循环冷却水的结垢控制

12-6 循环冷却水处理

字体[大][中][小]冷却水的循环使用过程中，通过冷却设备的传热与传质，循环水中的Ca2+、mg2+、Cl-、SO42-等离子、溶解性固体、悬浮物相应增加，空气中的污染物等可进入循环水中，使微生物繁殖和循环冷却水系统的铜管产生结垢、腐蚀，造成凝汽器传热效果恶化和水流截面减少。其后果主要表现为：

(1) 铜管内水的阻力增加;

(2) 在设备扬程相同的情况下，冷却水的流量减少;

(3) 使凝汽器进出口的冷却水温差加大;

(4) 以上均导致凝汽器凝结水温升高，凝汽器内的真空恶化。

当出现上述现象时，就应对循环冷却水予以判别。

一、水质判断

在热电厂凝汽器循环冷却系统中形成的水垢，通常只有碳酸盐类，这是因为Ca(HCO3)2易受热分解生成难溶的CaCO3，反应式如下

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2+H2O

(12-36)

尤其在循环冷却系统中，它有蒸发和浓缩的作用，因此也容易生成水垢。

循环水中是否有CaCO3析出，都会从水质表现出来，因此要用水质来判断。水质判断的主要方法有：

1.饱和指数法[又称朗格里尔(Langlier)指数法]

它是水的实测pH值减去同一种水的碳酸钙饱和平衡时的pH值之差数。即

IL=pH0-pH s

(12-37)

式中I L——饱和指数;

pH0——水的实测pH值;

pH s——水在碳酸钙饱和平衡时的pH值。

当I L>0时，有结垢倾向，当I L＝0时，不腐蚀不结垢，当I L<0时，有腐蚀倾向。

pH s可根据水的总碱度、钙硬度和总溶解固体的分析值和温度由表12-31查得相应常数代入下式，即可计算得出：

pH s＝(9.3+N s+N t)-(N H+N A)

(12-38)

饱和指数和稳定指数配合应用，将更有助于判断水质的倾向。运用指数来判断水质问题有很大的局限性，因为它仅依单一碳酸钙的溶解平衡作为判断依据，没有考虑结晶和电化学过程，更未考虑水中胶体的影响，而且把碳酸钙既作为缓蚀剂又作为污垢来考虑。在循环冷却水系统中有不同的温度区域，不可能存在全系统碳酸钙的溶解平衡。因此，水的腐蚀和结垢问题，不能只由碳酸钙的溶解平衡来决定，不能根据指数来区别水质。但是用指数来指示结垢倾向还是有实际意义的。对于温差较小，热介质温度变化不大的凝汽器以及其他直流冷却水系统比较有效。

3.碳酸钙饱和指数

在循环水处理中，常投加聚磷酸盐在水中水解成正磷酸盐，使水中有PO43-离子存在，它们与钙离子结合，生成溶解度很低的磷酸钙析出(即在管壁生成磷酸钙水垢)，该种水垢不仅影响传热效果，且不易清除。在循环水系统中磷酸钙析出与否，可用磷酸钙饱和指数判断。即

I P＝pH0-pH p

(12-40) 式中IP——磷酸钙饱和指数;

pH0——循环水的pH值;

pH p——磷酸钙饱和时的pH值。

Ca3(PO4)2的结垢程度可按图12-26所给出的Ca2+、PO43-及pH P值三者的关系来控制。

2+3-

中小型热电厂的循环冷却水处理，对于悬浮物处理常用的方法是澄清过滤; 对于盐垢和金属腐蚀的控制常用的是加阻垢剂和缓蚀剂; 对于藻类的处理常用的是加杀菌剂。

2.结垢控制

循环水中产生的盐垢以碳酸钙垢为最常见，危害最大。为防止碳酸钙垢可采用下列水处理方法：

(1)用石灰软化去除致垢盐分。

(2)限制循环水中致垢盐分，主要是碳酸钙的浓度。一般用限制循环水浓缩倍率的方法，也可用碳酸盐硬度较小的水作为补充水。

(3)将难溶的碳酸钙加酸后转变为溶解度高的盐类。

(4)加入阻垢剂，提高循环水的极限碳酸盐硬度，使碳酸钙晶体畸变，并起分散螯合作用，从而达到阻垢目的。

(5)控制产生结垢的各种物理化学因素，如适当降低水温差，降低热负荷，避免过高的pH值和提高水流流速等。

(6)采用物理水处理法，使循环水通过磁场、高压静电场或低压电场的作用，将水中的杂质变成松散的泥渣或软垢随排污排出。

常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机磷酸(盐)、聚丙烯酸等。

聚磷酸盐不仅是阻垢剂，而且还是缓蚀剂，它的阻垢缓蚀作用随分子结构中P2O5含量的不同会有所差异。采用六偏磷酸钠作阻垢剂时，循环水的极限碳酸盐硬度，可按下式计算：

H c w＝6-0.15H z

(12-44)

其加药量，一般控制在1～5mg/L范围，碳酸盐硬度较高的水可采用上限。聚磷酸盐在水中会分解生成正磷酸盐，它与水中的Ca2+渐渐反应形成沉积物，使水中磷酸盐含量降低，增大加药量。此外，正磷酸根是微生物的营养物质，会促进冷却水中微生物的生长，这是应用聚磷酸盐时必须注意的问题。

有机磷酸(盐) 具有阻垢和缓蚀双重作用。国内主要使用有羟基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺甲叉膦酸(EDTMP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)。作为阻垢剂与磷系药剂配合使用时，有机磷酸(盐) 可与聚磷酸盐同时使用，获得增效作用。一般在采用有机磷酸(盐)作为阻垢剂使用时，投加量为1～5mg/L，当有机磷酸(盐)投加量接近5mg/L 左右时，其所能维持的极限碳酸盐硬度增加值有限，因而过分加大剂量的意义不大。其极限碳酸盐硬度的参考值分别为：

氨基三甲叉膦酸(ATMP)极限碳酸盐硬度9mmol/L。

乙二胺甲叉膦酸(EDTMP)极限碳酸盐硬度8mmol/L。

羟基乙叉二膦酸(HEDP)极限碳酸盐硬度8mmol/L。

聚丙烯酸不仅有良好的阻垢性能，还能对非晶状的泥土、粉尘和腐蚀产物以及生物碎屑等起分散作用。在与磷系药剂配合使用时，聚丙烯酸钠的一般用量为1～5mg/L，用量不宜过高，如超过5mg/L时，会在换热器表面生成聚丙烯酸钙的沉淀，结成硬垢，且不易清除。

3.腐蚀控制

这里着重介绍对凝汽器铜管的防蚀问题。凝汽器铜管的防蚀有多种方法，除投加缓蚀剂外，常用的方法还有造膜法，造膜常用的溶液为硫酸亚铁，将硫酸亚铁水溶液通过凝汽器铜管，使铜管内壁生成一层含有铁化合物的保护膜，从而防止冷却水对铜管道腐蚀。

硫酸亚铁造膜有一次造膜法和运行中造膜法。

(1)一次造膜法。一次造膜法就是在凝汽器停运的条件下，将硫酸亚铁溶液通过凝汽器铜管，进行专门的造膜运行。此法适用于新通过投入运行以前和通过检修后的启动前。要形成良好的膜，造膜前铜管的表面状态是一个很重要的因素。铜管表面有附着物是不利于造膜的，必须清洗干净。新铜管表面可用1%NaOH溶液冲洗2h，后用水冲洗至出水用酚酞指示剂试验时不显红色，或经清洗后再用NaCl溶液冲洗。这样的铜管表面在用硫酸亚铁造膜时，可以得到性能较好的膜。常用的造膜条件如下：

1)FeSO4浓度：含FeSO4·7H2O250～500mg/L或Fe2+50～100mg/L;

2)溶液pH值：5～6.5(用Na3PO4或Na2CO3来调整);

3)溶液温度：室温或30～40℃;

4)溶液循环流速：0.1～0.3m/s;

5)循环时间：96h左右。

(2)运行中造膜法。造膜时应每隔24h连续加1h FeSO4溶液，或每隔12h连续加FeSO4溶液0.5h。加药时使通过凝汽器的冷却水中含铁1mg/L。运行中加药地点设在凝汽器的冷却水入口端，距离应适宜。

4.微生物控制

微生物的控制常用加氯。详细参见本章12-2“净水处理” 中消毒部分。

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知识来源：洪向道主编.中小型热电联产工程设计手册.北京：中国电力出版社.2006.第708-714页.