火电厂循环冷却水全自动化处理方案

张志国，兰梦

（中电投河南电力有限公司技术信息中心，郑州 450001）

火电厂循环冷却水全自动化处理方案

张志国，兰梦

（中电投河南电力有限公司技术信息中心，郑州 450001）

针对火力发电厂常规循环冷却水处理工艺存在的加药精确度差、水质分析及监测不及时、浓缩倍率不稳定等问题，提出了循环冷却水全自动化处理方案：自动投加阻垢缓蚀剂和杀菌剂，自动控制冷却水排污，在线监测pH值、金属腐蚀速率、浊度、污垢热阻、污垢沉积速率、补水量及加药量，出现问题前、后能及时做出预判和处理。实现循环冷却水全自动化处理后，可提高循环冷却水系统运行的安全性，节约水资源，降低运行成本，提高运行管理效率。

循环冷却水；自动化控制；浓缩倍数；污垢热阻

0 引言

火力发电厂是用水大户，随着节水及环保要求的不断提高，减少工业外排水量已是必然趋势。循环冷却水占整个电厂用水的比例达80%以上，循环冷却水排污水在电厂外排水中占有较高的比例，因此，做好循环冷却水处理将成为整个企业节水、排水的重点课题。

在火电厂敞开式循环冷却水系统中，冷却水通过冷却塔时不断被蒸发，水中盐的质量浓度也不断增加。为维持各种矿物质和离子的质量浓度稳定在某一个范围，必须对循环水系统补充一定量的新鲜水，并排出一定量的浓缩水。为了减少外排水，提高浓缩倍率成为一种重要的节水手段。随着浓缩倍率的提高，水中杂质的浓缩程度也越来越高，一些溶解度不高的盐类将会析出；其他盐类如氯化物、硫酸盐等的质量浓度也会增加，加速系统中的金属腐蚀；循环冷却水中微生物的大量繁殖将在换热面产生生物沉积物，导致换热器管道堵塞和垢下腐蚀，威胁电厂的安全生产，甚至造成经济损失：因此，对循环冷却水处理技术提出了更高的要求。

1 常规循环冷却水处理技术

循环冷却水处理的目的是最大限度地防止和减缓冷却水系统的腐蚀、结垢和微生物生长等。常规的循环冷却水处理方式是循环水处理工艺与排污相结合，循环冷却水处理工艺为加硫酸、阻垢缓蚀剂和杀菌剂。

循环冷却水加硫酸一般采用连续投加方式，加酸点无严格限制，可加在循环冷却水补水中，也可加在循环冷却水泵的入口管道中［1］，目的是将水中的碳酸盐硬度转变为非碳酸盐硬度，防止生成碳酸钙水垢。

循环冷却水中加入杀菌剂，能够杀死微生物或抑制微生物的生长和繁殖，一般采用连续投加氧化性杀菌剂和冲击式投加非氧化性杀菌剂两种方式。常用的氧化性杀菌剂有氯气、次氯酸钠、三氯异氰脲酸和二氧化氯等；常用的非氧化性杀菌剂有季铵盐、酚类、戊二醛和异噻唑啉酮衍生物等。

循环冷却水加阻垢缓蚀剂一般为连续投加方式，阻垢机理一般有螯合增溶、晶格畸变、分散、溶限效应，缓蚀机理为形成钝化膜、沉积膜或吸附膜。缓蚀阻垢剂有效成分多为磷（膦）酸盐（聚磷酸盐、正磷酸盐、有机磷酸盐）和各种低分子聚合物。

排污是循环冷却水处理过程中关键控制环节之一，它能平衡循环冷却水质，避免发生结垢或腐蚀。

在循环冷却水处理过程中，通常讲“三分药剂，七分管理”，化学药剂虽然起到了非常关键的作用，但在日常的监督和运行控制中，不可能完全依赖药剂的效果。能否取得好的循环冷却水处理效果，还是靠现场的过程管理和监督管理，如果管理跟不上，使用再好的水处理药剂也不会取得好的水处理效果。管理到位主要体现在：药剂按照要求（数量、频率）进行投加；水质分析及监测及时，调整到位；出现问题前、后能够及时做出预判和处理等。

目前国内循环冷却水处理主要存在如下几个问题。

（1）药剂大都采用人工配制、投加的方式，存在滞后及加药误差。

（2）循环冷却水项目监测大都采用人工化验方式，存在分析数据延后的情况。

（3）循环冷却水处理效果评价依靠停机检查；凝汽器腐蚀评定通过定期挂片监测，无法实时监测腐蚀程度。

（4）循环冷却水排污依靠人工控制，不易精细管理，导致浓缩倍率不稳定。

随着水资源的日益匮乏，越来越多的电厂将中水作为循环冷却水补充水。中水水质差且不稳定，富营养化严重，导致循环冷却水处理在腐蚀监测、药剂质量浓度监测及浓缩倍率计算等方面产生了新的问题。

面对以上问题，有必要在数据处理、现场监测、在线分析、排污控制等方面进行自动控制，尤其是循环冷却水水质指标与腐蚀、结垢状况建立内在关系的闭环控制自动加药系统［2］，可以实现精确、快速的管理与控制，弥补人工管理的不足，提高运行管理效率。实现循环冷却水处理过程的全自动化与精细化管理，将会对系统防垢、防腐起到积极作用，保障循环水系统的安全运行。

2 循环冷却水自动化处理方案

循环冷却水自动化处理原理为：根据在线监测的循环冷却水电导率、补充水电导率自动计算浓缩倍率，根据浓缩倍率控制排污电动阀自动排污，使浓缩倍率稳定在控制范围内；通过流量计在线监测补充水量，控制磷系阻垢缓蚀剂计量泵；通过荧光示踪技术在线监测循环冷却水中药剂的质量浓度，从而控制无磷阻垢缓蚀剂计量泵；通过在线监测循环冷却水中的氧化还原电位（ORP）来控制氧化性杀菌剂（如二氧化氯）输送泵，保持循环冷却水中游离余氯的质量浓度；通过在线监测污垢热阻、污垢沉积速率、碳钢腐蚀速率、不锈钢腐蚀速率、循环冷却水浊度、循环冷却水温度等参数，达到全面了解系统运行状况的目的。循环冷却水自动化处理方案为：选择合适的控制器，通过可编程的系统操作软件来设置工艺流程画面，显示各种采集参数，实现循环冷却水处理的自动控制。

2.1 自动投加阻垢缓蚀剂

设置两种自动投加阻垢缓蚀剂模式：一种模式是以循环水补水量来控制磷系阻垢缓蚀剂的投加；另一种模式为使用荧光示踪技术实现无磷阻垢缓蚀剂的投加。

（1）在各循环冷却水系统的补水管道上加装流量计，设定好小时补水量（经验值）及对应的加药量，以1 h为1个加药计算周期，当实际补水量累积到该值时启动计量泵，达到对应的加药量后计量泵停止。

（2）考虑今后将中水作为循环冷却水补充水，为消除中水中含磷量的影响，使用荧光示踪技术测量无磷阻垢缓蚀剂的质量浓度，以实现自动投加。

2.2 自动投加杀菌剂

（1）为保证循环水处理的杀菌效果，在线监测ORP值。特别是针对中水回用水质，通过设定ORP上、下限值，自动控制氧化杀菌剂泵连续投加，对循环冷却水进行微生物控制。

（2）为了达到更好的微生物控制效果，循环冷却水系统也需要定期投加非氧化型杀菌剂，可通过程序实现定时自动冲击式投加非氧化型杀菌剂。

2.3 自动控制循环冷却水排污

通过在线测量循环冷却水和补充水的电导率，自动计算循环冷却水浓缩倍率，根据浓缩倍率自动控制循环冷却水排污，实现连续排污，解决浓缩倍率不稳定的问题，同时达到节水的目的。

2.4 在线监测pH值自动加酸

在线监测pH值，控制加酸泵的启停，实现自动加酸。运行一段时间后，pH设定值可参照碳钢腐蚀速率、污垢热阻、浓缩倍率等参数进行调整。

2.5 在线监测金属腐蚀速率

通过监测碳钢、不锈钢腐蚀速率，实时查看系统金属材质的腐蚀情况，根据腐蚀情况调整处理措施，避免系统腐蚀超标，同时可为及时调整加药方案及浓缩倍率提供参考依据。

2.6 在线监测浊度

浊度是循环水水质控制的重要指标之一，当水的浊度高达一定程度时，悬浮物会因为流速降低而在换热器的表面沉积，引起结垢。通过浊度仪实时在线监测冷却水系统浊度，以便及时采取对策。

2.7 在线监测污垢热阻、污垢沉积速率

污垢热阻与污垢沉积速率在线监测非常重要，是及早发现结垢和污垢沉积的有效手段，是保证凝汽器换热效率的前提条件。通过模拟换热器监测的进口温度、出口温度和蒸汽温度来计算污垢热阻和污垢沉积速率，可以及早发现问题并解决。

2.8 在线监测实际补水量、加药量

将原有的补水流量计测量值通过仪表远传，在加药泵出口设计加药流量计，将加药实际测量值远传，能够精确掌握系统补水量和加药量。

3 循环冷却水自动化处理效果分析

实现循环冷却水的全自动化处理后，可提高循环冷却水系统运行的安全性，避免结垢、腐蚀、微生物超标，保持换热效率；可以节约水资源，减少循环水排污量，节省化学品消耗量，降低运行成本；可以提高运行管理效率，降低人员劳动强度，节省人工成本，实现循环冷却水处理过程的精细化管理。实现循环冷却水自动化处理后，将会使循环冷却水的化学处理提高到新的水平，满足不断提高的节能、环保和安全运行要求。

［1］李培元.火力发电厂水处理及水质控制［M］.2版.北京：中国电力出版社，2008.

［2］罗奖合，李营根，郭怀保.我国火电厂循环冷却水处理技术的发展［J］.热力发电，2003，32（8）：9－11.

（本文责编：刘芳）

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1674－1951（2016）02－0063－02

张志国（1982—），男，山东郓城人，工程师，从事电厂化学技术管理工作（E-mail：zzg6565686＠sina.com）。

2015－11－10；

2016－01－10