300 MW机组循环冷却水阻垢缓蚀试验研究

刘祥亮，王 宁，纪盛超，刘 洋，王 磊

（1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.沈阳远大环境工程有限公司，辽宁 沈阳 110002）3.中国能源建设集团东北电力第四工程有限公司，辽宁 辽阳 111000）

300 MW机组循环冷却水阻垢缓蚀试验研究

刘祥亮1，王 宁2，纪盛超1，刘 洋1，王 磊3

（1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.沈阳远大环境工程有限公司，辽宁 沈阳 110002）3.中国能源建设集团东北电力第四工程有限公司，辽宁 辽阳 111000）

通过对辽宁某电厂2×300 MW机组提供的循环水和3种药剂进行阻垢性能筛选试验、腐蚀控制试验及动态模拟联合加酸试验，分析造成阻垢腐蚀差异的原因，为该厂的循环水处理提供科学的建议，降低了运行中的安全隐患，节省了可观的经济成本，为行业内其他电厂提供经验参考。

循环冷却水；阻垢缓蚀；节能降耗

随着我国“一带一路”经济战略能源的不断输出，发展弱化经济增长对资源的依赖模式成为改善经济发展可持续性的必经之路。火电机组循环水系统受气温、补充水水质、排污方式和运行调整控制等多重因素影响［1－3］。运行中循环水浓缩倍率控制不当会引起耗水量大幅增加或系统的结垢腐蚀等问题，是困扰机组安全降耗运行的关键点之一［4－5］。当季节气温、水质等变化时，必须通过针对性试验研究以确定最佳循环水浓缩倍率，从而降低水资源浪费、凝汽器结垢腐蚀和微生物滋长等［6］。

辽宁某电厂2×300 MW机组的循环冷却水系统，采用自然通风冷却塔扩大单元制供水系统，补充水取自市污水处理厂再生水。凝汽器管材为TP304不锈钢，管内设计流速为2.53 m／s，循环水设计浓缩倍率为2.8～3.3。本次试验对该厂提供的3种水处理药剂进行了静态阻垢、缓蚀性能试验及动态模拟试验。

通过静态药剂筛选试验，优选出阻垢、缓蚀性能较好的水处理药剂并确定适宜的加药量；经动态模拟试验确定了适于该厂水质、材质等应用的水处理方式。由试验结果综合分析，提出循环水系统的运行监督控制指标，为行业内其他电厂提供经验借鉴。

1 循环冷却水系统概况

1.1 系统主要参数

循环冷却水系统的主要参数如表1所示（按该厂提供的水平衡计算）。

表1 循环冷却水系统主要参数

表2 中水的主要水质分析结果

1.2 补充水水质特点

该厂提供的污水处理厂中水的主要水质分析如表2所示。

由水质分析结果可看出，该厂补充水（中水）的水质特点如下：

a.JD、YD指标较高且波动大，循环水蒸发浓缩后易产生CaCO3水垢；

b.浊度及CODcr超出中水回用标准，易产生粘泥附着；

c.根据水分析数据及有关检测结果综合分析认为，该厂水处理药剂应以阻垢、分散、缓蚀为主，避免水垢及粘泥附着管壁，影响机组的安全、降耗运行。

1.3 试验用水质分析

试验用水为电厂实地取水，取样点为泵房。其水质分析结果如表3所示。

表3 试验用水相关水质概况

试验用水的JD、YD指标及浊度较高，BOD5超标。

2 循环水处理的药剂筛选试验

1号为聚磷酸盐，2号为有机膦酸，3号为聚环氧琥珀酸。分别进行了阻垢性能、加药计量及旋转挂片腐蚀速率对比试验。通过不同药剂在最佳剂量条件下的极限碳酸盐硬度和稳定的最高浓缩倍率以及对不锈钢、碳钢腐蚀状况的综合分析，筛选出适于该厂应用的水处理药剂。试验条件按照DL／T 300—2010《火电厂凝汽器管防腐防垢导则》进行，试验中以ΔA≥0.2为水质稳定性判断指标。

2.1 阻垢性能试验

仅以3种药剂加药量为20 mg／L的数据绘制出阻垢性能试验曲线，如图1所示。

图1 3种药剂阻垢性能对比

由试验曲线对比可明显看出，相同加药剂量条件下，3种药剂的阻垢性能有所差异，3号药剂稳定的浓缩倍率最高；2号药剂次之；1号药剂较差。

2.2 加药剂量试验

3种药剂不同加药量稳定的极限碳酸盐硬度（简称极限碳硬）和浓缩倍率如表4所示。

表4 不同加药剂量的阻垢性能试验结果

表4中数据表明，随加药量的增加，3种药剂稳定的极限碳硬和浓缩倍率均有提高。在试验水质条件下，1号药剂最高可稳定浓缩倍率2.72；2号药剂最高稳定2.94；3号药剂最高为3.35。若补充水JD降低，则稳定的浓缩倍率可相应提高。静态试验结果乘以0.8～0.85可作为工业应用参考。在试验水质条件下，换算工业应用值，1号宜低于2.2、2号宜低于2.4、3号宜低于2.7运行，否则易在凝汽器管内结成水垢。

2.3 腐蚀试验

采用GB／T 18175—2000《水处理剂缓蚀性能的测定》于旋转挂片仪上进行试验。按HG／T 3523—2008冷却水化学处理标准腐蚀试片技术条件的要求进行试片处理。在6组试验杯中，分别加入3种水处理药剂及试验用水，药剂浓度为20 mg／L（循环水计）。将试验杯置入旋转挂片机内恒温加热浓缩，维持液位。当浓缩倍率在2.0以上时，开始挂片计时。每种试片均悬挂2片，进行平行试验，至96 h左右结束试验。取出试片按要求进行处理、保干后称重，并计算腐蚀速率。试验结果如表5所示。

表5 腐蚀试验结果

由表5中数据可看出，3种药剂加药浓度同为20 mg／L条件下，A3碳钢的腐蚀速率1号、2号均超出国家标准要求（国家标准对碳钢换热设备的规定为≤0.075 mm／a），远高于3号参考药剂并有明显锈蚀。3种药剂在上述试验条件下，不锈钢的腐蚀速率均达国家标准（≤0.005 mm／a）要求。

2.4 水处理剂筛选试验结果综合分析

在该厂提供的水质及材质条件下，实验室循环水阻垢、缓蚀试验结果表明如下。

a.2号药剂的阻垢性能较1号好，但均不如3号药剂。当加药剂量为20 mg／L时，2号可稳定循环水浓缩倍率至2.94（换算为工业应用宜小于2.4），3号可稳定循环水浓缩倍率至3.35（工业应用宜小于2.7）。

b.药剂稳定的浓缩倍率与补充水JD指标有关，若JD指标降低则浓缩倍率可相应提高。

c.3种药剂对不锈钢的缓蚀效果较好，腐蚀速率均达国家标准要求；1号、2号药剂对碳钢的腐蚀速率均高于国家标准要求。

综合分析结果认为，在试验水质条件下，单独选用1号、2号提供的水处理剂只能稳定循环水浓缩倍率在2.0～2.4，3号药剂达2.7左右，不能满足设计要求。建议采用加药与硫酸联合处理方式，提高循环水的浓缩倍率。

3 联合处理方式提高循环水浓缩倍率试验

在试验水质条件下，鉴于单独采用3种药剂稳定的循环水浓缩倍率均较低，既不能满足设计要求，又浪费水资源且环保性较差，因此进行了与硫酸联合处理方式试验。

3.1 阻垢性能试验

加硫酸中和部分碳酸盐硬度，实现提高浓缩倍率需求。3种水处理药剂硫酸联合处理的试验结果如表6及图2所示。

试验结果表明，在相同加药及加酸量情况下，3号水处理药剂的阻垢性能最好，稳定的极限碳硬及浓缩倍率最高；2号次之；1号较差，但均可达3倍以上。同一种水处理剂，稳定的极限碳硬及浓缩倍率，随加酸量的增加而递增。循环水浓缩倍率控制在3～5较适宜。水处理剂的阻垢性能越好，稳定的极限碳硬越高，则维持相同浓缩倍率时的加酸量越少，有较好经济性。加酸量多少取决于补充水碱度，碱度高加酸量多；碱度低则加酸量可相应减少。

3.2 联合处理的腐蚀试验

联合处理方式不同药剂的腐蚀试验结果，如表7所示。

表6 不同加酸量的阻垢试验结果

图2 联合处理阻垢性能对比

腐蚀试验结果表明，1号、2号药剂加酸后，A3碳钢的腐蚀速率较高，远超出国家标准要求，试片表面锈斑较多；不锈钢的腐蚀速率均低于国家标准要求。

表7 联合处理的腐蚀试验结果

3.3 经济效益估算

试验水质条件下，不同药剂不同处理方式的经济效益估算如表8所示。

由表8经济效益估算可明显看出，随循环水浓缩倍率逐增，补充水量递减。提高浓缩倍率节水效果显著。在单纯水处理剂处理方式下，当浓缩倍率由2.18提高至2.68时，每年可节水94.2万m3，节约水处理费用188.4万元／a。采用联合处理方式，若浓缩倍率由2.18提高至3.3，每年可节水154.1万m3、节约水费308万元，去除加酸费用还节约245.2万元。若浓缩倍率提高至4.94，则每年可节水221.7万m3、节约水费443.4万元，除去加酸费用还节约376.3万元。加酸量与所选阻垢剂的阻垢性能有关，阻垢性能好，稳定的极限碳硬高，则欲达同等浓缩倍率时可减少加酸量。如3号水处理药剂循环水浓缩倍率提高至3.96时，加酸量为734.5 t／a；而1号水处理药剂浓缩倍率3.85时，加酸量为863 t／a，每年可节约130 t硫酸。2号水处理药剂浓缩倍率为4.04时，加酸量为849 t／a；1号4.07时，加酸886 t／a，计算每年可节约37 t硫酸。加酸量与补充水碱度关系密切，补充水碱度越高，加酸量越大。本试验“中水”JD为5.25 mmol／L，因此加酸量很大。若降低补充水碱度至3 mmol／L中和补充水JD至2.0 mmol／L，循环水浓缩倍率达3.0～5.0时，每年只需加酸200～300 t。

表8 经济效益估算

4 动态模拟试验

为适应该厂“中水”水质变化幅度大以及提高循环水浓缩倍率等需求，建议采用联合水处理方式，即加酸中和部分补充水碱度，使提高浓缩倍率后的循环水碳酸盐硬度仍在水处理药剂特定范围内，以确保凝汽器安全经济运行。

4.1 阻垢性能试验

采用阻垢缓蚀剂与硫酸联合处理方式，1号药剂于10月24日—11月5日进行试验，2号药剂11月7号—11月20日进行试验，加药剂量均为20 mg／L，分别加酸调补水JD至1.9 mmol／L后进行试验。试验结果如表9、图3所示。

表9 动态阻垢试验结果

4.2 动态腐蚀试验

图3 动态加酸联合处理试验曲线

当浓缩倍率约为2时，于动态模拟试验装置的腐蚀试验管内分别悬挂A3碳钢和TP304不锈钢腐蚀试片各2枚。试验结束时取出试片，按有关要求处理，称重并计算腐蚀速率。试验结果如表10所示。

表10 腐蚀试验结果

5 结论

综合该厂水质特点和提供药剂的试验结果，3号药剂阻垢性能更好，稳定的极限碳硬高。在相同倍率下，可减少加酸量；加酸量大小与补充水JD有关，补水JD越低加酸量越少。经估算加酸联合处理每年可节水154.1万m3、可节约费用370余万元。

TP304不锈钢强度高，耐腐蚀性能较好，但易产生粘泥及沉积物。应加强进水的防污、拦污及杀菌灭藻处理工作，强化胶球清洗力度，始终保持不锈钢表面的清洗度。短时停机时，循环水泵应继续运行；长期停机，凝汽器应放水并吹干；发现管内有沉积物应进行彻底清洗，并保持表面的干燥性。

［1］ 楚行军.关于循环水浓缩倍率控制方面的分析［J］.东北电力技术，2012，33（4）：12－13.

［2］ Zhang Y J，Wang D.Comparative analysis of river water quality indexes of recycled industrial circulating cooling water system［J］.Water＆Wastewater Engineering，2015，8（1）：5－6.

［3］ 梁慧军.循环水提高浓缩倍率的条件和影响因素［J］.中国给排水，2010，32（1）：37－40.

［4］ 刘政修，袁与亭.采用城市再生水作为循环冷却水补水的排污水处理工艺探讨［J］.东北电力技术，2014，35（4）：20－24.

［5］ 李树彬，孟令辉，王光春.提高循环水浓缩倍率的措施［J］.科技创新，2015，6（1）：10－12.

［6］ 李 敬，魏运刚.循环水泵的节能改造理论与应用［J］.东北电力技术，2005，26（3）：47－50.

Study on Scale and Corrosion Inhibition for Circulating Cooling Water of 300 MW Thermal Power Plant

LIU Xiang⁃liang1，WANG Ning2，JI Sheng⁃chao1，LIU Yang1，WANG Lei3
（1.Liaoning Dongke Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Shenyang Yuanda Environmental Engineering Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110002，China；3.Energy China Northeast fourth Electric Power Engineering Co.，Ltd.，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

Screening tests of scale inhibition performance，corrosion control tests and dynamic simulation experiments combined with circulating cooling water and three scale inhibitors are performed in this paper.Circulating cooling water and three scale inhibitors are provided by a 2×300 MW thermal power unit in Liaoning province.This paper analyses the cause of corrosion scale differences，it pro⁃vides scientific advice and improvements for the treatment plant.These measures can effectively reduce potential safety hazard and save significant economic costs，the purpose is to provide some references for other electric power plant.

Circulating cooling water；Scale and corrosion inhibition；Energy saving and consumption reduction

TM621.8

A

1004－7913（2016）01－0034－05

刘祥亮（1987—），男，硕士，工程师，从事电厂化学技术研究工作。

2015－10－26）