浅谈汽轮机循环水的水质控制

浅谈汽轮机循环水的水质控制

浅谈汽轮机循环水的水质控制

李其忠

云南云景林纸股份有限公司  云南省普洱市  666499

摘要：热电站循环水站补充水量占热电站工业用水量比例高，且补充水水源广泛，有江水、河水、地下水、城市中水和工业废水回用水，水质差异大。在某一特定的循环水补充水水质条件下，如能选择出经济、可行、管理方便的水质控制方法，则能在有效控制循环水结垢和腐蚀在规定范围的前提下，尽量提高循环水浓缩倍数，减少排污量，有效控制单位装机容量耗水率，节水效果明显，提高发电机效率。本文将以几个热电站项目循环冷却水的设计经历予以阐述。

关键词：热电站；循环冷却水；水质控制；缓蚀；阻垢；

众所周知，在中小型热电联产项目，根据“以热定电、热电联产”的设计原则，发电机组一般为背压机组、抽背机组或背压机组和抽凝机组组合供热发电。对于背压机组和抽背机组，循环水主要是向冷油器、空冷器及汽封冷却器提供冷却水，水量较小(一般在1000m3/h以内)；对于抽凝机组或背压机组和抽凝机组的组合机组，水量较大(一般在2500m3/h～10000 m3/h)；如果能根据不同补充水水质和循环水量，选择出经济、安全、可行、管理方便水质控制（缓蚀、阻垢、杀菌灭藻）方法，则能提高循环水浓缩倍数，较少排污，达到节水效果。

一、循环水系统防垢

循环水系统防垢方法分为内部处理法和外部处理法。

外部处理法包括石灰处理法及离子交换法，适用于补充水碳酸盐硬度高（大于300mg/L）场所，如采用内部处理方法防垢则消耗大量化学药剂，且总盐浓度超出目前市场水质稳定剂的使用范围。外部处理法一般适用于地下水作为补充水的循环水系统。

内部处理法是常用的循环水系统防垢方法，它包括排污法、酸化法和联合处理法（H2SO4--有机膦酸盐ATMP）。排污法是循环水定期向系统外排污，不断补充新水，使循环水碳酸盐饱和指数小于零，以达到防止结垢的目的。该方法对水质要求高，实用面较窄，在水库水作为循环水补充水，可以根据水质情况采用，一般很少采用。酸化法是采用在水中投加硫酸或者盐酸，利用CaSO4、CaCl3的溶解度远远大于CaCO３的原理，防止结垢，该方法使用时应注意控制循环水中SO42-含量小于1500mg/L，超过时就会对其混凝土产生中等腐蚀。联合处理法（H2SO4--有机膦酸盐ATMP）对原水碳酸盐硬度适用范围广，可保证循环水在高浓缩倍率下运行，循环水总SO42-浓度比单一酸化处理低，能有效防止循环水对池体的腐蚀，但由于投加了有机膦酸盐ATMP，有助于微生物生长，因此需加强杀菌、灭藻药剂投加。由于联合处理法消耗有机膦酸盐ATMP量较酸化法少，故该法水处理费用较低。

二、循环水水质稳定

水质稳定最主要的方法是投加稳定剂，它有两个主要作用：一是在金属表面形成一层致密而连续的金属氧化膜或其他类型的膜，从而与腐蚀介质隔绝；二是防止生成晶核或临界晶核，防止晶核生长。投加缓蚀剂的选择应根据具体水质和换热器材质委托药剂厂家选配，以保证形成保护膜。目前火电厂添加的稳定剂，绝大部分是复合药剂，经验表明，在相同药剂投加量下，复合药剂的缓蚀阻垢效果高于单一药剂，同时能缓解药剂对换热设备的侵蚀；常用药剂有有机膦酸盐、聚羧酸类聚合物。

三、循环水微生物控制

用于循环冷却水的杀菌剂分为两类：氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂；常见的氧化性杀菌剂有液氯，次氯酸钠和二氧化氯等。常见的非氧化性杀菌剂有胺盐、氯酚、有机胺类杀菌剂等，但由于其价格昂贵，较少使用，一般非氧化性杀菌剂配合氧化性杀菌剂使用，以防微生物对氧化性杀菌剂产生抗药性。对于循环水量较小时可采用物理水处理法。

1.氯气具有高效、快速广谱、经济、物源广、使用较方便等优点，是目前循环水使用最普遍杀菌剂。但是，氯气有剧毒，在工程中必须设置余氯报警仪、氯气吸收装置、排风扇和防毒面具等设施，另外，PH对氯和次氯酸钠的杀生效果有很大的影响，在运行时应该控制循环水的PH值，在6.5至7.5之间，以保证其最佳的杀毒效果。

2.次氯酸钠的杀生原理与氯气的杀生原理基本相同，但次氯酸钠具有很好的剥离作用，能够使设备上附着的黏泥大量剥落，在排出循环水系统，更有利于循环水系统的防腐和换热效率的提高。与氯气相比较，次氯酸钠的危险性要小得多，对人身和环境的危害也很小，其系统运行起来也较方便和简单。

3.ClO2具有广谱、高效的杀菌能力，其有效氯是氯气的2.63倍，杀毒效果不受PH值影响，ClO2杀菌效果持续时间长，系统复杂，单位有效氯费用高，目前在循环冷却水系统应用较少。二氧化氯极其不稳定，不能象次氯酸钠那样可以运输，运输中很容易发生爆炸事故，所以只有依靠现场制备。一般都是通过氯酸盐同酸的反应制备得到，以氯酸钠的成本为最低。但是，氯酸钠与硫酸的反应十分剧烈，所产生二氧化氯几乎是爆炸性分解为氯气和氧气。

四、物理水处理法

循环水水质控制方法分为物理水处理法和化学药剂水处理法。物理水处理法水质控制设备有离子棒水处理器和磁力水处理器；适用条件：水温

≤105℃，水质总硬度≤550mg/L（以CaCO3计）。物理水处理器具有易于安装、便于管理、运行费用低（功率10W）、不会带来二次污染和集缓蚀、阻垢、杀菌灭藻功能一体的优点，但相对于化学药剂水质控制，效果不如化学药剂法。

离子棒水处理器通过8500V高压静电场的直接作用，改变水分子中的电子结构，水偶极子将水中阴、阳离子包围，并按正负顺序呈链状整齐排列，使之不能自由运动，水中所含阳离子不致趋向器壁，阻止钙、镁离子在器壁上形成水垢，从而达到防垢的目的。离子棒水处理器产生一定量活性氧如O2-、－OH、H2O2，这些活性氧能破坏生物细胞的离子通道，改变细菌和藻类生存的生物场，影响细菌生理代谢，从而起到杀菌灭藻作用，同时活性氧在管道表面能产生一层微薄氧化膜防止腐蚀。

磁力水处理器利用水流切割高磁场磁力线产生电流，形成电场，使管壁带负电，管壁排斥溶存离子和氧，以防止管壁腐蚀和杀灭藻类；降低水表面张力，提高水体盐类沉淀颗粒快速沉降，再排出循环水，从而达到防垢目的。

五、案例分析

（一）动力厂1#、2#、3#机循环水质控制

下面以动力厂1#、2#、3#机循环水水质控制为例，对物理水处理法和联合处理法进技术经济比较。

动力厂1#、2#、3#机循环水量为2200m3/h，设计浓缩倍率为3倍，补充水总硬度＝117mg/L（以CaCO3计），浓缩后总硬度＝351mg/L。如根据水质资料采用硫酸＋缓蚀药剂控制水质，在补充水加入硫酸的量m2和有机膦酸盐缓蚀剂的量Gr计算如下：

m2=49/ε（HTB-HTJ/φ）qBx10-3

m2：补充水中加入硫酸的量，Kg/h

qB：补充水量m3/h

ε：工业硫酸纯度，一般取0.9，1500元/吨

HTB：补充水碳酸盐硬度，mmol/L（为0.0002）

HTJ：循环水极限碳酸盐硬度，mmol/L（3.45）

φ：浓缩倍率（3）

m2＝0.58 Kg/h＝14 Kg/天

另外需投加有机膦酸盐缓蚀剂，投加浓度按40～60 mg/L计算，投加量为：

Gr=Qe×g/(1000(N-1))/C＝0.96 Kg/h

Gr:系统运行时的加药量（Kg/h）

Ge:蒸发水量（m3/h）

N:浓缩倍数

g:循环水的加药量mg/L

C:活性组分 50～52％

Gr= 0.96 Kg/h＝23 Kg/h＝17.5L/天（350元/25L）

由上表可以看出，在循环水水质总硬度≤550mg/L（以CaCO3计）的情况下，采用物理水处理法在运行上有较好的经济性。

（二）动力厂5#汽轮机循环水水质控制

1.水质调查表：

2.循环水、补充水水质分析数据：

从目前水质分析数据可以看出，循环水中铁离子含量较高，存在腐蚀问题，与客户沟通中了解到，目前客户使用的是超磁除垢设备，但是除垢效果不理想。从目前的排污补水也可以看出，补水量很大，对水资源也是一种浪费，目前浓缩倍数为 1.0～1.5 倍，建议采用缓蚀阻垢剂进行处理，将浓缩倍数提高到3倍，视后期系统运行工况浓缩倍数可以逐步控制到 3-4 倍。

3.水处理药剂简介

YC-181 缓蚀阻垢剂已分别取得中国电力系统及中国石油化工集团公司的进网许可证，该药剂可以在中国电力系统及中国石油化工集团公司系统内销售使用。YC-181 缓蚀阻垢剂由性能独到的阻垢剂、分散剂及缓蚀剂组成的全有机高效缓蚀阻垢剂，专门用于连续运转的循环冷却水系统的防垢和防腐处理，不含重

金属，对环境友好，具有适用水质范围广、使用管理方便、无毒等特点。该产品兼顾了阻垢处理中的阻垢及分散作用，高效的分散剂能够很好地把循环水系统中的结垢微粒分散，使其稳定在水中，达到良好的阻垢效果。而缓蚀的主要机理是通过药剂的作用，在系统金属表面形成一层致密的保护膜，隔断水中各种有害离子对碳钢、不锈钢及铜合金等金属的腐蚀，从而达到缓蚀阻垢的目的。

4.循环水加药方案

科学合理有效的水处理方案是保证循环冷却水系统良好地抑制腐蚀、结垢及微生物滋生等问提地前提，以下就系统的加药处理进行阐述。

（1）补水量计算：

循环水系统设计将浓缩倍数提高到3倍，则需从新计算每小时补水量，依据以下公式进行计算：

补充水量的计算方法：M=E×N÷（N-1）

E=（0.1+0.002×T）×Δt%×Q

其中： M为补充水量，E为蒸发损失量

N为浓缩倍数，按3倍计算

T为环境温度，一般按25℃计算

Δt为进出口温差，按 6℃计算

Q为循环水量，循环水量7200m³/h

经过计算得出：E=64.8 M=97.2t/h

（2）缓蚀阻垢剂的投加：

缓蚀阻垢剂投加之前，需要贵司对目前循环水系统结垢和腐蚀产物进行清洗处理，只有当设备处于一个良好状态工况下，投加缓蚀阻垢剂才能起到良好的防护作用，达到事半功倍的效果。

a、初始加药：为了让药剂即刻发挥其最佳效果，我们按系统保有水量3000m3，一次性投加足量的缓蚀阻垢剂（以0.05kg/t 投加），一次性投加 150kg 药剂。

b、正常加药期间，采用电磁隔膜计量泵进行加药，根据补水量进行加药，每补1吨水初步设计投加 50ppm 的YC181缓蚀阻垢剂，药剂投加在补水管道出口或者循环水泵入口位置，方便药剂自行冲散混合均匀;按系统设计参数，浓缩3倍计算得出每小时补水量为97.2t/h，每年运行330天，YC181药剂价格为14元/kg，则每年YC181缓蚀阻垢剂加药费用为：97.2t/h×24h×330 天×0.05kg/t×14元/kg=538874元/年；控制3倍浓缩运行后，每年还可以节约用水18万吨，节约水费50万左右。

c、投加缓蚀阻垢剂后，开始实时测试循环水系统水质。首次投加完成后4小时开始取系统水化验相应的监控指标，待到系统达到控制的浓缩倍数并稳定后，可根据现场的实际情况适当减少化验次数。根据化验指标内容，可以对日常的加药量进行适当调整，使加药量在合理的范围。同时需要根据化验指标内容，及时控制系统的排污及补水的平衡。

（3）杀菌灭藻剂和粘泥剥离剂投加：

杀菌灭藻药剂采用氧化型YC160杀菌灭藻剂和非氧化型杀菌灭藻剂YC161两种杀菌剂交替投加，避免产生耐药性。初步设计吨水加药量为150g/t，粘泥剥离剂采用 YC162，投加量为 200g/t。

a、菌藻会随季节不同而有不同的生长规律，一般夏秋季节生长茂盛，冬春季节生长缓慢，所以杀菌灭藻处理时视季节及生长情况进行处理，冬春季节每月投加2次，夏秋季节生每个月投加4次（或视菌藻滋生情况增减次数）。

b、为了不让系统的菌藻产生耐药性，杀菌灭藻药剂采用 YC-160/161交替使用。

c、进行杀菌灭藻处理时，预先把循环系统里的水降至低水位，然后加入合适浓度的杀菌灭藻药剂，待系统循环24~48小时后，一边加大补水一边加大排污，使系统里的水置换掉约三份之一后，慢慢恢复到正常控制水平。置换掉三份之一系统水的目的是把杀死的菌藻尸体排出系统。

d、杀菌灭藻剂年加药量核算（初步核算）：每年杀菌灭藻剂投加总次数为36次，YC160和YC161各投加18次，YC160价格为16元/kg，YC161价格为14元/kg，YC162 粘泥剥离剂价格42元/kg；杀菌灭藻剂根据系统保有水量投加，按 3000m3计算，则每年杀菌灭藻剂消耗费用为： 3000×0.15kg/t×18×16 元/kg=12.96万元/年；3000×0.15kg/t×18×14元/kg=11.34万元/年。

e、粘泥剥离剂费用核算：粘泥剥离剂一般为每季度投加一次，一年投加四次，也可以根据现场具体情况适当增减次数，3000×0.20kg/t×4×42元/kg=10.08万元/年。

六、结论

对于背压机组和抽背机组，循环水水主要为冷油器、空冷器及汽封冷却器提供冷却水，水量较小(一般在1000m3/h以内)，提高浓缩倍数的节水效果不明显（且排污水能够被全部回用），应根据物理水处理法适用的循环水硬度确定浓缩倍数，采用物理水处理法进行水质控制，强调供水水质的安全性。

对于抽凝机组或背压机组和抽凝机组的组合机组，水量较大，应根据补充水水质和药剂适用水质确定浓缩倍数。如果补充水硬度高，浓缩倍数低于3，应采用外部水处理方法，降低补充水硬度。对于硬度在100～200mg/L补充水，控制浓缩倍数在1~3，并设计带PLC控制器的一体化加药装置，监测循环水中的PH值、电导率和补充水量，实现自动排污、自动加药，减少排污量和药剂消耗量，同时可以在补充水水质发生变化或冷却塔周围空气成分变化时自动调节定排时间和加药量。

参考文献

[1]《火力发电厂循环水处理》--中国电力出版社。

[2]《工业循环冷却水处理设计规范》。

[3]《2023全国民用建筑工程设计技术措施》--中国建筑标准设计研究院出版。

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