复合型阻垢剂在电厂循环冷却水中的应用

陈燕

摘 要：火力发电厂中的生产用水，80%以上的都是循环冷却水。在循环冷却水系统中，由于溶解盐类的浓缩，补充水和循环水中存在的溶解氧、悬浮物、孢子和细菌，造成循环水水质恶化，导致腐蚀、结垢，菌藻以及微生物粘泥等，形成污垢沉积。污垢包括水垢，又称硬垢和软垢，硬垢是由水中的微溶性盐类沉积在换热器面上而形成的垢层；软垢是由泥沙、悬浮物、微生物及孢子和腐蚀产物构成。

关键词：发电厂；循环冷却水；复合型阻垢剂

1 前言

重庆中梁山发电厂装机容量为2×6000kw，循环冷却水量在2000-3500吨/时，补充水量100吨/时，系统蓄水量为1000m3。循环水冷却系统采用敞开式系统，引用矿井水作为补充水，此矿井水为高硬度、高碱度、高悬浮物水质。这种水质若不处理，循环水系统极易结垢，而所结的污垢容易沉积在传热面上，影响传热的正常进行，使换热器的工作效率下降，甚至堵塞换热管，减少冷却水流量。此外，沉积物和微生物的生成，会导致污垢覆盖的缺氧区和没有污垢的富氧区构成腐蚀原电池而产生垢下腐蚀，从而使金属的腐蚀速度加快。综上所述都是造成发电厂循环冷却水系统中冷凝器结垢原因。冷凝器结垢后，汽机真空度在2-3个月时间内由-0.090MPa（刚清洗后）降到-0.078MPa，严重影响正常生产。

2 水质分析

2.1 分别对中梁山发电厂补充水和循环冷却水取样分析，其结果见表1

表1

文章中所有的Ca2+、Mg2+、总硬度、总碱度均以CaCO3计。

2.2 系统运行参数：

循环冷却水量： 3000--3500m3/h

系统蓄水量： 1000m3

冷却水进水温度：18℃--33℃

冷却水出水温度： 28℃--43℃

进出水温差： 10℃

补充水量： 100--120m3/h

浓缩倍数： 1.6--2.0

系统设备材质： 碳钢、黄铜

2.3 水垢的形成及结垢趋势

2.3.1 水中溶解物质的结垢

补充水中存在着Ca2+、Mg2+、HCO3-、OH-、CI-等离子，当它们的浓度达到一定量时就会生成一些难容或微容于水的物质结晶析出，即成水垢。80%以上是碳酸盐水垢，其反应一般分为：

第一种：重碳酸盐在水中与CO2存在下述平衡反应

Ca2++2HCO3→CaCO3↓+CO2↑+H2O

因循环水的不断浓缩，水中Ca2+和HCO3浓度增加，CaCO3↓浓度达到饱和而析出。

第二种：重碳酸盐在碱性条件下会发生如下反应形成水垢：

Ca（HCO3）2+2OH-→CaCO3↓+2H2O+CO32-

第三种：与水中氯化钙置换反应形成水垢：

CaCl2+CO32-→CaCO3↓+2Cl-

2.3.2 循环水结垢趋势

由Ryznar（雷兹纳）指数来判断循环水系统水质结垢趋势

表2 稳定指数（IR）与水的特性关系

IR=2PHs-PH PHs=（9.3+Ns+Nt）-（NCa+NJD）

式中：

Ns--溶解固体常数，0.19；

Nt--温度常数，1.8；

NCa--钙碱度常数，1.8；

NJD--总碱度常数，2.7；

由此计算出IR=4.36，属于严重结垢水质。

3 水垢的控制

根据中梁山发电厂补充水水质特征：为高碱度、高硬度、高浊度水，可选用由维邦公司新研制的WB--711高效阻垢缓蚀剂，它是由多种有机膦羧酸盐、有机膦酸盐、有机膦磺酸盐、聚羧酸盐、聚马来酸多元共聚物、天然分散剂、高效缓蚀剂等复合而成。

3.1 阻垢原理

3.1.1 螯合增溶作用

阻垢剂能与水中的Ca2+、Mg2+等阳离子形成稳定的可溶性螯合物，从而提高了冷却水中Ca2+、Mg2+离子的允许浓度，如聚羧酸盐和聚马来酸多元共聚物。见图1：

3.1.2 晶格畸变作用

有机磷酸盐对CaCO3垢层起抑制作用，主要是对CaCO3垢层晶格生长

起着干扰作用，使CaCO3垢层晶格发生很大的畸变，可使CaCO3垢层转变为一定程度的容易被水冲走的软垢。见图2：

3.1.3 凝聚与分散作用

聚羧酸盐类聚合物在水溶液中溶解生成的阴离子在CaCO3微晶体碰撞时，会发生物理化学吸附现象，在生长晶核附近的扩散边界层内聚集，形成双电层并阻碍形成垢离子或分子在金属表面聚集，阻碍CaCO3晶粒与金属表面碰撞，从而减少溶液中晶粒数，进而将CaCO3稳定在水中。

3.2 缓蚀机理

WB-711阻垢缓蚀剂中属于阴极型缓蚀剂，它的缓蚀作用是通过有机化合物对金属表面的化学吸附而形成的保护膜来完成。这种吸附膜能阻碍氧的扩散或提高氧或H+还原反应的过电位，使腐蚀速度大大降低。

3.3 循环水PH值的控制

循环水中PH值在7-9.5时，水中主要存在HCO3+离子。碱度高，PH值就越大，特别是当碱度大于硬度（即出现负硬度）时，会形成重碳酸盐，达到一定浓度后就会形成CaCO3水垢。因而控制循环水PH值在一定范围内，可以稳定水中结垢离子的平衡关系。

在循环水中加入碱度调节剂（主要成分为硫酸），可以中和水中的部分碳酸盐。其反应式：

Ca（HCO3）2+H2SO4→CaSO4+2CO2+2H2O

Mg（HCO3）2+H2SO4→MgSO4+2CO2+2H2O

加酸后，把碳酸盐硬度转化成非碳酸盐硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 静态阻垢、腐蚀试验

4.1 静态阻垢试验

4.1.1 试验条件

Ca2+：360mg/L； 碱度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 温度：80±1℃； 时间：10h

4.1.2 试验结果

表3 静态阻垢试验结果

当WB-711T投加浓度为15-25mg/L时，阻垢率可达95%以上。

4.2 旋转挂片腐蚀试验

4.2.1 试验条件

Ca2+：360mg/L； 碱度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 温度：80±1℃； 时间：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 试验结果

表4 旋转挂片腐蚀试验结果

试验结果表明，WB-711T对碳钢、铜有良好的缓蚀效果，其腐蚀率优于《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-95）。

5 现场应用

2013年3月，我厂开始循环冷却水系统投加WB-711T阻垢缓蚀剂和碱度调节剂，投加前，汽机真空度为-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用连续加药方式。将阻垢缓蚀剂和碱度调节剂配成一定浓度的溶液，用计量泵连续加入储水池中，采用分析水中总碱度和PH值来调节加药量。

5.2 日常运行监控

循环水日常运行控制指标：总磷2.5mg/L、PH值8-9.1、碱度<11.5mmol/L，浓缩倍数<1.8、总硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通过三个月的试用，经循环水水质监控分析，得出平均阻垢率可达到95.2%。见表5

表5 循环水、补充水水质分析数据

5.4 腐蚀监测

在蓄水槽内悬挂铜、碳钢标准挂片，40天后测点腐蚀率。

挂片腐蚀测试数据 单位：g

挂片表面积30cm2，碳钢挂片密度7.80g/cm2，铜材密度8.52g/cm2，其平均腐蚀率分别为：碳钢0.1211mm/a；铜材0.0224mm/a。达到《工业循环冷却水处理设计规范》。

6 结束语

发电厂试用WB-711T阻垢剂一年多时间，循环冷却水系统，基本上没有新增硬垢，汽机真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和缓蚀效果良好，且操作简便，在同类水质的循环冷却水系统中使用有推广运用的价值。

加酸后，把碳酸盐硬度转化成非碳酸盐硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 静态阻垢、腐蚀试验

4.1 静态阻垢试验

4.1.1 试验条件

Ca2+：360mg/L； 碱度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 温度：80±1℃； 时间：10h

4.1.2 试验结果

表3 静态阻垢试验结果

当WB-711T投加浓度为15-25mg/L时，阻垢率可达95%以上。

4.2 旋转挂片腐蚀试验

4.2.1 试验条件

Ca2+：360mg/L； 碱度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 温度：80±1℃； 时间：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 试验结果

表4 旋转挂片腐蚀试验结果

试验结果表明，WB-711T对碳钢、铜有良好的缓蚀效果，其腐蚀率优于《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-95）。

5 现场应用

2013年3月，我厂开始循环冷却水系统投加WB-711T阻垢缓蚀剂和碱度调节剂，投加前，汽机真空度为-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用连续加药方式。将阻垢缓蚀剂和碱度调节剂配成一定浓度的溶液，用计量泵连续加入储水池中，采用分析水中总碱度和PH值来调节加药量。

5.2 日常运行监控

循环水日常运行控制指标：总磷2.5mg/L、PH值8-9.1、碱度<11.5mmol/L，浓缩倍数<1.8、总硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通过三个月的试用，经循环水水质监控分析，得出平均阻垢率可达到95.2%。见表5

表5 循环水、补充水水质分析数据

5.4 腐蚀监测

在蓄水槽内悬挂铜、碳钢标准挂片，40天后测点腐蚀率。

挂片腐蚀测试数据 单位：g

挂片表面积30cm2，碳钢挂片密度7.80g/cm2，铜材密度8.52g/cm2，其平均腐蚀率分别为：碳钢0.1211mm/a；铜材0.0224mm/a。达到《工业循环冷却水处理设计规范》。

6 结束语

发电厂试用WB-711T阻垢剂一年多时间，循环冷却水系统，基本上没有新增硬垢，汽机真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和缓蚀效果良好，且操作简便，在同类水质的循环冷却水系统中使用有推广运用的价值。

加酸后，把碳酸盐硬度转化成非碳酸盐硬度，生成的CaSO4、MgSO4溶解度大，不易析出。

4 静态阻垢、腐蚀试验

4.1 静态阻垢试验

4.1.1 试验条件

Ca2+：360mg/L； 碱度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 温度：80±1℃； 时间：10h

4.1.2 试验结果

表3 静态阻垢试验结果

当WB-711T投加浓度为15-25mg/L时，阻垢率可达95%以上。

4.2 旋转挂片腐蚀试验

4.2.1 试验条件

Ca2+：360mg/L； 碱度：680mg/L； Cr：300mg/L； PH：8.7-8.9； 温度：80±1℃； 时间：72h； 流速：0.4m/s

4.2.2 试验结果

表4 旋转挂片腐蚀试验结果

试验结果表明，WB-711T对碳钢、铜有良好的缓蚀效果，其腐蚀率优于《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-95）。

5 现场应用

2013年3月，我厂开始循环冷却水系统投加WB-711T阻垢缓蚀剂和碱度调节剂，投加前，汽机真空度为-0.090Pa。

5.1 投加方式

采用连续加药方式。将阻垢缓蚀剂和碱度调节剂配成一定浓度的溶液，用计量泵连续加入储水池中，采用分析水中总碱度和PH值来调节加药量。

5.2 日常运行监控

循环水日常运行控制指标：总磷2.5mg/L、PH值8-9.1、碱度<11.5mmol/L，浓缩倍数<1.8、总硬度<8mmol/L。

5.3 阻垢效率

通过三个月的试用，经循环水水质监控分析，得出平均阻垢率可达到95.2%。见表5

表5 循环水、补充水水质分析数据

5.4 腐蚀监测

在蓄水槽内悬挂铜、碳钢标准挂片，40天后测点腐蚀率。

挂片腐蚀测试数据 单位：g

挂片表面积30cm2，碳钢挂片密度7.80g/cm2，铜材密度8.52g/cm2，其平均腐蚀率分别为：碳钢0.1211mm/a；铜材0.0224mm/a。达到《工业循环冷却水处理设计规范》。

6 结束语

发电厂试用WB-711T阻垢剂一年多时间，循环冷却水系统，基本上没有新增硬垢，汽机真空平均保持在-0.086MPa，阻垢和缓蚀效果良好，且操作简便，在同类水质的循环冷却水系统中使用有推广运用的价值。