湿冷机组中-利用中水加酸技术作循环水补水方法

郝勇

（甘肃省电力投资集团有限责任公司，甘肃兰州730046）

湿冷机组中-利用中水加酸技术作循环水补水方法

郝勇

（甘肃省电力投资集团有限责任公司，甘肃兰州730046）

本文研究了将城市污水处理厂出水作为火力发电厂循环冷却水补充水，采用加酸技术进行循环冷却水补充水的阻垢、缓蚀作用研究。通过动态模拟试验，研究得出现场采取的控制措施，取得了较好的运行效果，可供其他电厂借鉴。

循环冷却水；中水加酸技术；循环水补充水

我国是水资源匮乏的国家之一，人均占有量位列世界第88位。随着国家的发展，用水矛盾日益突出，尤其在北方缺水地区，工农业生产用水形势不容乐观。火力发电厂作为重要的用水大户，如何有效利用有限的水资源，保护生态平衡，成为其发展中遇到的一个重要课题。另外，随着城镇化步伐的加快，大量的城市中水未得到很好的利用，只经污水处理厂简单处理合格后就地排放。

甘肃张掖电厂作为21世纪初建设的西北地区最早利用中水作为循环冷却水补充水的火力发电厂，在经济安全地利用城市中水方面进行了有益的探索，对同类型电厂在城市中水再处理、补入塔池用作循环水补充水后药剂投加、缓蚀阻垢剂选型等方面有一定的借鉴意义。

1 循环冷却水采用城市中水的基本情况

1.1 循环冷却水

甘肃张掖电厂循环水系统采用自然通风冷却塔的扩大单元制再循环供水系统。在循环冷却水中，极不稳定的过饱和水溶性盐类[主要有Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]，极易分解在凝汽器不锈钢管表面形成碳酸盐垢，从而降低凝汽器的热交换效率；循环水浓缩后水溶性盐类浓度较高，水的导电性增大，极易发生电化学反应，造成凝汽器不锈钢管腐蚀。由于循环水的浓缩、脱碳作用和温度上升，水中的离子浓度越来越高。因此，循环水处理的首要目的就是防止结垢，其次是减轻凝汽器腐蚀，再者就是防止大面积不锈钢管污堵。

通常在补充水水质良好的情况下，循环水处理采用投加水质稳定剂和排污相结合的水质稳定处理方式。机组正常运行中，每天投加一定量的水质稳定剂，控制浓缩倍率在合理范围内，并补充原水以维持用水平衡。该厂全年2台机补水量约410万t左右（根据2013年原水用量统计。）

1.2 城市中水

张掖市污水处理厂由甘肃瑞安新技术发展有限公司设计，将城区生活污水（主要是城市居民生活废水）进行过滤沉降、氧化杀菌、泥水分离等工艺对来水中悬浮物、有机物进行处理，处理后水质符合GB18918-2002《城镇污水处理厂排放标准》一级B标准。年处理能力1 200万m3，每日处理能力最大量为4万m3，平均流量为1 660m3/h左右。处理后中水约1/3供应至该厂作为循环水补充水，其余绝大部分就地排入山丹河。

中水水质情况总体如下：出水水质常年基本稳 定，COD 10～20mg/L，氨 氮0.5～3.0mg/L，悬浮物5～15mg/L，pH值7.4～8.0。氯根保持在38～65mg/L，总硬度保持6.5～8.0mmol/L，全碱度保持在5.0～6.5mmol/L，大多数时间悬浮物在20mg/L以内，浊度在10NTU以下。近年来水质持续变好，硬度、碱度呈现稳步降低趋势。总体上，中水呈现出中等硬度、中等碱度、中等含盐量、低氯根的特点。

1.3 张掖电厂中水深度处理方法

张掖电厂厂区设计有中水深度处理系统，运用石灰处理方法。不同季节污水厂来水水质指标变化不大，表1是不同时间污水处理厂中水的主要水质指标。

表1 2015年张掖电厂试验用水主要水质指标的变化

原中水处理系统采用石灰法，在石灰乳、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺加药和污泥系统运行过程中所需人员维护量较大，各加药系统在消除缺陷时，需要将整个系统排空或者停运中水处理系统等，造成存在运行人员操作量大、检修人员维护量大、工作环境恶劣等缺点，最主要的是每年耗费近400万元的化学药品费用，生产成本高昂。

2 循环冷却水补充水处理方式及关键技术

2.1 中水深度处理采用石灰法

石灰处理法是将石灰乳溶液加入水中与碳酸盐硬度发生反应，生成CaCO3和Mg（OH）2沉淀，降低了水中的硬度和碱度，从而间接提高了循环水的浓缩倍率。处理后的中水全部作为2台300MW机组的循环冷却水。

2.2 1∶2混合水处理方式

介于中水加酸处理的过渡方式，先期对城市中水加硫酸处理后与备用水源地下水混合后补入循环水中。历经1a时间，总体情况良好，机组安全经济运行。

2.3 全中水加酸处理

随着投加设备和控制水平的改进，以及新配方药剂的开发，加酸处理的优越性凸显出来，既经济又简便。2007年国家建设部第742号公告的《工业循环冷却水处理设计规范》将加酸处理列入循环冷却水处理方式之一。

加酸处理的原理是向系统中加入硫酸，降低循环水的碱度，使碳酸盐硬度转变为溶解度较大的非碳酸盐硬度，其反应如下：

同时，应保持循环水的碳酸盐硬度在极限碳酸盐硬度之下，以达到防止结垢的目的。

2.4 全中水加酸处理优越性

委托西安热工院对张掖市城市中水进行缓蚀阻垢剂的筛选试验，要求选用的缓蚀阻垢剂阻垢、防腐效果良好，且能够保证极限碳酸盐硬度对应下的最大浓缩倍率至少在3.8及以上。然后再进行循环水动态试验确定循环水水质控制标准，以此来调整加药量和排污量。经过8个多月的运行实践，全中水加酸处理优越性有：①循环水处理成本相对较低，平均每年节约中水处理药品费用约870万元（随着机组利用小时而变化）；②运行、检修工作量大幅下降，工作环境明显改善；③循环水指标基本稳定，水质处理方式简便易行，凝汽器端差变化不大，水中泥沙含量对系统的影响微乎其微，有机物藻类生长与往年无异，经机组停运后化学检查凝汽器不锈钢管结垢、腐蚀情况完全在可接受范围之内。

2.5 选定适用的缓蚀阻垢剂药剂

提供城市中水和5种缓蚀阻垢剂样品，通过筛选试验确定1种药剂生产厂家供应该品牌的缓蚀阻垢剂药剂。

2.6 确定合理的控制方式及技术指标

选好药剂后，进行多种方式的小型试验来确定循环水的总硬度和全碱度、pH值和氯离子控制范围。

2.7 选择恰当的加硫酸方式来适应水质的变化

依据现场现有的变频控制，由测定的中水碱度和pH值来调节加入硫酸量。

2.8 建立误操作引起的安全“防火墙”

划定水质指标红线，通过严厉的考核机制和有效的监测手段警示运行人员细心操作，防止引起循环水水质的剧烈变化。

2.9 建立紧急情况下的防范机制，确保万无一失

将石灰处理备用正常，以防张掖市污水厂水质突变，紧急启动石灰处理直至水质达标后恢复正常状态。

2.10 引入阶段性的评价机制

通过运行0.5、1、5a时间，结合凝汽器化学检查情况、运行中凝汽器端差变化趋势、循环水指标、中水系统挂片试验检查腐蚀程度等，对全中水加酸技术的运行情况进行阶段性总体评价，便于下一阶段的优化调整及改进。

在经过多方审查和论证后，形成《循环水补充水采用全中水加酸处理技术的实施方案》下发执行，成为实际操作过程中重要的指导性技术规范。

3 对城市中水处理方式的优劣比较

3.1 方案一：循环水补充水为中水直接补入循环水

由于张掖市污水处理厂的污水水质属于高硬度、高碱度、低氯根水质，经循环水小型试验现场模拟，结垢点的浓缩倍率在2.5左右，不能满足现场需要。其优点是每年可以节约中水处理费用约870万元，人员操作与设备维护成本明显降低；缺点是安全性差，结垢后处理成本高昂，运行技术经济参数恶化，应对水质变化的适应性差。

3.2 方案二：循环水补充水采用石灰深度处理

石灰处理法是将石灰乳溶液加入水中与碳酸盐硬度发生反应，生成CaCO3和Mg（OH）2沉淀，降低了水中的硬度和碱度，从而间接提高了循环水的浓缩倍率。处理后的中水全部作为2台300MW机组循环冷却水（深度处理后水质见表2）。

表2 2014年中水深度处理系统进出水水质平均值

其优点是中水深度处理后水质良好，凝汽器不锈钢管酸洗时间较长，一般8～10a内进行清洗，水质突变对循环水系统影响不大；缺点是循环水处理成本较高，每年需要中水处理药品费用约870万元，人员操作与设备维护量大，经过8a的运行，设备腐蚀、磨损严重，维护成本较高。

3.3 方案三：循环水补充水改为全中水加硫酸处理

优点是循环水处理成本相对较低，平均每年节约中水处理药品费用约870万元；人员操作量、维护量较少，工作环境得到明显改善。缺点是由于中水硬度相对偏高，结垢概率增大，凝汽器端差可能会逐年增大，凝汽器不锈钢管酸洗时间可能会缩短[1]。

4 实施全中水加酸处理方式运行效果的评判

经过1a多加酸处理运行的实践，系统运行平稳，通过对凝汽器化学检查、运行参数、结垢腐蚀综合判断，总体情况如下。

4.1 凝汽器端差变化情况

#1、2机组凝汽器端差夏季在2～6℃，冬季在5～8℃，与往年并无明显升高迹象。同时，机组经济指标煤耗也无不正常增大现象。

4.2 凝汽器不锈钢管化学检查情况

2015年6月1日、2016年7月2日分别对#2机、#1机凝汽器不锈钢管内部原始状态进行化学检查，不锈钢管管口有不同程度的结垢，呈现不均匀状态，存在管口较多、管内逐渐变少的趋势。与2014年7月#2机检修检查时的情况相比，结垢量变化不大。总体来看，经过近20个月的运行，中水加酸处理后对凝汽器不锈钢管影响不大。照片对比如图1所示。

图1 凝汽器不锈钢管化学检查情况

4.3 中水处理间挂片试验情况

2015年2月13日，出于对中水至塔池补水管道腐蚀情况的判断，在中水过滤水沟加酸污水中悬挂材质为#20钢的试样进行腐蚀性挂片试验。6月13日取出后进行检查、称重、计算，情况如下。

（1）除去挂片表面的污泥后，表面灰暗，无坑状、鼓包、溃疡状腐蚀现象。干燥后称重计算腐蚀速率为0.163 5g/（m2·h）。

（2）总体判断，污水加酸处理后对#20钢有腐蚀现象，根据缓蚀剂应用性能指标，静态腐蚀速度＜0.6g/（m2·h）为优等级。由于过滤水沟流速缓慢，可以参照静态腐蚀速度对比分析认为，虽然加酸处理后pH值呈微酸性，存在酸性腐蚀，但腐蚀速度很轻微，对中水至塔池补水管道影响不大。同时，中水运行后碱度控制由最低0.5mmol/L升至2.0mmol/L，腐蚀程度进一步减轻[2]。

4.4 水汽品质的影响

4.4.1 循环水水质的影响

循环水中硫酸根、氯根含量仍然较低（硫酸根小于400mg/L，氯根小于100mg/L），对塔池基体腐蚀微乎其微，pH值经过浓缩作用依然在8.4以上，有机物、藻类生长与以往并无明显增多，杀菌灭藻次数暂无增加。总体情况稳定正常。

4.4.2 水汽品质的影响

截至2016年8月，尚无凝汽器泄露引起的凝结水水质恶化现象发生，热力系统水汽品质优良，锅内化学处理也无调整必要。

5 缺水地区实现全中水加酸处理的有效途径

（1）根据权威机构进行的循环水药品筛选试验和动态模拟试验报告，确定全中水运行期间的循环水控制措施，包括浓缩倍率控制方法和标准、水质稳定剂加药量、循环水pH值和碱度、杀菌灭藻剂加药量、加药方法和时间。确定缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂品质标准，与选中药品厂家签订技术服务协议[3]。

（2）根据循环水药品（缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂）筛选试验和循环水动态试验报告，初步确定全中水运行方式下，所选药品厂家药剂必须满足循环水极限碳酸盐硬度对应下最大浓缩倍率在3.8及以上的要求。

（3）确定全中水加酸技术的使用要点，主要控制指标及范围，以及循环水处理的方式和加药量。选择合理的安全系数，保证安全长期运行。

（4）加强凝汽器不锈钢管化学监督力度，改进监督方式，密切关注水质变化及运行指标（端差、煤耗等），根据不锈钢管污堵和结垢程度科学安排化学清洗方案及清洗周期。

（5）每年至少进行1次循环水小型模拟试验，进一步优化、调整加药量、排污量及杀菌灭藻方式。

6 结论

城市中水水质持续变好和凝汽器较好运行，为进一步提高循环水浓缩倍率预留了空间，通过试验可以逐步提高控制指标，向节约中水用量方向努力；若水质变差，则应充分利用水量充足的优势，大量使用城市中水，同时调整加硫酸量保证循环水系统安全，提高水资源的再利用率。

沉积在不锈钢管内部的污泥来源主要为水中悬浮物、胶体和投加药剂后产生的沉淀物质三类，一般通过水中悬浮物、浊度指标反映水质好坏，当中水水质恶化时，首先加强排污，其次及时投运中水石灰处理系统降低浊度应对。

由于国家环保政策的日趋严格，循环水排污不当容易对环境造成污染，以pH在线监测数据为最主要的监督手段。加强控制pH值在6～9，加大循环水在线pH计维护力度，保证其正确率。

增加运行机组胶球清洗装置的投运次数，并保证收球率在98%以上，减轻钢管污堵程度。

此外，随着环保监管的日趋严格，排放废水再循环利用处理及回收实现零排放应为今后调查研究的方向。

甘肃张掖电厂应用全中水加酸处理的运行实践表明，在北方缺水地区，科学地采用加酸处理技术，合理使用城市中水作为循环冷却水补充水，既能保证机组的安全经济运行，又能为地方经济和社会的发展贡献力量。城镇化带来的大量城市中水也能为工农业发展变废为宝。随着科技的发展和新型药剂材料的不断涌现，城市中水必将有更大的用途，只要阻垢剂选用的是环保药剂，杀菌灭藻处理方案得当，碱度控制得当，就能避免造成pH值下降等现象。

[1]李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].2版.北京:中国电力出版社,2000.

[2]曹长武.火力发电厂化学监督技术[M].北京:中国电力出版社,2005.

[3]唐受印，戴友芝.工业循环冷却水处理[M].北京:化学工业出版社,2007.

The Successful Use of Water in the Wet Cooling Unit as Make-Up Water for Circulating Water and Acid Technology

Hao Yong
(Gansu Electric Power Investment Refco Group Ltd.,Gansu Lanzhou 730046)

The sewage treatment plant effluent was used as the circulating cooling water in the thermal power plant to replenish water,and the scale and corrosion inhibition of circulating cooling water were studied by adding acid technology.Through the dynamic simulation test,the research obtained the control measures taken in the field,and obtained the good operation effect,which can be used for reference by other power plants.

Circulating cooling water;Water and acid technology;Circulating water

TM621

A

2096-0387（2016）06-0058-05

郝勇（1972-）,男，甘肃景泰人，硕士，工程师，研究方向：发电厂生产经营管理。