电厂循环水提高浓缩倍率优化运行试验及效益分析

电厂循环水提高浓缩倍率优化运行试验及效益分析谢凤龙;张宇;谭彦荣【摘要】针对某电厂3、4号机组循环水补充水与原设计差别大彳循环水浓缩倍率低等问题，为提高循环水浓缩倍率、节约用水，同时降低腐蚀和结垢速率，以质量比2:3对2台机组补充水采用的工业水和中水进行混合，并进行静态筛选、动态筛选等优化试验，同时通过添加硫酸和阻垢剂进行整体优化设计.采用新的补水方式后，将浓缩倍率控制在5.0~6.0(按C1-计)，循环水系统不再发生结垢现象，而且凝汽器不锈钢管的腐蚀速率远低于标准要求，经济效益显著.【期刊名称】《内蒙古电力技术》【年(卷)，期】2013(031)005【总页数】6页(P42-47)【关键词】循环水;高浓缩倍率;深度处理;节水【作者】谢凤龙;张宇;谭彦荣【作者单位】内蒙古电力科学研究院，内蒙古呼和浩特010020;国电榆次热电有限公司仙西晋中030600;呼和浩特供电局，内蒙古呼和浩特010030【正文语种】中文【中图分类】TM621.8某电厂装机为4x330MW燃煤发电机组。1、2号机组凝汽器管为黄铜管，冷油器换热管为不锈钢管；3、4号机组凝汽器管为316L不锈钢管，冷油器换热管为不锈钢管。由于1、2号机组凝汽器换热管为黄铜管，须采用含盐量较低的地下水作为主要补充水源。3、4号机组循环水补充水采用城市二级污水处理后的出水（中水）与经深度处理后的1、2号机组循环水排污水混合作为补充水源。实际运行中，循环水补水水质与原设计水质存在较大差别，中水及循环水排污水按质量比3:1进行混合；循环水浓缩倍率设计约为3倍，不满足GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》中既要提高循环水浓缩倍率、节约用水，又要降低腐蚀和结垢速率的要求［1］。由于未对补充水水源进行专门的试验以确定每台机组循环水的控制参数，不仅影响了循环水的运行控制，而且因循环水浓缩倍率较低，给全厂节能减排工作减造成了困难，因此对3、4号机组循环水补充水进行优化运行试验。2.1优化方案通过综合分析厂内水源的供水能力，确定3、4号机组循环水补水按照工业水和中水质量比2:3进行混合。优化试验通过加硫酸和阻垢剂，进行静态试验筛选最优方案和动态模拟验证试验，结合结垢、沉积情况、材质腐蚀试验和污垢热阻测量进行综合评价，找出经济性较好的浓缩倍率和加药量，作为2台机组循环水指标的控制依据［2］。2.2优化试验2.2.1静态筛选试验为了在动态模拟试验前对极限浓缩倍率进行快速、粗略的估算，进行静态筛选试验。试验采用极限碳酸盐硬度法，确定不同碱度、不同缓蚀阻垢剂条件下的极限浓缩倍率，对每种优化配方下的加药成本及节水费用进行综合比较，找到加药成本与节水的平衡点，即最经济浓缩倍率。试验装置见图1,具体试验过程如下：（1）取配制好的水样5L（水样中已加入硫酸调整碱度，以下同），加入质量浓度为5~10mg/L的缓蚀阻垢剂（以下补水均已加入相同质量浓度的缓蚀阻垢剂），置于玻璃缸中；以50-100r/min对水样进行搅拌，将水温升至40°C,并使其保持在(40±1)C;一边蒸发浓缩，一边连续补水，以保证玻璃缸内水位不变；试验中定期从玻璃缸中取样，测定碱度(包括酚酞碱度和全碱度)、钙硬度和氯离子质量浓度，并计算氯离子浓缩倍率与钙硬度浓缩倍率的差值AK,当△K20.2时，玻璃缸中水的碳酸盐硬度值即为极限碳酸盐硬度，据此可计算出极限浓缩倍率。2.2.2动态筛选试验在动态模拟试验台上对静态试验筛选出的优化配方进行动态模拟试验，试验台简要系统图见图2。模拟换热器壳体材质为不锈钢，试验管样为多流程，每根管长1000mm。对管内结垢和粘泥附着情况进行观察；换热管外采用除盐水静态加热，水温控制在55~65C。为了观察腐蚀情况，在模拟换热器的出口管路上，装入内径分别为19mm、24mm、30mm的监视管，管内循环水流速0.29~0.72m/s。具体试验过程如下：(1)按照静态试验筛选的优化配方，将试验水加入试验系统至250L处，以750L/h的流量进行循环，换热管内冷却水流速0.9m/s；(2)启动加热器，将换热器出口水温控制在36~41C，并定期补水以保持系统水容积不变；(3)当浓缩倍率达到要求后，系统开始排污；对排污进行调节，使浓缩倍率稳定在5.0~6.0，此时试验进入稳定工况，在该工况下连续运行15d以上；(4)试验中每天至少取循环水分析一次，定期监测总磷、正磷、CODCr、细菌总数等；(5)试验结束后，剖管检查换热管的结垢和粘泥附着情况，对腐蚀试片进行称重，计算腐蚀速率。3.1水质分析结果对3、4号机组循环水水质进行全面分析，分析结果如表1所示。由表1中数据可知，中水的硬度、碱度、正磷、CODCr等指标均较高，这些因素将对循环水的浓缩倍率产生较大影响，阻碍浓缩倍率的提高。3.2静态试验结果3.2.1阻垢剂加入量的确定先不对补充水的碱度进行调节，只通过加入不同质量浓度的阻垢剂进行试验，以确定加入不同质量浓度阻垢剂时极限碳酸盐硬度和浓缩倍率，为后续的优化调整提供依据，其中补充水碱度为4.40mmol/L，钙硬度为3.85mmol/L，试验结果见表2所示。通过表2可知，将阻垢剂质量浓度从5mg/L提高至10mg/L，浓缩倍率提高幅度很小，仅提高了0.58，但是加药成本增加幅度却很大，因此，后续优化试验阻垢剂的质量浓度定为5mg/L。3.2.2静态浓缩倍率试验结果对工业水与石灰处理后的中水按质量比2:3进行混合后，加硫酸调节碱度至约1.0mmol/L,加入质量浓度为5mg/L的阻垢剂，进行2周时间的浓缩倍率试验，试验结果如表3所示。试验得出的极限浓缩倍率，需乘以安全系数0.80，方可作为工业循环冷却系统的应用指标，具体如表4所示。为了选取合适的浓缩倍率，对采取不同浓缩倍率的运行成本进行比较，结果如表5所示。表5中不同浓缩倍率情况下加药费用分析结果表明，浓缩倍率越高，经济性越好。因5.85倍的浓缩倍率已经很高，且节水费用已经大于增加的加药费用，因此确定将循环水实际运行浓缩倍率控制在约5.85。3.3动态模拟试验结果经过7d的动态模拟试验，循环水极限浓缩倍率达到5.44(以Cl-浓缩倍率计)，向腐蚀监视管内挂入腐蚀指示片后，开始排污。系统进入稳定运行阶段，浓缩倍率控制在约5.5倍，共稳定运行22d，动态试验期间的水质监测情况如表6所示。3.3.1结垢及沉积试验结果动态试验开始前将6根不锈钢管，按顺序装入系统。试验结束后，对第1根和第6根管样两端剖开进行检查，结果显示管样内表面干净，没有结垢和粘泥附着现象，具体如图3、图4所示。3.3.2材质腐蚀试验结果在系统浓缩倍率达到5.5倍，进入稳定运行工况后，将腐蚀指示片挂入腐蚀监视管内。试验结束后，腐蚀指示片的原始及清洗后形貌如图5—7所示。腐蚀速率的计算结果如表7所示。试验表明不锈钢管在3种不同流速下腐蚀速率均远小于0.005mm/a，几乎不产生腐蚀；碳钢在3种不同流速下腐蚀速率也比较小(约0.001mm/a)，不需要做特别的防腐处理。3.4循环水水质控制指标的确定全碱度控制在6.2mmol/L以下，浓缩倍率5.0-6.0(以Cl-计)，Cl-质量浓度为637.9~720.0mg/1,小于316L不锈钢对Cl-质量浓度1000mg/L的使用要求［1］。(2)循环水中SO42-质量浓度为1242.4~1285.2mg/L，因此，1880~2005mg/L,符合GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》中2500mg/L的要求［1］。(3)pH值在8.65~8.85，符合GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》中pH值在6.8~9.5的要求［1］。(4)循环水的浊度在0.43~2.04FTU，远小于20FTU的标准要求［1］。3.5杀菌试验结果2011年6月13日至7月6日期间共进行24d的杀菌试验，对循环水的细菌总数进行了测定，结果如表8所示。结果表明，细菌繁殖能力较弱，远小于1.0x105个/mL的标准要求［1］，因此运行时，可以不作杀菌处理。夏季运行时，如果循环水中细菌总数增加，可适当添加杀菌剂进行杀菌灭藻处理。根据动态模拟试验结果，对实际运行控制时的运行成本进行了分析比较，结果如表9所示。从表9中数据可以看出，浓缩倍率控制在5.0倍以上时，节水费用大于增加的加药成本；浓缩倍率越高节约费用越高，达到6.0倍时，2台机组年节约费用大约为73万元。由于目前中水未进行石灰深度处理，因此加药成本较低，但实际上浓缩倍率在4.7倍左右时已产生结Ca3(PO4)2垢现象。如果要确保循环水不结垢，在中水不进行石灰处理的情况下，循环水浓缩倍率应该控制在4倍以下，如果成本核算以4倍计算，石灰处理后的运行经济性会更好，节约费用会更多［3-5］。(1)中水中含有较多的正磷，如果中水不经过石灰深度处理，循环水的浓缩倍率最高只能达到4.0左右；石灰处理对中水中的磷、钙等有很好的去除作用，特别是对于影响循环水浓缩倍率提高的正磷的去除效果更为明显，可达78%以上。为了提高循环水的浓缩倍率，必须对中水进行石灰深度处理。将中水进行石灰深度处理后，与工业水按质量比3:2的比例混合作为3、4号机组循环水的补充水，浓缩倍率可达5.0~6.0(平均5.5)。因此中水必须经过石灰混凝深度处理。不锈钢腐蚀指示片在3种不同流速下的腐蚀速率均远小于0.005mm/a，不锈钢换热管内没有明显的腐蚀锈点；碳钢腐蚀指示片在3种流速条件下的腐蚀速率大约为0.1mm/a，腐蚀速率较小，不需要做特别的防腐处理。采用新的补水方式后，循环水的细菌总数很小，一般不需要杀菌处理；夏季运行期间，如果循环水中细菌总数超标，可考虑适当添加杀菌剂进行杀菌灭藻处理。采用新的补水方式后，循环水浓缩倍率控制在5.5~6.0,3、4号机组每年可节水480~700kt,每年共可节约费用40~73万元。【相关文献】［1］ 中华人民共和国建设部.GB50050—2007工业循环冷却水处理设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2008.［2］