會影響凝汽器換熱效率。

表1為不同物質(zhì)導(dǎo)熱率比較結(jié)果，由表1可看出，黃銅熱導(dǎo)率約是碳酸鈣垢的132倍～197倍，約是生物粘泥的146倍～300倍。

表1 不同物質(zhì)污垢導(dǎo)熱率Tab.1 Thermal conductivity of different substances

(3)冷卻塔填料結(jié)垢，將會造成水流短路，降低冷卻效率，增大凝汽器進(jìn)水溫度；導(dǎo)致凝汽器真空降低，汽輪機(jī)效率降低，嚴(yán)重時將限制汽輪機(jī)出力。

(4)凝汽器管內(nèi)附著水垢、粘泥時，其附著物下易產(chǎn)生局部腐蝕，有時會導(dǎo)致?lián)Q熱管破裂穿孔；凝汽器嚴(yán)重泄露時，會造成給水水質(zhì)惡化及水冷壁爆管。

由以上分析可看出，污垢對于循環(huán)水系統(tǒng)危害極大。要做好冷卻水系統(tǒng)防垢工作，除日常膠球清洗、粘泥剝離等方法外，在循環(huán)水中加入水處理阻垢藥劑也是目前普遍采用且行之有效的方法。

早期電廠應(yīng)用的水處理阻垢藥劑主要是聚磷酸鹽，高溫下水解后其阻垢性能降低，且水解后正磷酸鹽容易生成溶解度更小的磷酸鈣水垢，并導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，促進(jìn)水體微生物菌藻繁殖。目前以有機(jī)膦酸和聚羧酸鹽為主體的復(fù)合型水處理藥劑在電廠得到廣泛應(yīng)用，相對于聚磷酸鹽，有著更為優(yōu)異的阻垢性能，性能穩(wěn)定，即使在較高溫下也不易水解。

1.2 影響循環(huán)冷卻水阻垢效果主要因素

1.2.1 水質(zhì)影響

循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水，有地表水(受到污染或未受到污染)、地下水、二級城市中水等，水質(zhì)差異較大，即使相同類型水源，因地域、時間不同其水質(zhì)差別也很大。補(bǔ)充水水質(zhì)不同，經(jīng)過濃縮后循環(huán)水水質(zhì)也各不相同，循環(huán)水中的懸浮物、堿度、硬度等都影響循環(huán)水的水處理效果。

(1)懸浮物影響。一般水處理藥劑阻垢效果隨水中懸浮物含量增加而降低，但不同配方的水處理藥劑降低幅度不同，當(dāng)水中懸浮物含量增加時，同一配方水處理藥劑阻垢性能呈現(xiàn)一定幅度降低，懸浮物含量對水處理藥劑阻垢效果影響較大，并且吸附消耗藥劑。所以，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)盡可能降低懸浮物含量。

(2)堿度的影響。水質(zhì)中堿度大小，與碳酸鈣水垢析出具有直接關(guān)系。一般情況下，在同一配方水處理藥劑和相同使用濃度條件下，當(dāng)補(bǔ)充水堿度不同時，達(dá)到極限堿度不同。當(dāng)補(bǔ)充水堿度較低時，循環(huán)水堿度相應(yīng)也較低，但對應(yīng)的極限濃縮倍率則較高；當(dāng)補(bǔ)充水堿度較高時，循環(huán)水中的堿度也較高，但對應(yīng)的極限濃縮倍率則較低。當(dāng)補(bǔ)充有城市中水時，有時會發(fā)生特殊的變化。

(3)鈣離子的影響。在補(bǔ)充水堿度相同時，一般循環(huán)水極限濃縮倍率隨補(bǔ)充水中鈣離子含量增加而降低。但有時應(yīng)注意堿度和鈣離子的比值變化幅度影響。

1.2.2 水溫的影響

循環(huán)水溫度對水垢形成及生長速度影響較大。一般情況下，水溫在50 ℃以上時，隨著溫度的升高，水垢的附著速度也迅速加快。水溫對碳酸鈣溶解度有影響，從而會影響到循環(huán)水中堿度。對同一水質(zhì)補(bǔ)充水，當(dāng)溫度降低時，堿度相應(yīng)會升高，極限濃縮倍率也升高；當(dāng)循環(huán)水溫度升高時，堿度會相應(yīng)降低，極限濃縮倍率也降低。

1.2.3 流速的影響

水垢和粘泥在凝汽器管內(nèi)表面上附著速度隨著水流速增大而減小。冷卻水流速過低容易導(dǎo)致水垢和粘泥等物質(zhì)在換熱表面上沉積；而流速過高也容易造成對凝汽器管沖刷腐蝕。宜保持適宜循環(huán)水流速，一般為1.0 m/s～1.8 m/s。

1.2.4 藥劑停留時間影響

水質(zhì)穩(wěn)定劑的阻垢機(jī)理是阻礙晶體生長和微晶體的分散，水質(zhì)穩(wěn)定劑只有在一定劑量及一定時間內(nèi)有效。此有效時間與水質(zhì)穩(wěn)定劑的種類、初始加入量、循環(huán)水中的其它相關(guān)因素等有關(guān)。當(dāng)加入0.2 mg/L水質(zhì)穩(wěn)定劑，可使碳酸鈣過飽和溶液析出結(jié)晶時間延長至5 h；而加入2 mg/L水質(zhì)穩(wěn)定劑，結(jié)晶析出時間可延長至100 h。濃縮倍率升高會導(dǎo)致藥劑消耗，縮短藥齡。

1.3 水質(zhì)穩(wěn)定劑的選擇

目前國內(nèi)水處理藥劑單體種類很多，水處理穩(wěn)定劑復(fù)配可有多種組合與選擇。循環(huán)水質(zhì)條件各不相同，需根據(jù)具體水質(zhì)、循環(huán)水運(yùn)行工藝選擇適宜水處理藥劑，一般應(yīng)依據(jù)原則：

(2)化學(xué)穩(wěn)定性好。在高濃縮倍率和高熱流密度情況下具有較好穩(wěn)定性，與緩蝕劑、殺菌劑并用時，阻垢效果無明顯下降。

(3)協(xié)同性能好。具有較好的協(xié)同性能，與緩蝕劑、殺菌劑相容性好。同時使用時，不影響緩蝕劑、殺菌劑應(yīng)用效果；充分利用各種單體之間復(fù)配后協(xié)同作用、增效作用，使得水處理藥劑達(dá)到較理想處理效果。

(4)環(huán)境友好。無毒或低毒易被生物降解，符合電廠臨近地域環(huán)保要求。

循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn)、工藝條件、運(yùn)行工況等差別很大，對具體循環(huán)水系統(tǒng)，需要常用不同多種藥劑配合使用。只有針對不同水質(zhì)選擇出配伍性合理配方，復(fù)配使用方可發(fā)揮藥劑各個組分功效，使循環(huán)水處理達(dá)到理想阻垢處理效果。

2 循環(huán)冷卻水緩蝕處理

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕危害

凝汽器(換熱器)是火電廠循環(huán)水系統(tǒng)主要換熱設(shè)備，循環(huán)水系統(tǒng)防腐蝕主要任務(wù)就是要防止凝汽器(換熱器)換熱管的腐蝕。

凝汽器(換熱器)換熱管腐蝕，會造成大量金屬損耗，要確定一根泄露管子準(zhǔn)確位置排除其泄露，需耗費(fèi)較大人力、物力，若凝汽器出現(xiàn)大面積穿孔泄露腐蝕時，必須停止設(shè)備運(yùn)行換管，嚴(yán)重時將導(dǎo)致發(fā)電量減少，凝汽器泄露后對爐內(nèi)汽水系統(tǒng)也會產(chǎn)生極大影響，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 影響循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕主要因素

(1)pH值。電廠循環(huán)水pH值控制在8.5～9.0之間，當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)采取加酸處理時若控制不當(dāng)會使循環(huán)水pH值控制低于7.0以下，會對冷卻系統(tǒng)造成酸性腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

(3)陰離子含量。循環(huán)水中陰離子種類與金屬腐蝕速率有密切關(guān)系，其中鹵素離子，如Cl-、Br-、I-均屬于侵蝕性離子，濃度高時能穿透金屬表面保護(hù)膜，增加其腐蝕的陽極反應(yīng)速率，導(dǎo)致發(fā)生局部腐蝕；若金屬材料中殘余應(yīng)力未消除或有較高溫度時，即使低濃度氯離子也可能造成金屬應(yīng)力腐蝕開裂。

(4)溶解氧。氧在循環(huán)冷卻水中對一些金屬腐蝕起著重要作用，在腐蝕著的金屬表面上，它起陰極去極化作用，促進(jìn)金屬腐蝕。

敞開式冷卻水系統(tǒng)中，溶解氧是飽和氧，一般為6 mg/L～8 mg/L，會造成銅及其合金表面發(fā)生氧腐蝕，同時在粘泥及污垢下銅管會因氧濃度差形成腐蝕電池，貧氧區(qū)金屬為陽極，使銅管受到腐蝕。

(5)有機(jī)物。循環(huán)冷卻水中有機(jī)物含量高，會為水中異氧菌提供充足營養(yǎng)源，造成菌類大量繁殖，容易形成微生物腐蝕。另外，有機(jī)物含量高會不同程度消耗部分緩蝕劑，降低其緩蝕能力，間接加劇循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕趨勢。

(6)懸浮物。懸浮物表示水中懸浮物質(zhì)含量，易在管道、設(shè)備內(nèi)沉積，懸浮物來源為泥土、砂粒、塵土、粘泥等不溶性物質(zhì)，敞開式循環(huán)水系統(tǒng)最為明顯，其易在變工況時在冷卻器管內(nèi)表面形成疏松沉積物，引起垢下腐蝕。

(7)流速影響。金屬腐蝕主要是耗氧腐蝕，而腐蝕速度又與氧擴(kuò)散速度有關(guān)。金屬腐蝕速度隨水流速的增加而增加。水流速增加將使金屬管壁與水接觸邊界層變薄而有利于溶解氧擴(kuò)散至金屬表面；同時流速較大時水流具有剪切力可沖去沉積在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物，使溶氧向金屬表面擴(kuò)散量增加，加劇金屬腐蝕。如流速進(jìn)一步增加，金屬表面提供氧量達(dá)到足夠飽和狀態(tài)，可形成鈍化膜，起到緩蝕保護(hù)作用。

(8)溫度。一般情況下金屬腐蝕隨溫度升高而加劇。溫度升高，循環(huán)水中物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)增加，水中溶解氧濃度隨溫度升高而降低，但由于擴(kuò)散速度加快，導(dǎo)致氧的去極化作用更易發(fā)生，使金屬陽極溶解過程加速，以上因素會加快金屬腐蝕速度。

2.3 水質(zhì)緩蝕劑的選擇

目前火電廠循環(huán)水大部分采用緩蝕劑投加來減緩系統(tǒng)腐蝕，一般目前針對銅及銅合金緩蝕劑量主要以芳香唑類緩蝕劑為主。同時隨著水質(zhì)處理技術(shù)的發(fā)展，采用復(fù)合緩蝕劑比單一品種緩蝕劑應(yīng)用更廣、效果更好。復(fù)合緩蝕劑具有較好協(xié)同效應(yīng)，與單一緩蝕劑相比，復(fù)合緩蝕劑具有以下特點(diǎn)：

(1)提高了緩蝕效率并降低緩蝕劑的使用濃度，降低水處理的成本。

(2)具有多效性，可抑制循環(huán)水中多種金屬的腐蝕。

(3)可防止循環(huán)水系統(tǒng)冷卻設(shè)備的金屬表面上形成水垢或污垢，有利于緩蝕劑到達(dá)金屬表面，提高其緩蝕效果和防止垢下腐蝕。

(4)克服某些易于沉淀緩蝕劑在循環(huán)水中不穩(wěn)定而析出的問題。

3 循環(huán)冷卻水殺菌處理

在敞開式冷卻水系統(tǒng)中，微生物危害往往與結(jié)垢、腐蝕并列為三大危害。微生物既能促進(jìn)污垢沉積、也能促進(jìn)腐蝕，危害性較大。

3.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常見微生物及其危害

微生物一般通過補(bǔ)充水或冷卻空氣進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)中，敞開循環(huán)水系統(tǒng)由于存在很多對微生物生長有利的條件，使得微生物易于繁殖。

3.2 微生物對金屬腐蝕主要體現(xiàn)

3.2.1 微生物代謝產(chǎn)物對金屬的腐蝕

微生物代謝產(chǎn)物多種多樣，可直接或間接造成金屬腐蝕。好氣性硫細(xì)菌能利用溶氧將硫化物與硫磺氧化為硫酸，從而使局部區(qū)域pH值降至低于5，對該局部金屬產(chǎn)生腐蝕；藻類呼吸產(chǎn)生二氧化碳，降低循環(huán)水pH值；有些代謝產(chǎn)物會影響金屬氧化還原電位，使緩蝕處理失效。

3.2.2 形成氧濃差電池腐蝕

由于微生物代謝作用引起氧和其他化合物的消耗，從而形成濃差電池。在氧濃差電池中，缺氧區(qū)金屬表面成為陽極，發(fā)生金屬溶解；有氧區(qū)金屬表面成為陰極，發(fā)生氧去極化作用。氧濃差電池建立促進(jìn)了金屬的腐蝕。

3.2.3 陰極去極化作用

在缺氧條件下，硫酸鹽還原菌可從鐵陰極表面去除氫原子，使陰極反應(yīng)加快，促進(jìn)陽極溶解，加速腐蝕。

3.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物控制

目前，在循環(huán)冷卻水中投加殺菌劑是火電廠較普遍采用的控制微生物的措施，殺菌滅藻劑按照作用性能可分為殺菌、滅藻作用，抑制細(xì)胞增殖作用，剝離和分散作用。一般常用殺菌劑兼有以上功能，目前電廠常用殺菌劑有：氧化性殺菌劑(如氯氣、二氧化氯、次氯酸鈉等)和非氧化性殺菌劑(如異噻唑啉酮、其它復(fù)合殺菌劑等)。

4 結(jié)論

火力發(fā)電廠是工業(yè)耗水大戶，而敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)用水又占到電廠總用水量的40%～70%，循環(huán)冷卻水是電廠用水量主要組成部分，因此循環(huán)水水質(zhì)好壞直接關(guān)系到凝汽器及各冷卻換熱器的結(jié)垢與腐蝕問題，是火電廠機(jī)組安全可靠運(yùn)行必須給予足夠重視的基礎(chǔ)條件之一。

通過上述對電廠循環(huán)水化學(xué)腐蝕結(jié)垢影響因素分析與控制研究，做好循環(huán)冷卻水腐蝕結(jié)垢各類形成因素的規(guī)避與控制，做好水質(zhì)穩(wěn)定劑、緩蝕劑、殺菌劑等水處理藥劑的動態(tài)模擬試驗(yàn)與藥劑篩選，根據(jù)各自電廠實(shí)際制定一套行之有效的循環(huán)冷卻水處理方案是很必要的，對確保電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的長周期、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。