濕冷機組中-利用中水加酸技術作循環水補水方法

郝勇

（甘肅省電力投資集團有限責任公司，甘肅蘭州730046）

濕冷機組中-利用中水加酸技術作循環水補水方法

郝勇

（甘肅省電力投資集團有限責任公司，甘肅蘭州730046）

本文研究了將城市污水處理廠出水作為火力發電廠循環冷卻水補充水，采用加酸技術進行循環冷卻水補充水的阻垢、緩蝕作用研究。通過動態模擬試驗，研究得出現場采取的控制措施，取得了較好的運行效果，可供其他電廠借鑒。

循環冷卻水；中水加酸技術；循環水補充水

我國是水資源匱乏的國家之一，人均占有量位列世界第88位。隨著國家的發展，用水矛盾日益突出，尤其在北方缺水地區，工農業生產用水形勢不容樂觀?；鹆Πl電廠作為重要的用水大戶，如何有效利用有限的水資源，保護生態平衡，成為其發展中遇到的一個重要課題。另外，隨著城鎮化步伐的加快，大量的城市中水未得到很好的利用，只經污水處理廠簡單處理合格后就地排放。

甘肅張掖電廠作為21世紀初建設的西北地區最早利用中水作為循環冷卻水補充水的火力發電廠，在經濟安全地利用城市中水方面進行了有益的探索，對同類型電廠在城市中水再處理、補入塔池用作循環水補充水后藥劑投加、緩蝕阻垢劑選型等方面有一定的借鑒意義。

1 循環冷卻水采用城市中水的基本情況

1.1 循環冷卻水

甘肅張掖電廠循環水系統采用自然通風冷卻塔的擴大單元制再循環供水系統。在循環冷卻水中，極不穩定的過飽和水溶性鹽類[主要有Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]，極易分解在凝汽器不銹鋼管表面形成碳酸鹽垢，從而降低凝汽器的熱交換效率；循環水濃縮后水溶性鹽類濃度較高，水的導電性增大，極易發生電化學反應，造成凝汽器不銹鋼管腐蝕。由于循環水的濃縮、脫碳作用和溫度上升，水中的離子濃度越來越高。因此，循環水處理的首要目的就是防止結垢，其次是減輕凝汽器腐蝕，再者就是防止大面積不銹鋼管污堵。

通常在補充水水質良好的情況下，循環水處理采用投加水質穩定劑和排污相結合的水質穩定處理方式。機組正常運行中，每天投加一定量的水質穩定劑，控制濃縮倍率在合理范圍內，并補充原水以維持用水平衡。該廠全年2臺機補水量約410萬t左右（根據2013年原水用量統計。）

1.2 城市中水

張掖市污水處理廠由甘肅瑞安新技術發展有限公司設計，將城區生活污水（主要是城市居民生活廢水）進行過濾沉降、氧化殺菌、泥水分離等工藝對來水中懸浮物、有機物進行處理，處理后水質符合GB18918-2002《城鎮污水處理廠排放標準》一級B標準。年處理能力1 200萬m3，每日處理能力最大量為4萬m3，平均流量為1 660m3/h左右。處理后中水約1/3供應至該廠作為循環水補充水，其余絕大部分就地排入山丹河。

中水水質情況總體如下：出水水質常年基本穩 定，COD 10～20mg/L，氨 氮0.5～3.0mg/L，懸浮物5～15mg/L，pH值7.4～8.0。氯根保持在38～65mg/L，總硬度保持6.5～8.0mmol/L，全堿度保持在5.0～6.5mmol/L，大多數時間懸浮物在20mg/L以內，濁度在10NTU以下。近年來水質持續變好，硬度、堿度呈現穩步降低趨勢?？傮w上，中水呈現出中等硬度、中等堿度、中等含鹽量、低氯根的特點。

1.3 張掖電廠中水深度處理方法

張掖電廠廠區設計有中水深度處理系統，運用石灰處理方法。不同季節污水廠來水水質指標變化不大，表1是不同時間污水處理廠中水的主要水質指標。

表1 2015年張掖電廠試驗用水主要水質指標的變化

原中水處理系統采用石灰法，在石灰乳、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺加藥和污泥系統運行過程中所需人員維護量較大，各加藥系統在消除缺陷時，需要將整個系統排空或者停運中水處理系統等，造成存在運行人員操作量大、檢修人員維護量大、工作環境惡劣等缺點，最主要的是每年耗費近400萬元的化學藥品費用，生產成本高昂。

2 循環冷卻水補充水處理方式及關鍵技術

2.1 中水深度處理采用石灰法

石灰處理法是將石灰乳溶液加入水中與碳酸鹽硬度發生反應，生成CaCO3和Mg（OH）2沉淀，降低了水中的硬度和堿度，從而間接提高了循環水的濃縮倍率。處理后的中水全部作為2臺300MW機組的循環冷卻水。

2.2 1∶2混合水處理方式

介于中水加酸處理的過渡方式，先期對城市中水加硫酸處理后與備用水源地下水混合后補入循環水中。歷經1a時間，總體情況良好，機組安全經濟運行。

2.3 全中水加酸處理

隨著投加設備和控制水平的改進，以及新配方藥劑的開發，加酸處理的優越性凸顯出來，既經濟又簡便。2007年國家建設部第742號公告的《工業循環冷卻水處理設計規范》將加酸處理列入循環冷卻水處理方式之一。

加酸處理的原理是向系統中加入硫酸，降低循環水的堿度，使碳酸鹽硬度轉變為溶解度較大的非碳酸鹽硬度，其反應如下：

同時，應保持循環水的碳酸鹽硬度在極限碳酸鹽硬度之下，以達到防止結垢的目的。

2.4 全中水加酸處理優越性

委托西安熱工院對張掖市城市中水進行緩蝕阻垢劑的篩選試驗，要求選用的緩蝕阻垢劑阻垢、防腐效果良好，且能夠保證極限碳酸鹽硬度對應下的最大濃縮倍率至少在3.8及以上。然后再進行循環水動態試驗確定循環水水質控制標準，以此來調整加藥量和排污量。經過8個多月的運行實踐，全中水加酸處理優越性有：①循環水處理成本相對較低，平均每年節約中水處理藥品費用約870萬元（隨著機組利用小時而變化）；②運行、檢修工作量大幅下降，工作環境明顯改善；③循環水指標基本穩定，水質處理方式簡便易行，凝汽器端差變化不大，水中泥沙含量對系統的影響微乎其微，有機物藻類生長與往年無異，經機組停運后化學檢查凝汽器不銹鋼管結垢、腐蝕情況完全在可接受范圍之內。

2.5 選定適用的緩蝕阻垢劑藥劑

提供城市中水和5種緩蝕阻垢劑樣品，通過篩選試驗確定1種藥劑生產廠家供應該品牌的緩蝕阻垢劑藥劑。

2.6 確定合理的控制方式及技術指標

選好藥劑后，進行多種方式的小型試驗來確定循環水的總硬度和全堿度、pH值和氯離子控制范圍。

2.7 選擇恰當的加硫酸方式來適應水質的變化

依據現場現有的變頻控制，由測定的中水堿度和pH值來調節加入硫酸量。

2.8 建立誤操作引起的安全“防火墻”

劃定水質指標紅線，通過嚴厲的考核機制和有效的監測手段警示運行人員細心操作，防止引起循環水水質的劇烈變化。

2.9 建立緊急情況下的防范機制，確保萬無一失

將石灰處理備用正常，以防張掖市污水廠水質突變，緊急啟動石灰處理直至水質達標后恢復正常狀態。

2.10 引入階段性的評價機制

通過運行0.5、1、5a時間，結合凝汽器化學檢查情況、運行中凝汽器端差變化趨勢、循環水指標、中水系統掛片試驗檢查腐蝕程度等，對全中水加酸技術的運行情況進行階段性總體評價，便于下一階段的優化調整及改進。

在經過多方審查和論證后，形成《循環水補充水采用全中水加酸處理技術的實施方案》下發執行，成為實際操作過程中重要的指導性技術規范。

3 對城市中水處理方式的優劣比較

3.1 方案一：循環水補充水為中水直接補入循環水

由于張掖市污水處理廠的污水水質屬于高硬度、高堿度、低氯根水質，經循環水小型試驗現場模擬，結垢點的濃縮倍率在2.5左右，不能滿足現場需要。其優點是每年可以節約中水處理費用約870萬元，人員操作與設備維護成本明顯降低；缺點是安全性差，結垢后處理成本高昂，運行技術經濟參數惡化，應對水質變化的適應性差。

3.2 方案二：循環水補充水采用石灰深度處理

石灰處理法是將石灰乳溶液加入水中與碳酸鹽硬度發生反應，生成CaCO3和Mg（OH）2沉淀，降低了水中的硬度和堿度，從而間接提高了循環水的濃縮倍率。處理后的中水全部作為2臺300MW機組循環冷卻水（深度處理后水質見表2）。

表2 2014年中水深度處理系統進出水水質平均值

其優點是中水深度處理后水質良好，凝汽器不銹鋼管酸洗時間較長，一般8～10a內進行清洗，水質突變對循環水系統影響不大；缺點是循環水處理成本較高，每年需要中水處理藥品費用約870萬元，人員操作與設備維護量大，經過8a的運行，設備腐蝕、磨損嚴重，維護成本較高。

3.3 方案三：循環水補充水改為全中水加硫酸處理

優點是循環水處理成本相對較低，平均每年節約中水處理藥品費用約870萬元；人員操作量、維護量較少，工作環境得到明顯改善。缺點是由于中水硬度相對偏高，結垢概率增大，凝汽器端差可能會逐年增大，凝汽器不銹鋼管酸洗時間可能會縮短[1]。

4 實施全中水加酸處理方式運行效果的評判

經過1a多加酸處理運行的實踐，系統運行平穩，通過對凝汽器化學檢查、運行參數、結垢腐蝕綜合判斷，總體情況如下。

4.1 凝汽器端差變化情況

#1、2機組凝汽器端差夏季在2～6℃，冬季在5～8℃，與往年并無明顯升高跡象。同時，機組經濟指標煤耗也無不正常增大現象。

4.2 凝汽器不銹鋼管化學檢查情況

2015年6月1日、2016年7月2日分別對#2機、#1機凝汽器不銹鋼管內部原始狀態進行化學檢查，不銹鋼管管口有不同程度的結垢，呈現不均勻狀態，存在管口較多、管內逐漸變少的趨勢。與2014年7月#2機檢修檢查時的情況相比，結垢量變化不大?？傮w來看，經過近20個月的運行，中水加酸處理后對凝汽器不銹鋼管影響不大。照片對比如圖1所示。

圖1 凝汽器不銹鋼管化學檢查情況

4.3 中水處理間掛片試驗情況

2015年2月13日，出于對中水至塔池補水管道腐蝕情況的判斷，在中水過濾水溝加酸污水中懸掛材質為#20鋼的試樣進行腐蝕性掛片試驗。6月13日取出后進行檢查、稱重、計算，情況如下。

（1）除去掛片表面的污泥后，表面灰暗，無坑狀、鼓包、潰瘍狀腐蝕現象。干燥后稱重計算腐蝕速率為0.163 5g/（m2·h）。

（2）總體判斷，污水加酸處理后對#20鋼有腐蝕現象，根據緩蝕劑應用性能指標，靜態腐蝕速度＜0.6g/（m2·h）為優等級。由于過濾水溝流速緩慢，可以參照靜態腐蝕速度對比分析認為，雖然加酸處理后pH值呈微酸性，存在酸性腐蝕，但腐蝕速度很輕微，對中水至塔池補水管道影響不大。同時，中水運行后堿度控制由最低0.5mmol/L升至2.0mmol/L，腐蝕程度進一步減輕[2]。

4.4 水汽品質的影響

4.4.1 循環水水質的影響

循環水中硫酸根、氯根含量仍然較低（硫酸根小于400mg/L，氯根小于100mg/L），對塔池基體腐蝕微乎其微，pH值經過濃縮作用依然在8.4以上，有機物、藻類生長與以往并無明顯增多，殺菌滅藻次數暫無增加?？傮w情況穩定正常。

4.4.2 水汽品質的影響

截至2016年8月，尚無凝汽器泄露引起的凝結水水質惡化現象發生，熱力系統水汽品質優良，鍋內化學處理也無調整必要。

5 缺水地區實現全中水加酸處理的有效途徑

（1）根據權威機構進行的循環水藥品篩選試驗和動態模擬試驗報告，確定全中水運行期間的循環水控制措施，包括濃縮倍率控制方法和標準、水質穩定劑加藥量、循環水pH值和堿度、殺菌滅藻劑加藥量、加藥方法和時間。確定緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑品質標準，與選中藥品廠家簽訂技術服務協議[3]。

（2）根據循環水藥品（緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑）篩選試驗和循環水動態試驗報告，初步確定全中水運行方式下，所選藥品廠家藥劑必須滿足循環水極限碳酸鹽硬度對應下最大濃縮倍率在3.8及以上的要求。

（3）確定全中水加酸技術的使用要點，主要控制指標及范圍，以及循環水處理的方式和加藥量。選擇合理的安全系數，保證安全長期運行。

（4）加強凝汽器不銹鋼管化學監督力度，改進監督方式，密切關注水質變化及運行指標（端差、煤耗等），根據不銹鋼管污堵和結垢程度科學安排化學清洗方案及清洗周期。

（5）每年至少進行1次循環水小型模擬試驗，進一步優化、調整加藥量、排污量及殺菌滅藻方式。

6 結論

城市中水水質持續變好和凝汽器較好運行，為進一步提高循環水濃縮倍率預留了空間，通過試驗可以逐步提高控制指標，向節約中水用量方向努力；若水質變差，則應充分利用水量充足的優勢，大量使用城市中水，同時調整加硫酸量保證循環水系統安全，提高水資源的再利用率。

沉積在不銹鋼管內部的污泥來源主要為水中懸浮物、膠體和投加藥劑后產生的沉淀物質三類，一般通過水中懸浮物、濁度指標反映水質好壞，當中水水質惡化時，首先加強排污，其次及時投運中水石灰處理系統降低濁度應對。

由于國家環保政策的日趨嚴格，循環水排污不當容易對環境造成污染，以pH在線監測數據為最主要的監督手段。加強控制pH值在6～9，加大循環水在線pH計維護力度，保證其正確率。

增加運行機組膠球清洗裝置的投運次數，并保證收球率在98%以上，減輕鋼管污堵程度。

此外，隨著環保監管的日趨嚴格，排放廢水再循環利用處理及回收實現零排放應為今后調查研究的方向。

甘肅張掖電廠應用全中水加酸處理的運行實踐表明，在北方缺水地區，科學地采用加酸處理技術，合理使用城市中水作為循環冷卻水補充水，既能保證機組的安全經濟運行，又能為地方經濟和社會的發展貢獻力量。城鎮化帶來的大量城市中水也能為工農業發展變廢為寶。隨著科技的發展和新型藥劑材料的不斷涌現，城市中水必將有更大的用途，只要阻垢劑選用的是環保藥劑，殺菌滅藻處理方案得當，堿度控制得當，就能避免造成pH值下降等現象。

[1]李培元.火力發電廠水處理及水質控制[M].2版.北京:中國電力出版社,2000.

[2]曹長武.火力發電廠化學監督技術[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3]唐受印，戴友芝.工業循環冷卻水處理[M].北京:化學工業出版社,2007.

The Successful Use of Water in the Wet Cooling Unit as Make-Up Water for Circulating Water and Acid Technology

Hao Yong
(Gansu Electric Power Investment Refco Group Ltd.,Gansu Lanzhou 730046)

The sewage treatment plant effluent was used as the circulating cooling water in the thermal power plant to replenish water,and the scale and corrosion inhibition of circulating cooling water were studied by adding acid technology.Through the dynamic simulation test,the research obtained the control measures taken in the field,and obtained the good operation effect,which can be used for reference by other power plants.

Circulating cooling water;Water and acid technology;Circulating water

TM621

A

2096-0387（2016）06-0058-05

郝勇（1972-）,男，甘肅景泰人，碩士，工程師，研究方向：發電廠生產經營管理。