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) 式中N s——溶解固体常数;

N t——温度常数;

N H——钙硬度常数(以CaCO3计)，mg/L;

N A——总碱度常数(以CaCO3计)，mg/L。

2.雷兹纳(Ryzner) 指数法

雷兹纳指数，即稳定指数。它的计算式为

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。

极限碳酸盐硬度是指循环冷却水所允许的最大碳酸盐硬度值，超过此值会生成碳酸盐垢。此允许值应由相似条件的模拟试验后决定。无上述条件时，可按下列经验公式计算：

(12-41)

式中H cw——循环水极限碳酸盐硬度，mmol/L;

[O]——补充水的耗氧量，mg/L;

t——循环水最高温度，℃。当t<40℃时仍按t=40℃计;

H y——补充水的非碳酸盐硬度，mmol/L。

上式适用于耗氧量≤25mg/L，最高温度t=30～65℃的循环冷却水。在水源丰富的循环冷却水中，采用排污法来降低碳酸盐硬度中使用。求得极限碳酸盐硬度后，可按下式判断循环水是否发生碳酸钙沉淀：

φ×H z>H cw，结垢

(12-42) φ×H z≤H cw，不结垢

(12-43) 式中φ——浓缩倍率，φ=H cw，C l/H ma，Cl;

H cw，Cl——循环水中Cl-的质量浓度，mg/L;

H ma，Cl——补充水中Cl-的质量浓度，mg/L;

循环冷却水处理可以概括为去除悬浮物、控制泥垢及结垢、控制腐蚀及微生物等四个方

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 cw＝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，