火电厂闭式循环水系统阻垢缓蚀处理试验研究

火电厂闭式循环水系统阻垢缓蚀处理试验研究3
research on Scale Prevention and corrosion Deceleration
in closed w ater circulating system of thermal pow er plant.
彭泉光1,凌浩翔2,张　珂1,侯露霞1;卿钟意2
(1.广西电力试验研究院,广西　南宁　530023;2.桂林虹源发电有限责任公司,广西　桂林　541002)
摘要:系统地总结了循环水阻垢、缓蚀试验及现场应用的结果。

采用低磷、高阻垢性、高缓蚀性配方的缓蚀阻垢剂处理电厂的循环水,能有效地控制系统的结垢和腐蚀。

虹源电厂的循环水处理加药控制有机磷在1～2mg/L,能实现阻垢、缓蚀的目的。

研究复配的GN-1阻垢缓蚀剂有优良的缓蚀阻垢性能。

关键词:循环水;阻垢;缓蚀
Abstract:The results of experiment and field test to prevent scale and decelerate corrosion are summarized comprehensively.Scale and corrosion can be restrained effectively by treating circulating water by the reagent prescribed low phosphorus content and highly anti-scale and anti-corrosion components.Treating circulating water with1-2mg/L organic phosphorus contained in the reagent for the purpose to prevent scale and to decel2 erate corrosion is realized in Hongyuan thermal power plant.The reagent CN-1has a good performance.
K ey w ords:circulating water;anti-scale;anti-corrosion
中图分类号:TM621.8　文献标识码:A　文章编号:1671-8380(2003)01-0021-04
1　引言
汽轮机凝结器的腐蚀结垢直接影响着电厂的安全、经济运行。

火力发电厂循环冷却水处理剂的开发和应用工艺的完善是提高循环冷却水的浓缩倍率,降低水耗、能耗的一个重要途径。

虹源电厂2×135MW两台机组于2000年相继投入运行。

凝汽器铜管为Φ25mm×1HSn70-1。

这两台机组在广西首次采用了机力、闭式循环冷却系统,循环冷却用水取自大溪河。

本研究主要针对虹源电厂的水质及我区发电厂循环水处理技术尚未完全开展的现状,为保证循环水系统的安全运行对药品的选用及工艺进行研究。

目的是筛选适合我区水质的水处理药剂,找出适合电厂循环水的缓蚀阻垢工艺。

2　水质倾向的判断
2.1　水质情况
经查阅虹源电厂循环冷却补充水多年的水质全分析资料,结果为:水的含盐量、电导率、硬度、碱度、
3该项目获广西电力有限公司科技进步二等奖。

收稿日期:2002-08-27;修订日期:2002-10-30氯离子等没有明显的变化,但随季节及雨季变化略有变化,久晴无雨及冬季的水质硬度、含盐量略有增加。

近年的水质分析结果如下表,水的硬度、含盐量并不高。

表1　近年水质分析结果
取样时间
总硬度(Y D)
/mmol.L-1
总碱度(JD)
/mmol.L-1
氯化物(Cl-1)
/mg.L-1 20002102150.88 1.50 6.3
20012042080.410.92 4.2
20012092030.80 1.45 5.0根据水质分析的结果,利用Langlier及Ryznrt 的指数判别式对虹源电厂补充水的稳定性进行计算、分析判断,结果表明为补充水属微腐蚀性水质,水质经循环浓缩达2～2.5倍后,由腐蚀性水质变为结垢型水质。

但是,利用Langlier及Ryznrt的指数计算判断只局限于碳酸钙在循环水中的溶解平衡,其实水中的沉积垢物种类很多,往往还是多种盐类的混合物结晶,同时结垢型的水质也不能说没有腐蚀性。

所以,运用指数值来指示结垢倾向只能作为参考,仍需进行实验与实践以验证。

3　阻垢缓蚀剂的选择试验
3.1　配方选择
在选择药剂配方时应充分注意其阻垢性能,再考虑缓蚀性能。

针对虹源发电有限责任公司的水质特点和循环水系统运行工艺条件,我们进行了药剂
配方的设计及筛选工作。

设计原则为采用低磷、高阻垢性、高缓蚀性配方,本试验采用选用了两个定型的缓蚀阻垢剂产品(W -4,S -2),结合我区的水质我们复配了GN 系列产品,对这几种药品进行阻垢、缓蚀性能对比试验,以确定药剂品种及加药剂浓度。

3.2　阻垢性能试验
3.2.1　浓缩倍率试验
量取现场取回的澄清池出水1000ml (Y D =0.7mmol/L ,JD =1.3mmol/L ,Cl -=4.5mg/L ),放入烧杯中,按有机磷含量为2
mg/L 要求分别加入相应的阻垢剂,置于已恒温50±1℃的水浴锅中,通入压缩空气模拟曝气过程,不断进行蒸发浓缩,测定不同浓缩倍率K 下水样中Cl -
、JD 和Ca 2+的含量。

试验结果见图1～图4。

图1　W -4浓缩试验结果　时间/h
①KCI ;②K JD ;③KY D
图2　S -2阻垢剂浓缩试验结果　时间/h
①KCI ;②K JD ;③KY D
从图可以看出,不加药时(空白试验)浓缩倍率约为2倍,而加阻垢、缓蚀剂后,浓缩倍率得到较大
的提高。

GN 配方阻垢效果较好。

3.2.2　阻垢率测定
模拟现场取回的清水浓缩3.5倍,在实验室进
行模拟配水
,选取药品W -4、S -2、GN ,并以20
mg/L 浓度的加入量,试验结果如下表2。

图3　N G 浓缩试验结果　时间/h
①KCI ;②K JD ;③KY D
图4　不同药剂浓缩试验结果
①空白;②理论值;③CN ;④W -4;⑤S -2
表2　阻垢率试验结果
药品名称及浓度
W -4
S -2GN 20/mg.l -1
20/mg.l -1
20/mg.l -1
η/%88.79
92.72
97.98
试验表明三种药剂阻垢效果均较好,其中GN
效果较好。

3.2.3　阻垢剂稳定钙离子的性能
按照HG /T 2024—91的方法,控制阻垢剂有效含量为2mg/L ,阻垢剂对钙离子的稳定浓度如表3。

表3　阻垢剂对钙离子的稳定浓度试验结果
阻垢剂
W -4GN Ca 2+/mmol.L -1
1.6
2.2
从表3看,阻垢剂GN 的稳定钙离子的效果明显优于W -4。

3.2.4　不同阻垢剂浓度对浓缩倍率的影响
量取实验室自来水4000ml 放入烧杯中,分别
加入不同剂量的GN 阻垢剂(以有机磷含量计),置于已恒温50±1℃的水浴锅中,通入压缩空气模拟曝气过程,不断蒸发浓缩并测定水样中Cl -和Ca 2+
的含量,计算相应的K 、
ΔA 值:K -Cl =Cl -循/Cl -补
K 2+
Ca =Ca 2+
循/Ca 2+
补
ΔA =Cl -循/Cl -补-Ca 2+循/Ca 2+
补
定义:ΔA ≈0.2时的浓缩倍率为最高浓缩倍率;
ΔA ≈0.0时的浓缩倍率为稳定浓缩倍率。

试验结果:以ΔA ≈0.2,结果如图5。

　图5　有机磷剂量与循环水碳酸盐硬度　有机磷/mg ・L
从图5看出阻垢剂GN 在较低的浓度下即可取得较好的阻垢效果,高浓度的阻垢剂并没有获得高浓缩倍率。

此性能对于运行控制有重要的意义,较低的药品浓度可取得高的阻垢效果,高的加药量只不过是一种浪费。

从图3～图5还可以看出,对于不同的水质,即使阻垢剂相同,其稳定碳酸盐硬度的浓度亦不相同。

3.3　缓蚀性能试验
取现场取回的澄清池出水分别加入20mg/L 阻垢缓蚀剂,溶液的体积面积比为25ml/cm 2,其中配方GN 阻垢成份相同,加入不同量的铜缓蚀剂,温度在30～32℃,样管取自现场的新铜管(Hsn70-1A ),旋转速度100r/min ,试验时间为462.5h 。

试验结果见表4。

表4　几种阻垢剂对Hsn 70-1A 铜管的腐蚀率
序　号
水 质配 方平均腐蚀率
/mm.a -1表面状态
123456
Y D =0.7/mmol.L -1JD =1.3/mmol.L
-1
Cl -=4.5mg.L -1
空白
0.0066一层淡棕色膜洗净后无斑点缓蚀阻垢剂W -4:20/mg.L -10.0041一层淡棕色膜洗净后无斑点缓蚀阻垢剂S -2:20/mg.L -1
0.0035一层淡棕色膜洗净后无斑点阻垢剂GN :阻垢剂20/mg.L -1,铜缓蚀剂=0
0.0029
样管光亮如初,无斑点缓蚀阻垢剂GN -1:阻垢剂20/mg.L -1,铜缓蚀剂为阻垢剂的1.0%0.0015样管光亮如初,无斑点缓蚀阻垢剂GN -2:阻垢剂20/mg.L -1,铜缓蚀剂为阻垢剂的2.0%0.0009
样管光亮如初,无斑点
从上表看,药剂W -4、S -2、GN 的腐蚀率均能达到《工业循环冷却水处理设计规范》G B0050—95所规定的标准(黄铜腐蚀率<0.005mm/a ),GN 配方中的阻垢剂也有一定的缓蚀作用,加入缓蚀剂后效果更好,GN -2配方腐蚀最低。

由于铜缓蚀剂价格较高,从降低成本考虑认为配方GN -1已满足生产的要求。

3.4　铜缓蚀剂对阻垢剂阻垢性能的影响
对配方GN 的阻垢剂,加入铜缓蚀剂的有效百
分含量为其0、0.8%、1.6%、2.4%,测试其阻垢率,结果表明加入铜缓蚀剂后对阻垢剂的阻垢效果没有明显的影响。

4　现场应用
根据试验的结果,在虹源电厂进行了现场应用试验。

加药方式为:在加溶药箱配好阻垢剂,通过计量泵直接加入循环水泵入口的吸水井。

4.1　配方GN 的应用
机组试运行开始即用阻垢剂进行了阻垢试验。

水质的变化结果如图6。

从图看出阻垢剂对水质有较好的稳定作用,阻垢剂浓度在1～7mg/L 变化,对水质稳定性没有影响。

利用停机的时间对冷却塔的蜂窝板检查,没有出现结垢现象。

4.2　配方W -4的应用
机组投产后用配方W -4进行了阻垢运行控制,每台机组用量药约为55kg/d 。

水质的变化结果如图7,现场挂片的腐蚀率如表5。

表5　阻垢剂A 现场挂片腐蚀试验结果
挂放位置平均腐蚀率/mm.a -1
表面状态冷却塔0.0039褐色,光滑循环泵吸水井
0.0063
褐色,光滑
从图7看出对水质有较好的稳定作用。

利用停
机的时间对冷却塔的蜂窝板、凝结器水室、铜管的端部检查,没有出现明显结垢、腐蚀现象。

4.3　配方GN -1的应用
2001年9月对配方GN -1进行了现场应用试
验,每台机组用量药约为42kg/d 。

水质的变化结果如图8,现场挂片的腐蚀率如表6。

表6　阻垢剂C -1现场挂片腐蚀试验结果
挂放位置平均腐蚀率
/mm.a -1表面状态
冷却塔0.0038表面光滑,基本保原本色循环泵吸水井0.0026表面光滑,基本保原本色
斜管池出水槽(补充水)
0.
028
褐色,表面有大量的腐蚀麻坑
从图8、表6看出
GN -1阻垢缓蚀剂对水质有
较好的稳定与缓蚀作用,而补充水对铜管的腐蚀较明显。

利用停机的时间对冷却塔的蜂窝板、凝结器水室、铜管的端部检查,没有出现明显结垢、腐蚀现象。

比较图6～图8还可看出,在达到相同阻垢处理效果条件下,GN 药品的耗量比W -4少。

5　结论
①大溪河水质含盐量不高,有一定的腐蚀性,且经浓缩后仍会结垢,加入1～2mg/L 缓蚀阻垢剂后能起到有效的阻垢、缓蚀作用。

②本课题开发的GN -1阻垢缓蚀剂,有优良的阻垢缓蚀性能,水系统不用再进行其它方面的水质调节,操作管理方便,用量较低,稳定性好。

③电厂所采用的缓蚀阻垢工艺是有效的。

控制浓缩倍率在3以下,能实现阻垢、缓蚀的目的。

④循环冷却水缓蚀阻垢处理的工艺为:在计量箱配制0.5%的药液,通过计量泵在机组运行中连续向循环水系统加入缓蚀阻垢剂,控制阻垢剂的有效成份浓度为1～2mg/L ,每班分析1次循环水中阻垢剂含量及水质。

根据分析结果调整加药量及排污量。

图6　阻垢剂GN 现场应用水质变化情况　时间/h
图7　阻垢剂W —4现场应用水质变化情况　时间/h
图8　阻垢剂GN -1现场应用水质变化情况　时间/h
6　几个问题的讨论
6.1　运行中浓缩培率的控制
为防止系统的积垢、腐蚀,运行中必须有效的控制循环水的浓缩倍率。

根据物料平衡原理,系统的水平衡有:
M =E +D +B +F
式中:M ———补充水量;
E ———蒸发水量;
D ———风吹损失水量;B ———排污水量;F ———渗漏水量。

浓缩倍率K =M /(D +B +F )。

上式中M 为生产所需的水量是不能减少的,
E ,D ,
F 与冷却塔的结构及系统有关,运行过程是
不能控制的,B 是运行中可以控制的,即可通过调节排污量来调节循环水的浓缩倍率。

经统计,虹源电厂投产一年来机组在正常运行的情况下,循环水的浓缩倍率为2～2.5。

水质试验表明浓缩倍率可以提高至3～3.5倍,要提高浓缩倍率就要减少排污量。

系统设计的排污水用于冲灰,减少排污即减少冲灰用水,这对生产又提出了新的问题,若冲灰用水控制不好随意加大用量,还会使系统的浓缩倍率更低。

经测试系统在零排污的情况下,极限浓缩倍率K max ≤3.5。

根据阻垢剂的试验结果及系统的运行情况,只要加药正常,不管系统在何种方式下运行,均能满足阻垢处理的要求。

6.2　不必基础加药
药品生产厂家均要求新系统运(下转第27页)
子(将瓷绝缘子更换为合成绝缘子),而II回线路甚至还全线架设了双避雷线,但线路的杆塔接地电阻值及雷击跳闸率照样高居不下。

因此,在该线路的防雷改造中,我们不再采用增大地网敷设面积(降低杆塔接地电阻值)、加强杆塔绝缘等传统的防雷方法,而是采用在每基杆塔的顶部安装头部分裂均压式避雷针,并与原有架空避雷线连接,以及在每基杆塔旁边埋设多层短针散流式集中接地装置与原杆塔接地装置并联的简易方法,同时沿杆塔外围装设一条头部分裂均压式避雷针与杆塔接地装置的专用连接钢绞线,将头部分裂均压式避雷针与杆塔接地装置可靠连接。

此时的接地电阻值虽然没有明显下降(竣工验收时测量接地电阻值与原有测量值差别不大),但却有效改善了头部分裂均压式避雷针、架空避雷线的接地效果。

5　结语
在雷暴活动强烈地区,由于35kV、110kV线路的耐雷水平有限,仅靠常规的降低杆塔接地电阻、架设双避雷线、加强杆塔绝缘等措施减少线路的雷击跳闸率是不够的。

降低35kV,110kV线路雷击跳闸率的可靠办法是减少线路落雷。

林水—郁南110kV升压及防雷改造线路运行两年来的经验表明,将头部分裂均压式避雷针安装在每基杆塔的顶部,并用多层短针散流式集中接地装置使之良好接地,可以有效减少线路的落雷。

该线路的雷击跳闸率由升压及防雷改造前3年的年均20次下降为零,防雷效果显著。

头部分裂均压式避雷针安装在杆塔的顶部,对杆塔及线路运行没有特殊要求,重量轻,安装牢固;多层短针散流式集中接地装置的开挖面积小,施工简便,可不占用线路走廊以外的土地,施工、运行维护方便,造价低,值得推广。

参考文献
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[5]　郑江1多层短针散流式集中接地装置[P]1中国专利:
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(上接第24页)
行之前或系统经清洗、检修置换新水后,需按系统的水容积及控制的药液浓度计算,进行基础加药,加药的方法是一次性将药加入冷却塔水池中。

根据虹源电厂的水质,从机组运行开始至循环水浓缩至具有结垢倾向的时间大约在30～40h,在这段时间里,按正常的加药控制完全可满足加药量控制的要求,若进行基础加药即一次性往冷却塔水池倒入缓蚀阻垢剂,因阻垢剂属酸性,会造成局部PH值过低而破坏系统金属表面的保护膜,引起不必要的腐蚀损坏。

基于保持系统水中阻垢剂浓度的稳定,减少腐蚀,药液的连续加入控制是十分必要的。

6.3　要定期对系统进行清洗
循环水在运行中的冷却是水与空气直接进行接触的,冷却水通过冷却塔时,把空气中大量的灰尘洗涤在水中。

按国家标准,清洁空气的含尘量为0.2 mg/m3,由于刮风及大气污染,含尘量往往大大超过国家标准,有时可高达几十倍。

在冷却塔中冷却1 kg水大约需要1m3空气,如按空气1mg/m3尘量计算,每天洗下的灰尘量可达几百kg,洗涤下来的灰尘大部分沉积在管道、凝结器及冷却塔底部的塔池内,成为污泥。

同时,补充水带入的泥沙,微生物、藻类、贝类的生长也会增加系统污脏。

在水中,这些污脏物在水流速低的部位沉降下来,粘附在金属表面上,造成污垢的腐蚀。

因此系统必须进行定期清洗,特别是冷却塔的水池,应定期清洗(清扫)。

为保持凝结器铜管的干净,防止沉积物下腐蚀,进行铜管的胶球清洗也是必要的。

根据凝汽器的端差变化,对铜管进行化学清洗也将成为必要。

致谢
本试验研究工作得到了虹源发电有限责任公司化学班及汽机班人员的大力支持和密切配合,在此表示衷心的感谢!
第一、二作者简介:彭泉光,男,1956年生,高级工程师,1982年毕业于武汉水利电力学院电厂化学专业,一直在电力试验研究院从事电力化学的水处理、设备防腐、防垢、除垢,技术管理和技术监督工作。

凌浩翔,男,工程师,1991年毕业于上海电力学院电厂化学专业,一直在生产一线从事电厂化学的生产管理和技术监督工作。