电厂循环水质的控制与优化

摘要：循环水作为电厂主要冷却介质，其水质的好坏对凝汽器等换热设备的结垢与腐蚀影响特别重大，通过对循环水水质的影响因素进行分析研究，通过动态模拟实验等控制措施，优化循环水质，保证了凝汽器等换热设备的安全稳定运行。

关键词：循环水 影响因素 结垢 控制优化 引言

电厂是工业用水大户。根据中电联发布的《中国电力行业年度发展报告2020年》预估，2019年火电厂取水量约61.1亿t，废水排放约2.7亿t。以开式循环冷却水为主的火电厂占全部火电厂装机容量的53.7%。火电厂的各用水系统中，循环水系统用水量最大，占全厂用水量的70%~85%。近年来，随着淡水资源的日益紧张与节约用水日益成为社会共识，提升循环水浓缩倍率、进行排污水回用成为循环水运行新趋势[1-3]。

循环水作为电厂的主要冷却介质，其水质的好坏对凝汽器等换热器的影响特别重大，如果水质控制不好则会造成凝汽器管内结垢或腐蚀，严重时还会造成管道泄漏、爆管，严重危及机组的安全生产，所以做好循环水质化验以及控制好循环水水质尤其重要。

1影响循环水水质的因素 1.1补充水水质的影响

循环水系统补充水，有地表水(受到污染或未受到污染)、地下水、二级城市中水等，水质差异较大，即使相同类型水源，因地域、时间不同其水质差别也很大。补充水水质不同，经过浓缩后循环水水质也各不相同，循环水中的悬浮物、碱度、硬度等都影响循环水的水处理效果。

水质中碱度和硬度大小，与碳酸钙水垢析出具有直接关系。一般情况下，在同一配方水处理药剂和相同使用浓度条件下，当补充水碱度、硬度不同时，达到极限碱度不同。当补充水碱度较低时，循环水碱度相应也较低，但对应的极限浓缩倍率则较高;当补充水碱度较高时，循环水中的碱度也较高，但对应的极限浓缩倍率则较低。当补充有城市中水时，有时会发生特殊的变化。

较高的补充水硬度，已经达到循环水硬度极限，但它的浓缩倍率却很低，较低的补充水硬度，则浓缩倍率可以调至高点，同时又保证循环水的硬度不超标准，这样也可以节约用水量。

1.2循环水阻垢剂的影响

循环水阻垢剂的阻垢机理是阻碍晶体生长和微晶体的分散，只有在一定剂量及一定时间内有效。此有效时间与阻垢剂的种类、初始加入量、循环水中的其它相关因素等有关。当加入0.2mg/L 阻垢剂，可使碳酸钙过饱和溶液析出结晶时间延长至5 h；而加入2 mg/L 阻垢剂，结晶析出时间可延长至 100 h。浓缩倍率升高会导致药剂消耗，缩短药龄。

各个电厂的循环水水质各不相同，所以需要根据实际情况选择合适的阻垢剂同时设计合适的加药量。以某电厂为例，该厂同时加入循环水阻垢缓蚀剂和杀菌剂，为了使阻垢缓蚀剂能够起到很好的预防循环水结垢跟换热器腐蚀结垢情况，开展了循环水动态模拟试验，根据该厂的实际情况跟要求，动态模拟参数如表1所示，根据动态模拟实验结果得到了如表2的控制指标。

表1 动态试验系统工艺参数

模拟工艺参数 参数值

循环水量/（L·h-1） 240-250

循环水系统容积/L 60

换热管内冷却水流速/（m·s-1） 1.8-2.0

蒸发损失/（L·h-1） 3.5

换热器进出口温差/℃ 9-10

换热器出口水温/℃ 41-43

冷却系统浓缩倍率 2.8

阻垢缓蚀剂加药量/（mg·L-1） 8

表2 循环水运行控制指标

控制项目 控制参数

全碱度/（mmol·L-1） ≤4

总硬度/（mmol·L-1） ≤10.6

钙硬度/（mmol·L-1） ≤4

氯离子/（mg·L-1） ≤1000

浊度/NTU ≤10

浓缩倍率 2.0-2.8

异养菌总数/(CFU·mL-1） ≤1*105

CODcr/（mg·L-1） ≤100

运用这种复合型阻垢缓蚀剂可以对循环水中的钙镁离子碳酸根离子等起到很好的阻垢作用，同时可防止循环水系统冷却设备的金属表面上形成水垢或污垢，有利于缓蚀剂到达金属表面，提高其缓蚀效果和防止垢下腐蚀。

1.3循环水杀菌剂的影响

微生物一般通过补充水或冷却空气进入循环水系统中，敞开循环水系统由于存在很多对微生物生长有利的条件，如夏天温度升高，微生物更易于繁殖，藻类增多，同时投入的阻垢缓蚀剂中的磷也会加速微生物的繁殖。

微生物代谢产物多种多样，可直接或间接造成金属腐蚀。藻类呼吸产生二氧化碳，降低循环水 pH 值；有些代谢产物会影响金属氧化还原电位，使缓蚀处理失效。由于微生物代谢作用引起氧和其他化合物的消耗，从而形成浓差电池。在氧浓差电池中，缺氧区金属表面成为阳极，发生金属溶解；有氧区金属表面成为阴极，发生氧去极化作用。氧浓差电池建立促进了金属的腐蚀。

为了控制循环水中微生物含量，通常会加入杀菌剂。杀菌灭藻剂按照作用性能可分为杀菌、灭藻作用，抑制细胞增殖作用，剥离和分散作用。一般常用杀菌剂兼有以上功能，目前电厂常用杀菌剂有:氧化性杀菌剂(如氯气、二氧化氯、次氯酸钠等)和非氧化性杀菌剂(如异噻唑啉酮、其它复合杀菌剂等)。

某电厂采用次氯酸钠间隔投加的方式，同时投加非氧化杀菌剂，可以控制异养菌总数在103CFU/mL的范围，可以有效的抑制细菌的生长跟粘泥的形成。

1.3循环水流速的影响

水垢和粘泥在凝汽器管内表面上附着速度随着水流速增大而减小。冷却水流速过低容易导致水垢和粘泥等物质在换热表面上沉积；而流速过高也容易造成对凝汽器管冲刷腐蚀。所以宜保持合适的循环水流速，一般为1.0 m/s ～1. 8 m/s。

1.4循环水水温的影响

循环水温度对水垢形成及生长速度影响较大。一般情况下，水温在50 ℃以上时，随着温度的升高，水垢的附着速度也迅速加快。水温对碳酸钙溶解度有影响，从而会影响到循环水中碱度。对同一水质补充水，当温度降低时，碱度相应会升高，极限浓缩倍率也升高;当循环水温度升高时，碱度会相应降低，极限浓缩倍率也降低。

1.5循环水排污量的影响

循环水的排污量大小跟循环水水质息息相关，若排污量小了，则会导致循环水浓缩倍率过高，一旦超标，循环水中盐含量将大大增加，系统结垢趋势也大大增强。另外，浓缩倍率太高，循环水中悬浮物浓度也会增加，大量的悬浮物极易沉积于管壁，大大降低换热效率，严重时会造成黏泥腐蚀，甚至设备穿孔导致报废。若排污量大了，则大大浪费水资源，达不到节能的目的。有时补充水盐分很高，则循环水的极限浓缩倍率就较低，导致较低的浓缩倍率需要较高的排污量。所以要根据实时循环倍率、循环水盐分含量来调整排污水量。

2结论

通过对影响循环水水质的各因素进行分析，我们合理的控制好各项影响因素，通过循环水动态模拟试验选择合适的阻垢缓蚀剂、杀菌剂，调整好加药量、排污量，控制好各项监测指标，优化了循环水水质，保证了凝汽器等换热设备的安全稳定性，同时也大大减少了循环水用量，达到节能目的。

[参考文献]

［1］李培元． 火力发电厂水处理及水质控制［J］． 中国电力，2009(3):1 －4．

［2］许臻． 稳定控制循环水浓缩倍率的方法及应用［J］． 中国电力， 2015(5):13 －16．

[3] 殷爱鸣. 中水回用于火电厂循环水系统的影响与工艺探讨［J］. 节能，2022，41（11）：94-96.