浅析循环冷却水系统结垢控制

莱钢科技第1期（总第197期）

浅析循环冷却水系统结垢控制

安增琴，贾佑东，李廷才，王强，常青，辛霞

（能源动力厂）

摘要：分析了形成循环水系统结垢的机理，结合能源动力厂化水系统对循环水除垢的实际运

行控制，分析并提出解决思路，对于电厂循环水系统防垢工作具有较强的指导意义。

关键词:循环水；结垢；硬度；硫酸

0前言

循环水系统是热力发电企业重要的运行单元，其运行控制水平的高低，直接影响后续热线生产的安全性、经济性，因此必须加强循环冷却水系统水质控制，以降低运行风险和生产成本。一般认为，污泥附着、结垢、腐蚀是危害循环水系统的3大问题，其中水垢的常见类型为碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅、磷酸钙、硅酸镁、磷酸锌，其中占比最大的是碳酸钙垢。

1水垢类别及形成机理

1.1碳酸钙垢

碳酸钙是循环水系统中常见的、危害最大的水垢,在敞开式循环冷却水系统中，水中的重碳酸钙由于受热分解及二氧化碳在冷却塔中的散失，使下式平衡破坏，而析出碳酸钙。

Cfl（//CO3）2u^CaCO?；+C02?+H20

一般情况下，水经冷却塔一次喷溅后，其中残留的二氧化碳可降至2~3mg/L,经过多次喷溅，水中的二氧化碳含量可接近于零。另外，水在凝汽器中加热,也会使二氧化碳逸出，造成碳酸钙析出。

1.2硫酸钙垢

硫酸钙在普通水中的溶解度约为碳酸钙的40倍以上，电厂凝汽器中很少发生硫酸钙水垢,但硫酸钙水垢一旦形成很难去除，因此也必须加以重视。

当温度升高,pH降低时，硫酸钙的溶解度降低,在低于37七的水中，硫酸钙的溶解度随温度的升高而增大，但在37T以上则相反，溶解度随温度的升高而减小。经查询溶解度温度曲线，在本厂冷却水

作者简介：安增琴（1981-）.2005年7月毕业于山东理T•大学化学专业。T•程师，主要从事化学水处理T.作。温度的条件下，硫酸钙溶解度约为2.6g/L o

1.3二氧化硅

硅酸的离解按下式进行：

H2SiO3F^HSiO：+H+

HSiO；=^03八+H*

当pH小于8.0时,硅酸几乎处于非电离状态，此时几乎无HSi（V存在，当pH大于9时，由于HSiO,'量明显增加，因而硅酸的溶解度也明显上升，当硅酸的含量超过其溶解度时硅酸缩聚，以聚合体存在，随着聚合体分子量的增加就会析出成为坚硬的硅垢。一般情况下，循环水中二氧化硅含量小于150mg/L时，不会析出沉淀。

1.4其它垢类

磷酸钙、硅酸镁、磷酸锌等垢类均属于小众水垢,在能源动力厂水质环境条件下发生的几率很小,不再赘述。

2循环水系统的防垢措施及实践

防垢处理方法有很多种,选用时应根据水质条件、运行工况、环境保护等因素，因地制宜的选择高效、安全、经济、简单的方法。在方法选择上应注意节约用水，同时应重视凝汽器铜管的防护,避免处理水垢时产生腐蚀等次生问题。

碳酸钙水垢的成垢离子是钙及碳酸氢根离子,在补充水中的钙离子含量及碱度较高时，可在预处理工序中除掉部分硬度及碱度，常用的方法有以下几种：

2.1离子交换法

用Na型或H型阳离子交换树脂与水中阳离子进行离子交换，以达到除钙镁及碱度的目的。能源动力厂化水车间银前区循环水补水采用Na型软化法（图1）,老区采用弱酸性H型树脂进行补水处理

36

莱钢科技2019年3月

（图2）,均取得较好效果。两者相比较弱酸阳离子交换法更具优势，Na型软化只能除去硬度，不能除去碱度，而弱酸氢型树脂既能除硬度又能除碳酸盐碱度，是一种效果较好的软化方法。为避免pH 降低产生酸性腐蚀，还可采用H型和Na型并联或串联软化的方法，可使H型产生的游离酸与Na型产生的碳酸氢钠中和，达到除碱度和游离酸的目的。

Na

M

图1化水车间Na软化补水流程

将石灰乳加入水中，使其与水中的硬度和碳酸盐碱度生成难溶的CaCO3或Mg（OH）2沉淀，达到使水软化的目的。石灰处理和混凝处理通常是同时进行的，因为石灰处理所产生的沉淀物不能生成大颗粒,程胶体状态在水中悬浮,通过混凝使沉淀物在澄清池中沉降，既能去除硬度、碱度，又能去除悬浮物，是一种低成本易操作的处理方法，缺点是石灰粉尘较多，环保风险大。

2.3酸化法

应用酸化法时一般可使用硫酸或盐酸,但在实际处理中多使用硫酸，因为加盐酸会带入氯离子，增强腐蚀性;加入硝酸则会带入硝酸根离子,给硝化细菌提供养份，促进硝化细菌的繁殖。硫酸和盐酸处理性能见表1所示。

表1硫酸、盐酸性能对比

项目硫酸盐酸

处理费用低高

运输、储存不需要防腐要求设备防腐对黄铜的侵蚀性一般引入氯离子侵蚀性强反应生成物控制硫酸根溶解度大

能源动力厂各区循环水系统已全部使用加硫酸处理，通过加酸降低水的碳酸盐硬度,使碳酸盐硬度转变为溶解度较大的非碳酸盐硬度，同时保持循环水的碳酸盐硬度在极限碳酸盐硬度之下，从而达到防止结垢的目的。酸可加入补充水中，也可加入循环水中，运行中主要控制循环水的pH。一般夏季控制在7.2-7.4之间，冬季控制在7.6-7.8之间，实际运行中为降低腐蚀风险，控制pH在7.8~&3之间，且保证系统有酚猷碱度，这是较为保守的控制标准，目的是避免加酸过量引起系统腐蚀。

2.4其它除垢方法

运行中为降低结垢风险,一般为多种方式配合使用，一些思路简单效果明显的经验做法均具有很好的效果。

其中排污法最为常用，其原理为当补充水的碳酸盐硬度小于循环水的极限碳酸盐硬度时，可通过排污来控制循环冷却系统的浓缩倍率，以满足循环水极限碳酸盐硬度小于浓缩倍率和补充水碳酸盐硬度的乘积，以达到防垢目的。采用此法时，首先要有足够的补充水量来满足排污的要求，还要考虑其经济性。只有当排污增加的补充水费小于化学处理费用时,采用排污法才是经济的,这种方式一般适用于水量充沛的循环水系统，在能源动力厂的循环水系统中需要配合化学方法使用。

炉烟处理法在某些电厂也有使用，主要是利用炉烟中的二氧化碳或二氧化硫达到除垢目的。这种方法适用于低浓缩倍率且水质不稳定的直流系统,可以综合利用烟气，有利于环保，但是基建投资高且易引起凝汽器铜管腐蚀，因此也不适用于能源动力厂的循环水系统。

3结语

循环水系统的防垢控制是化学监督的重要课题，能源动力厂各级技术人员通过多年运行管理，不断优化控制方法，在循环水系统的防垢、防腐蚀、节水等方面取得了良好绩效。随着技术的不断进步,也需要拓宽思路加强新技术的学习和引进，不断完善循环水运行控制手段,为降本增效、能效提升提供技术保障。

参考文献

[1]齐冬子.敞开式循环冷却水系统的化学处理[M].北

京：化学工业出版社,2006.120-121.

（下转第39页）

37