于萍1 羅運(yùn)柏1 許光輝2
（1 武漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程系 湖北武漢 430072；2 河南省駐馬店地區(qū)古城發(fā)電廠河南確山 463200）

　　摘 要：本文從調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水的水化學(xué)工況入手，防止以弱酸處理水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水系統(tǒng)的結(jié)垢與腐蝕。實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法行之有效。
　　關(guān)鍵詞：弱酸處理； 循環(huán)冷卻水；防垢

　　河南省駐馬店地區(qū)古城發(fā)電廠3#機(jī)裝機(jī)容量為50MW，采用一機(jī)一塔。冷卻水源取自深井地下水，含鹽量較大，含有0.27mmol／L的負(fù)硬，經(jīng)過處理后幾乎除去了所有硬度。當(dāng)?shù)厮Y源較為短缺，故設(shè)計(jì)時(shí)采用弱酸床處理循環(huán)冷卻水。該系統(tǒng)設(shè)有5臺DN2800氫離子交換器，每臺出力為154t/h。經(jīng)過處理的水由水箱自流到吸水井，作為50MW×2機(jī)組的補(bǔ)充水水源。1999年6－8月期間，硬度及減度較大，最高達(dá)10mmol／L。同年9月份，硬度及堿度下降，在冷卻塔填料上發(fā)現(xiàn)沉積物，并且凝汽器真空度下降，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
　　為解決凝汽器銅管內(nèi)及冷卻塔填料上的結(jié)垢問題，我們通過試驗(yàn)室靜態(tài)、動態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，最后經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，對該系統(tǒng)進(jìn)行了綜合評定。確定了當(dāng)循環(huán)冷卻水采用弱酸床處理時(shí)，在不添加任何藥劑的情況下，保證古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不發(fā)生結(jié)垢與腐蝕的最佳運(yùn)行工藝參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)

1.1 生水及弱酸床出水水質(zhì)
　　古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水生水和弱酸床出水水質(zhì)如表1所示。
　　由表1可見，古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水生水水質(zhì)是堿度大于硬度（即4.4＞1.75），屬于堿性水。而堿度高的水在運(yùn)行條件下易于結(jié)垢。
　　在水質(zhì)分析結(jié)果可以看出，古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水經(jīng)弱酸床處理后屬于極低硬度水，結(jié)垢可能性較小。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)防垢時(shí)，可考慮采用不加藥而僅僅調(diào)節(jié)水化學(xué)工況的方法。

表1 生水及弱酸床出水水質(zhì)分析結(jié)果 取樣地點(diǎn) pH 堿度mmol/L 硬度mmol/L Cl^-mg/L Ca²⁺mg/L 弱酸床出水 6.4 1.36 0.14 5.97 3.72 生水 　 4.4 1.75 6.45 40.3

1.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)垢樣分析
　　為了分析了解循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢的原因，對凝汽器銅管中的垢樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 凝汽器銅管中的垢樣化學(xué)成分 H₂O% 450℃灼減量，% 900℃灼減量，% SO₄^2- Fe₂O₃,% CaO,% MgO,% 酸不溶物% 0.067 3.88 38.68 0.381 2.079 36.4 11.38 2.201

　　從垢樣的分析結(jié)果可以看出，垢中有機(jī)物及鈣、鎂含量較高，有機(jī)物的消除可以采用在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中添加殺菌劑的方法；解決高的鈣、鎂離子含量問題，可以通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的運(yùn)行工藝參數(shù)，控制真不產(chǎn)生鈣、鎂沉積物。
1.3 實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)
1.3.1 濃縮倍率測定

　　△A=[Cl^-_循/Cl^-_補(bǔ)]-[Ca²⁺_循/Ca²⁺_補(bǔ)]≤0.2

　　本實(shí)驗(yàn)的濃縮倍率采用電力系統(tǒng)通用的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。其中，K=Cl^-循/Cl^-_補(bǔ)定義為濃縮倍率：
　　當(dāng)△A＝0時(shí)，K值為穩(wěn)定濃縮倍率；
　　△A＝0.2時(shí)，K值為最高濃縮倍率。
　　最高濃縮倍率時(shí)，相應(yīng)的碳酸鹽硬度為極限碳狻鹽硬度。
1.3.2 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)
　　1）實(shí)驗(yàn)方法和條件
　　試驗(yàn)水樣放在恒溫水浴中，在恒溫條件下靜態(tài)濃縮，測定不同濃縮狀態(tài)時(shí)的Cl^-與Ca²⁺的濃度，計(jì)算其相應(yīng)的K和△A值。
　　試驗(yàn)溫度為45±1℃，試驗(yàn)水樣為現(xiàn)場取自弱酸床處理后的循環(huán)冷卻水水樣。
　　2）試驗(yàn)結(jié)果
　　靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
　　靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，古城電廠循環(huán)冷卻水的最高濃縮倍率可達(dá)10倍。這是由于經(jīng)弱酸床處理后，補(bǔ)充水的硬度和堿度都較低的緣故。

表3 實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 取樣時(shí)間 Cl^-mg/L Ca²⁺ mg/L 堿度mmol/L pH K η △A 最高濃縮倍率 4.23 14.90 10.50 2.15 7.31 2.1 2.10 0.00 2.10 4.26 33.00 23.15 4.75 8.34 4.65 4.63 0.02 4.65 4.28 78.95 54.20 10.73 8.98 10.68 10.86 0.20 10.68

　　為了使上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果用于生產(chǎn)實(shí)際，充分考慮各種因素對循環(huán)冷卻水水質(zhì)的影響，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室動態(tài)試驗(yàn)，以提出滿足現(xiàn)場運(yùn)行的工藝參數(shù)。
1.4 實(shí)驗(yàn)室動態(tài)試驗(yàn)
1.4.1 實(shí)驗(yàn)室動態(tài)試驗(yàn)裝置
1.4.2 試驗(yàn)方法與條件
　　試驗(yàn)水樣放人恒溫?zé)崴?，利用加熱器作為熱源，采用控溫器控溫其溫度。用水泵打循環(huán)，使之在裝有小球作為填料的實(shí)驗(yàn)室冷卻塔模擬裝置上噴淋、蒸發(fā)并濃縮。不斷加入補(bǔ)充水，使循環(huán)水量維持一定范圍，測定其不同濃縮狀態(tài)時(shí)的K、η、△A值。實(shí)驗(yàn)中為了考慮凝汽器銅管的耐蝕性，我們在系統(tǒng)中加有銅管，利用銅管監(jiān)測循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，使之較為理想地反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)。

　　試驗(yàn)溫度為 45±1℃；循環(huán)水流量為 50L／min；試驗(yàn)體系中維持總水量為40－50L。
1.4.3 試驗(yàn)結(jié)果
　　試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
　　實(shí)驗(yàn)室動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)處于流動狀態(tài)時(shí)，循環(huán)冷卻水的最高濃縮倍率與靜態(tài)相比略有下降。這種變化趨勢說明，在電廠循環(huán)冷卻水實(shí)際運(yùn)行的，真最高濃縮倍率要低于8.38，具體控制值由現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定。
1.5 實(shí)驗(yàn)室緩蝕試驗(yàn)
1.5.1 試驗(yàn)方法與條件

表4 實(shí)驗(yàn)室動態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 取樣時(shí)間 Cl^-(mg/L) Ca²⁺(mg/L) JD(堿度mmol/L) pH K η △A 最高濃縮倍率 5.8 8.73 6.15 1.62 7.80 1.23 1.23 0.00 1.23 5.11 14.76 10.4 2.74 8.43 2.08 2.08 0.00 2.08 5.14 22.99 16.2 4.28 8.51 3.24 3.24 0.00 3.24 5.17 32.50 22.90 6.02 8.73 4.58 4.57 0.01 4.58 5.20 40.75 28.6 7.56 8.89 5.74 5.72 0.02 5.74 5.23 53.44 37.2 9.86 9.13 7.53 7.44 0.09 7.53 5.24 59.47 40.9 10.81 9.21 8.38 8.48 0.20 8.38

　　銅管管段用益相砂紙打磨光亮后用無水酒精清洗，烘干稱重，用尼龍繩掛于濃縮至一定倍率的試驗(yàn)水樣中，恒溫放置。一段時(shí)間后取出，先用水和無水酒精浸洗，烘干后用萬分之一的天平稱量真重量變化。
　　試驗(yàn)溫度為 45±℃；試驗(yàn)材質(zhì)為HSn-70-1A。
1.5.2 腐蝕試驗(yàn)結(jié)果
　　試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)結(jié)果 濃縮倍率 表面狀態(tài) 腐蝕速度（mm/a) 0 全部表面發(fā)黑 0.0231 1 有40%的表面變暗 0.0103 5 表面有極少量暗點(diǎn) 0.0052 7 表面有少量暗點(diǎn) 0.0053 9 有10%左右的表面變暗 0.0095

　　從腐蝕試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在任何濃縮倍率的循環(huán)冷卻水中，凝汽器銅管都可發(fā)生腐蝕。為防止凝汽器銅管的腐蝕，建議對該系統(tǒng)采用硫酸亞鐵預(yù)膜工藝，或投加銅管緩蝕劑的方法。

2 現(xiàn)場調(diào)整試驗(yàn)

　　為監(jiān)測3#機(jī)循環(huán)冷卻水實(shí)際運(yùn)行工況，在現(xiàn)場利剛、型試驗(yàn)裝置模擬循環(huán)冷卻水實(shí)際運(yùn)行工況，使小型試驗(yàn)裝置中冷卻水的水質(zhì)變化超前于實(shí)際循環(huán)冷卻水運(yùn)行的水質(zhì)變化，達(dá)到指導(dǎo)、監(jiān)測3#機(jī)循環(huán)冷卻水的目的。
2.1 循環(huán)冷卻水運(yùn)行指標(biāo)監(jiān)測
　　循環(huán)冷卻水運(yùn)行中的水質(zhì)分析結(jié)果如表6所示，取樣地點(diǎn)為凝汽器出口。
　　由表6可見，循環(huán)冷卻水凝汽器出口處水質(zhì)較為穩(wěn)定，表明古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，在此其間對該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，真實(shí)驗(yàn)結(jié)果能反應(yīng)電廠循環(huán)冷卻水實(shí)際運(yùn)行情況。并且，在7月24日早上、中午及下午分別對該循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：該系統(tǒng)在一天的實(shí)際運(yùn)行中，循環(huán)冷卻水的水質(zhì)基本保持穩(wěn)定。

表6 循環(huán)冷卻水運(yùn)行指標(biāo)監(jiān)測 取樣時(shí)間 pH 堿度mmol/L 硬度mmol/L Cl^-mg/L Ca²⁺mg/L 7.21.8：30 8.90 3.99 0.77 19.6 20.0 7.22.8:30 8.89 2.50 0.75 23.2 21.7 7.23.8:30 8.83 5.05 0.75 21.2 22.5 7.24.8:30 8.70 4.8 0.75 21.2 22.5 7.24.11:30 8.76 5.0 0.77 21.2 20.9 7.24.11:30 8.83 4.9 0.73 21.2 20.9 7.25.8:30 8.76 4.9 0.73 21.8 20.9 7:26.8:30 8.81 5.3 0.79 22.5 22.5

2.2 現(xiàn)場小型動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　現(xiàn)場小型動態(tài)試驗(yàn)裝置的運(yùn)行結(jié)果如表7所示。

表7 現(xiàn)場小型試驗(yàn)結(jié)果 取樣時(shí)間 pH 堿度（mmol/L) 硬度（mmol/L) Cl^-(mg/L) Ca²⁺(mg/L) 7.24.17:00 8.83 4.9 0.73 21.2 20.9 7.25.8:00 8.75 5.5 0.83 22.2 24.0 7.25.11:25 8.73 6.0 0.87 26.6 25.6 7.25.17:00 8.80 6.6 1.00 29.4 29.5 7.26.8:00 8.74 6.6 0.99 29.4 28.7 7.26.10:00 8.75 6.9 0.99 31.4 29.5 7.26.11:30 8.76 7.3 1.03 32.1 29.5

　　從上述現(xiàn)場小型試驗(yàn)結(jié)果可知，保證該系統(tǒng)不結(jié)垢的最大濃縮倍率為5.0。濃縮倍率太小，排污量及補(bǔ)充水量會過大，不利于節(jié)水；而濃縮倍率太高，又會造成循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢。該系統(tǒng)的極限碳酸鹽硬度為1.0mmol／L。為保證古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，真實(shí)際運(yùn)行硬度應(yīng)控制小于1.0mmol／L。運(yùn)行的控制的最大確度為7.0mmol／L。如果堿度過高，易產(chǎn)生碳酸鈣沉淀。同時(shí)，控制堿度也能有效地控制系統(tǒng)的結(jié)垢問題。

3 結(jié)論

　　古城發(fā)電廠循環(huán)冷卻水調(diào)整試驗(yàn)對該廠循環(huán)冷卻水的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是非常必要的。通過調(diào)整試驗(yàn)可以確定該系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況，達(dá)到節(jié)約用水的目的。通過一系列的實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場試驗(yàn)得出如下結(jié)論。
　　1）目前該廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)濃縮倍率控制在小于3.5，而通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及現(xiàn)場調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果可知：在濃縮倍率為≤5.0時(shí)可以保證該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。因此，古城電廠可適當(dāng)提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的濃縮倍率。這樣，不但可以減少補(bǔ)充水量，而且還減少了弱酸樹脂再生次數(shù)，節(jié)約弱酸樹脂再生所需要的酸量，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
　　2）由實(shí)驗(yàn)室腐蝕實(shí)驗(yàn)可知，在任何濃縮倍率下，凝汽器銅管都存在腐蝕現(xiàn)象。為了保障電廠凝汽器的安全運(yùn)行，建議采用硫酸亞鐵預(yù)膜工藝或投加銅緩蝕劑。
　　3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)及現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果，可以得出如下現(xiàn)場運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)：pH＜9；Cl^-＜30.0mg/L;Ca²⁺＜30.0mg/L;堿度＜7.0nmmol/L；硬度＜1.00mmol/L