于萍1 羅運柏1 許光輝2
（1 武漢大學化學與環境工程系 湖北武漢 430072；2 河南省駐馬店地區古城發電廠河南確山 463200）

　　摘 要：本文從調節循環冷卻水的水化學工況入手，防止以弱酸處理水作為循環冷卻水補充水系統的結垢與腐蝕。實驗室及現場運行試驗結果表明，該方法行之有效。
　　關鍵詞：弱酸處理； 循環冷卻水；防垢

　　河南省駐馬店地區古城發電廠3#機裝機容量為50MW，采用一機一塔。冷卻水源取自深井地下水，含鹽量較大，含有0.27mmol／L的負硬，經過處理后幾乎除去了所有硬度。當地水資源較為短缺，故設計時采用弱酸床處理循環冷卻水。該系統設有5臺DN2800氫離子交換器，每臺出力為154t/h。經過處理的水由水箱自流到吸水井，作為50MW×2機組的補充水水源。1999年6－8月期間，硬度及減度較大，最高達10mmol／L。同年9月份，硬度及堿度下降，在冷卻塔填料上發現沉積物，并且凝汽器真空度下降，影響生產的正常運行。
　　為解決凝汽器銅管內及冷卻塔填料上的結垢問題，我們通過試驗室靜態、動態腐蝕實驗，最后經過現場調試，對該系統進行了綜合評定。確定了當循環冷卻水采用弱酸床處理時，在不添加任何藥劑的情況下，保證古城發電廠循環冷卻水系統不發生結垢與腐蝕的最佳運行工藝參數。

1 實驗室模擬試驗

1.1 生水及弱酸床出水水質
　　古城發電廠循環冷卻水生水和弱酸床出水水質如表1所示。
　　由表1可見，古城發電廠循環冷卻水生水水質是堿度大于硬度（即4.4＞1.75），屬于堿性水。而堿度高的水在運行條件下易于結垢。
　　在水質分析結果可以看出，古城發電廠循環冷卻水的補充水經弱酸床處理后屬于極低硬度水，結垢可能性較小。在循環冷卻水系統防垢時，可考慮采用不加藥而僅僅調節水化學工況的方法。

表1 生水及弱酸床出水水質分析結果 取樣地點 pH 堿度mmol/L 硬度mmol/L Cl^-mg/L Ca²⁺mg/L 弱酸床出水 6.4 1.36 0.14 5.97 3.72 生水 　 4.4 1.75 6.45 40.3

1.2 循環冷卻水系統垢樣分析
　　為了分析了解循環冷卻水系統結垢的原因，對凝汽器銅管中的垢樣進行了化學成分分析，分析結果如表2所示。

表2 凝汽器銅管中的垢樣化學成分 H₂O% 450℃灼減量，% 900℃灼減量，% SO₄^2- Fe₂O₃,% CaO,% MgO,% 酸不溶物% 0.067 3.88 38.68 0.381 2.079 36.4 11.38 2.201

　　從垢樣的分析結果可以看出，垢中有機物及鈣、鎂含量較高，有機物的消除可以采用在循環冷卻水系統中添加殺菌劑的方法；解決高的鈣、鎂離子含量問題，可以通過調整循環冷卻水的運行工藝參數，控制真不產生鈣、鎂沉積物。
1.3 實驗室靜態實驗
1.3.1 濃縮倍率測定

　　△A=[Cl^-_循/Cl^-_補]-[Ca²⁺_循/Ca²⁺_補]≤0.2

　　本實驗的濃縮倍率采用電力系統通用的經驗公式進行計算。其中，K=Cl^-循/Cl^-_補定義為濃縮倍率：
　　當△A＝0時，K值為穩定濃縮倍率；
　　△A＝0.2時，K值為最高濃縮倍率。
　　最高濃縮倍率時，相應的碳酸鹽硬度為極限碳狻鹽硬度。
1.3.2 靜態實驗
　　1）實驗方法和條件
　　試驗水樣放在恒溫水浴中，在恒溫條件下靜態濃縮，測定不同濃縮狀態時的Cl^-與Ca²⁺的濃度，計算其相應的K和△A值。
　　試驗溫度為45±1℃，試驗水樣為現場取自弱酸床處理后的循環冷卻水水樣。
　　2）試驗結果
　　靜態實驗結果如表3所示。
　　靜態實驗結果表明，古城電廠循環冷卻水的最高濃縮倍率可達10倍。這是由于經弱酸床處理后，補充水的硬度和堿度都較低的緣故。

表3 實驗室靜態實驗結果 取樣時間 Cl^-mg/L Ca²⁺ mg/L 堿度mmol/L pH K η △A 最高濃縮倍率 4.23 14.90 10.50 2.15 7.31 2.1 2.10 0.00 2.10 4.26 33.00 23.15 4.75 8.34 4.65 4.63 0.02 4.65 4.28 78.95 54.20 10.73 8.98 10.68 10.86 0.20 10.68

　　為了使上述實驗結果用于生產實際，充分考慮各種因素對循環冷卻水水質的影響，我們進行了實驗室動態試驗，以提出滿足現場運行的工藝參數。
1.4 實驗室動態試驗
1.4.1 實驗室動態試驗裝置
1.4.2 試驗方法與條件
　　試驗水樣放人恒溫熱水箱，利用加熱器作為熱源，采用控溫器控溫其溫度。用水泵打循環，使之在裝有小球作為填料的實驗室冷卻塔模擬裝置上噴淋、蒸發并濃縮。不斷加入補充水，使循環水量維持一定范圍，測定其不同濃縮狀態時的K、η、△A值。實驗中為了考慮凝汽器銅管的耐蝕性，我們在系統中加有銅管，利用銅管監測循環冷卻水系統的運行情況，使之較為理想地反應現場運行狀態。

　　試驗溫度為 45±1℃；循環水流量為 50L／min；試驗體系中維持總水量為40－50L。
1.4.3 試驗結果
　　試驗結果如表4所示。
　　實驗室動態試驗結果表明，當循環冷卻水系統處于流動狀態時，循環冷卻水的最高濃縮倍率與靜態相比略有下降。這種變化趨勢說明，在電廠循環冷卻水實際運行的，真最高濃縮倍率要低于8.38，具體控制值由現場實驗確定。
1.5 實驗室緩蝕試驗
1.5.1 試驗方法與條件

表4 實驗室動態實驗結果 取樣時間 Cl^-(mg/L) Ca²⁺(mg/L) JD(堿度mmol/L) pH K η △A 最高濃縮倍率 5.8 8.73 6.15 1.62 7.80 1.23 1.23 0.00 1.23 5.11 14.76 10.4 2.74 8.43 2.08 2.08 0.00 2.08 5.14 22.99 16.2 4.28 8.51 3.24 3.24 0.00 3.24 5.17 32.50 22.90 6.02 8.73 4.58 4.57 0.01 4.58 5.20 40.75 28.6 7.56 8.89 5.74 5.72 0.02 5.74 5.23 53.44 37.2 9.86 9.13 7.53 7.44 0.09 7.53 5.24 59.47 40.9 10.81 9.21 8.38 8.48 0.20 8.38

　　銅管管段用益相砂紙打磨光亮后用無水酒精清洗，烘干稱重，用尼龍繩掛于濃縮至一定倍率的試驗水樣中，恒溫放置。一段時間后取出，先用水和無水酒精浸洗，烘干后用萬分之一的天平稱量真重量變化。
　　試驗溫度為 45±℃；試驗材質為HSn-70-1A。
1.5.2 腐蝕試驗結果
　　試驗結果如表5所示。

表5 實驗室腐蝕試驗結果 濃縮倍率 表面狀態 腐蝕速度（mm/a) 0 全部表面發黑 0.0231 1 有40%的表面變暗 0.0103 5 表面有極少量暗點 0.0052 7 表面有少量暗點 0.0053 9 有10%左右的表面變暗 0.0095

　　從腐蝕試驗結果可以看出，在任何濃縮倍率的循環冷卻水中，凝汽器銅管都可發生腐蝕。為防止凝汽器銅管的腐蝕，建議對該系統采用硫酸亞鐵預膜工藝，或投加銅管緩蝕劑的方法。

2 現場調整試驗

　　為監測3#機循環冷卻水實際運行工況，在現場利剛、型試驗裝置模擬循環冷卻水實際運行工況，使小型試驗裝置中冷卻水的水質變化超前于實際循環冷卻水運行的水質變化，達到指導、監測3#機循環冷卻水的目的。
2.1 循環冷卻水運行指標監測
　　循環冷卻水運行中的水質分析結果如表6所示，取樣地點為凝汽器出口。
　　由表6可見，循環冷卻水凝汽器出口處水質較為穩定，表明古城發電廠循環冷卻水系統處于穩定的運行狀態，在此其間對該系統進行調整試驗，真實驗結果能反應電廠循環冷卻水實際運行情況。并且，在7月24日早上、中午及下午分別對該循環水系統的水質進行分析。結果表明：該系統在一天的實際運行中，循環冷卻水的水質基本保持穩定。

表6 循環冷卻水運行指標監測 取樣時間 pH 堿度mmol/L 硬度mmol/L Cl^-mg/L Ca²⁺mg/L 7.21.8：30 8.90 3.99 0.77 19.6 20.0 7.22.8:30 8.89 2.50 0.75 23.2 21.7 7.23.8:30 8.83 5.05 0.75 21.2 22.5 7.24.8:30 8.70 4.8 0.75 21.2 22.5 7.24.11:30 8.76 5.0 0.77 21.2 20.9 7.24.11:30 8.83 4.9 0.73 21.2 20.9 7.25.8:30 8.76 4.9 0.73 21.8 20.9 7:26.8:30 8.81 5.3 0.79 22.5 22.5

2.2 現場小型動態試驗結果與分析
　　現場小型動態試驗裝置的運行結果如表7所示。

表7 現場小型試驗結果 取樣時間 pH 堿度（mmol/L) 硬度（mmol/L) Cl^-(mg/L) Ca²⁺(mg/L) 7.24.17:00 8.83 4.9 0.73 21.2 20.9 7.25.8:00 8.75 5.5 0.83 22.2 24.0 7.25.11:25 8.73 6.0 0.87 26.6 25.6 7.25.17:00 8.80 6.6 1.00 29.4 29.5 7.26.8:00 8.74 6.6 0.99 29.4 28.7 7.26.10:00 8.75 6.9 0.99 31.4 29.5 7.26.11:30 8.76 7.3 1.03 32.1 29.5

　　從上述現場小型試驗結果可知，保證該系統不結垢的最大濃縮倍率為5.0。濃縮倍率太小，排污量及補充水量會過大，不利于節水；而濃縮倍率太高，又會造成循環水系統結垢。該系統的極限碳酸鹽硬度為1.0mmol／L。為保證古城發電廠循環冷卻水系統不出現結垢現象，真實際運行硬度應控制小于1.0mmol／L。運行的控制的最大確度為7.0mmol／L。如果堿度過高，易產生碳酸鈣沉淀。同時，控制堿度也能有效地控制系統的結垢問題。

3 結論

　　古城發電廠循環冷卻水調整試驗對該廠循環冷卻水的經濟運行是非常必要的。通過調整試驗可以確定該系統的最佳運行工況，達到節約用水的目的。通過一系列的實驗室及現場試驗得出如下結論。
　　1）目前該廠循環冷卻水系統運行時濃縮倍率控制在小于3.5，而通過實驗室試驗及現場調整試驗結果可知：在濃縮倍率為≤5.0時可以保證該循環冷卻水系統不發生結垢現象。因此，古城電廠可適當提高循環冷卻水系統運行的濃縮倍率。這樣，不但可以減少補充水量，而且還減少了弱酸樹脂再生次數，節約弱酸樹脂再生所需要的酸量，具有較高的經濟效益。
　　2）由實驗室腐蝕實驗可知，在任何濃縮倍率下，凝汽器銅管都存在腐蝕現象。為了保障電廠凝汽器的安全運行，建議采用硫酸亞鐵預膜工藝或投加銅緩蝕劑。
　　3）根據實驗室小型試驗及現場調試結果，可以得出如下現場運行控制標準：pH＜9；Cl^-＜30.0mg/L;Ca²⁺＜30.0mg/L;堿度＜7.0nmmol/L；硬度＜1.00mmol/L