发电厂循环水系统结垢处理

李建军

(广西华磊新材料有限公司发电厂，广西 百色 531499)

1 概述

某发电厂装机为3×350 MW超临界循环流化床机组，热电部分主要为电解铝企业供电和向氧化铝企业供热，发变组出线220 kV接入百色区域电网。三台机组汽轮机型号为CC350/328-24.2/7.0/1.0/566/566型，超临界、一次中间再热、单轴、高中压合缸、双缸双排汽、两级调整抽汽、表面水冷凝汽式汽轮机，每台机配置一座双曲线高位冷却水塔，凝汽器循环冷却水水源为右江水。

右江水经预处理后作为电厂补水，先到2，3号机组，再到1号机组，补水水质中电导率为260 μS/cm，总硬度为1.33 mmol/L，总碱度为2.43 mmol/L，该水质较好，属于中等含盐量水质。为防止热力设备结垢和微生物滋生，保证机组的经济安全运行，对循环水的水质进行加药处理，采用循环水泵房前池杀菌剂间断运行、高效稳定剂连续运行的联合处理方式，以控制循环水系统运行，防止微生物菌藻类在循环水系统中滋生蔓延，同时提高循环水的极限碳酸盐硬度，防止盐类在系统内结垢，浓缩倍率(循环水中的离子浓度与补充水中离子浓度之比)控制范围在3～5倍。

在循环水加药装置中，次氯酸钠贮存罐、卸次氯酸钠泵、加杀菌剂单元布置在冷却塔旁的循环水处理间内，稳定剂装置布置在冷却塔旁室内。1号机组设置1个循环水处理车间，2，3号机组公用1个循环水处理车间。杀菌剂和稳定剂的加入点为循环水泵房前池。

三台机组分别于2017-12-27，2018-02-12，2018-02-12投产。运行中循环水监督主要控制标准如表1所示，使用某公司生产的ZC-504无磷阻垢剂(阻垢剂中磷酸盐含量小于等于2 %)，经过水质分析和试验确定了药剂的投加量为13 mg/L，循环水浓缩倍率控制在3.75倍以下。

表1 循环水控制指标

2 循环水系统结垢情况

循环水系统添加有机磷酸盐的阻垢机理：循环水中的Ca2+主要以CaCO3结晶的形式存在，CaCO3晶粒吸附有机磷酸盐的分子后，打乱了晶格的排列次序，不易形成CaCO3的大颗粒结晶。由于表面现象的影响，小晶粒的CaCO3溶解度较大，因而起到阻垢的作用。同时，由于CaCO3吸附有机磷酸盐后，CaCO3晶格内部产生较大的内应力而发生畸变，从而产生一些较大的非结晶颗粒，这些非结晶颗粒不易形成垢，不会粘附在凝汽器内不锈钢管内，而是以粘泥的形式沉淀，可以被循环水带走，沉积在塔池底部。

3台机组运行时间不长，2019年3月发现3台冷却塔立柱上粘结的藻类非常多。

2019年1月至4月，3台机组机凝汽器端差（凝汽器压力下的饱和水蒸气温度与凝汽器冷却水出口温度之差)平均端差为6.64 ℃，4.8 ℃，5.3 ℃，都比较偏高。

发现冷却塔结垢后，立即将循环水倍率控制在3倍以下运行，并对原因进行分析。2019-04-22 1号机组C修期间，对凝汽器水侧、冷却塔填料、小机冷油器冷却器(用循环水冷却)进行检查，发现结垢严重，凝汽器出水侧不锈钢管内部结垢，垢厚度达0.91 mm。1号小机润滑油冷却器出水侧、冷却塔喷嘴内部结垢严重。

3 结垢原因分析

3.1 检查设备运行情况

检查循环水加药设备系统运行状况良好，运行人员按照运行规程进行操作、加药，查阅化学专业运行报表，2019年1月至4月，1号机组循环水系统ZC-504无磷阻垢剂实际投加浓度为13～16 mg/L，符合无磷阻垢剂试验报告的要求；1月和2月循环水浓缩倍率K≥3.0倍，运行共30天，极限碳酸盐浓度ΔA＞0.2 mg/L，共42天。

循环冷却水系统采用次氯酸钠杀菌，由Cl-来测定浓缩倍率，浓缩倍率反映的数据不真实，通过对电导率等的综合分析，实际运行的浓缩倍率已超过了测量值。

3.2 核对初步设计数据

对右江水、发电厂循环水补水取样由第三方进行化验，与项目初步设计时的循环水补水全分析进行比对，如表2所示。

表2 循环水补水全分析对比

从表中看出，实际运行中循环水补水Ca2+含量是初设值的1.6倍，远远偏离设计值，循环水浓缩倍率仍然在K≥3.0倍的情况下长期运行。

3.3 核对阻垢剂质量

核查某公司提供的ZC-504无磷阻垢剂供货质量，发现其中一批次无磷阻垢剂成分分析报告显示，固含量仅为27 %，不符合DL/T 806—2013《火力发电厂循环水用阻垢缓蚀剂》中固含量大于等于32 %的要求，试验报告与电厂循环水实际运行情况存在差异。试验报告显示，发电厂循环冷却水系统浓缩倍率在3.5倍左右，投加ZC-504阻垢缓蚀剂13 mg/L进行处理，各项技术指标均达到设计要求，可满足生产需要。但是在2019年1月至2月期间，据1号机循环水水质化验数据显示，1号机循环水浓缩倍率达到2.5倍左右时，其ΔA已经达到0.2～0.4 mg/L，循环水系统已经存在结垢倾向。

循环冷却水系统阻垢缓蚀剂没有进行基础补加，导致现场实际ZC-504阻垢缓蚀剂药剂浓度低于13 mg/L；特别当浓缩倍率高时，低于13 mg/L的有效药剂浓度ΔA值的稳定性达不到设计要求，导致现场出现结垢情况。现场只单一投加次氯酸钠杀菌，系统菌藻容易产生抗药性，菌藻、泥沙容易在系统高温部分产生沉积。

3.4 凝汽器汽侧漏入空气

自3台机组投运以来，3台机组凝汽器真空严密性试验值分别为452 Pa/min，72 Pa/min，52 Pa/min，1号机组真空严密性试验结果与合格的评价标准(小于等于270 Pa/min)还有差距，说明运行中有空气漏入凝汽器。

从上面分析得知，循环水补充水偏离设计值较多，而循环水系统仍按照浓缩倍率K≥3.0倍，极限碳酸盐浓度ΔA＞0.2 mg/L的情况下长期运行，是此次循环水系统结垢的主要原因。

4 采取措施

循环水系统结垢后，凝汽器不锈钢管内通流面积减小、热阻增加，冷却塔内填料间通流面积减小、热阻增加，冷却塔内喷嘴堵塞、雾化不好，冷端效率降低，能源损失增加，甚至会影响机组出力。循环水系统结垢是一个缓慢过程，阻垢、除垢也是一个缓慢过程，需要持之以恒。

4.1 严格执行凝汽器管防腐防垢导则规定

严格执行DL/T 300—2011《火电厂凝汽器管防腐防垢导则》有关规定，控制浓缩倍率小于等于3.0倍，极限碳酸盐ΔA小于0.2 mg/L。当ΔA大于0.2 mg/L时，进行冷却塔换水。

用Ca2+的含量来计算浓缩倍率，用浓缩倍率、碱度来计算极限碳酸盐，参考Cl-含量、电导率等值并进行试验，确定ZC-504阻垢缓蚀剂的投加量为14mg/L。

4.2 优化循环水加药方式

(1) 长期投加次氯酸钠杀菌，容易对系统设备产生腐蚀性，因此交替使用非氧化性杀菌剂，每月投加三次，投加量为50 mg/L，对系统沉积物进行剥离，防止菌藻容易产生抗药性。

(2) 调整缓蚀阻垢剂加药浓度，确保缓蚀阻垢效果。对ZC-504阻垢缓蚀剂进行配方调整，加强其阻垢分散性能。每2个月进行一次基础投加，投加量为正常投加量的三倍，计算好用量后一次性倒入循环水池。同时将ZC-504阻垢缓蚀剂调整为低磷配方。药剂中的总磷小于等于2 %，因为药剂中的磷能很好地螯合水中的钙、镁离子，降低结垢的风险。

(3) 药剂供应厂家技术人员对现场加药情况及效果进行跟踪，对电厂循环水补水水质进行化验，动态模拟加药、阻垢、除垢，调整药剂、指导适合目前循环水系统运行的浓缩倍率和相应的加药量，并出具药剂报告，避免循环水系统结垢。

4.3 做好循环水日常监督工作

从人员培训、设备仪表维护、运行管理、水质化验比对、运行报表台账等方面加强化学专业日常管理，及时发现问题、及时处理。每班安排专人负责对循环水进行加药，每天化验一次循环水水质，技术人员做好循环水水质台账，对数据进行对比、分析，指导运行人员加药。循环水水池保持高位运行，浓缩倍率、极限碳酸盐只要有一项数据不合格，就对循环水进行排水、补水，直至化验合格。循环水水质部分台账如表3所示。建立分析、考核、问责机制，确保各项工作落到实处。

表3 3台机组循环水水质台账

1号机组浓缩倍率比较高是由于循环水补充水先经过2，3号机组，再到1号机组， 而且1号机组冷却塔排污口与补水口太近，不能进行边排边补的运行方式，只能采用先排后补的方式来控制循环水的浓缩倍率。

4.4 结垢处理

对1号机组凝汽器水侧进行水冲洗、小机润滑油冷却器进行化学清洗；清理、疏通冷却塔喷嘴内部结垢；将冷却塔内的水放掉，清理塔池内的淤泥等沉积物。

4.5 真空系统查漏

继续对1号机组真空系统进行查漏，确保真空严密性试验结果在合格范围内。将真空严密性试验纳入运行定期工作，每月做一次，及时发现问题并进行处理。

5 取得效果

采取措施后不到一个月，三台机组冷却塔结垢情况得到明显改善。

2019-07-09 2号机组检修、7月25日3号机组检修、10月9日1号机组检修，在这期间对三台机组凝汽器、冷却塔内部进行检查，发现凝汽器出水侧不锈钢管运行情况良好，基本上没有结垢现象。这说明采取措施调整后的ZC-504阻垢缓蚀剂投加量在13 mg/L的药剂范围内运行，已形成的垢层逐渐溶解剥离，结垢情况得到明显改善，凝汽器不锈钢管也没有发现被腐蚀现象。

但2号冷却塔喷嘴内部仍然存在结垢物，与1号机组冷却塔喷嘴内的结垢情况一样，应该是在采取措施前的结垢，因此对冷却塔喷嘴内部结垢进行清理、疏通。

目前(2020年4月)，三台机组的平均端差分别为4.4 ℃，3.3 ℃，4.8 ℃，冷端效率比较高，节能效果明显。

6 结束语

在运行中，发电厂循环水中极易产生藻类，水中的钙离子也极易粘附在换热器表面，因此加药阻垢、除垢必不可少。这样处理后循环水补充水水质与初设发生了较大变化，需要通过降低循环水倍率、控制极限碳酸盐来降低结垢，但循环水外排量增大，单位发电量的用水量增加，这些都不符合节水政策和环保要求。

下一步需要使用性能更好的缓蚀阻垢剂，采用加酸系统，调整循环水的碱度，进行循环水处理仿真研究等，在不结垢的情况下，提高循环水浓缩倍率，实现节水降耗、零排放的目标，为机组安全、稳定、高效运行提供条件。