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1、2009 10 中国 昆明 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 1 October 2009 2009 Collaboration Network Annual Meeting of Clean and Kunming China Efficient Coal fired Power Generation Technology 海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术研究与应用现状 王广珠 1李承蓉2罗奖合1周显德2汪德良1 樊坤1 1 西安热工院有限公司 陕西 西安 710032 2 西南电力设计院 四川 成都 610061 Research and Application Conditio
2、n of Scale Inhibitor and Fungicide for Seawater Circulating Cooling System Guangzhu Wang1 Chengrong Li2 Jianghe Luo1 Xiande Zhou2 Deliang Wang1 Kun Fan1 1 Xi an Thermal Power Research Institute Co Ltd Xian Shanxi 710032 2 Southwest Electric Power Design Institute Chendu Sichuan 610061 摘 要 扼要介绍了海水循环冷
3、却水系统阻垢和杀菌技术的国内外现状 技术关键及对策 介绍了西安热工研究院有 限公司在海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术方面的最新研究成果 并探讨了该技术在火电厂的应用前景 关键词 海水循环 技术 研究与应用 Abstract This paper contains the Research and application condition key technologies and countermeasures of scale inhibitor and fungicide for Seawater circulating cooling system And the new achieve
4、ments in that by Xi an Thermal Power Research Institute Co are introduced The Application scenarios are also discussed Key words Seawater Circulating Technology Research and Application 1 前言 火力发电是用水大户 同时也是污水排放大户 目前 我国火力发电飞速发展及对环境污染的程度加重的矛盾 变得十分尖锐 随着国家工业用水机制的深化改革和相关 措施及环保法规的强制执行 节水与环境保护工作的深入 开展与否会直接影
5、响电力企业的生产经营和持续发展 由于我国沿海淡水资源严重紧缺 燃煤电厂建在工业 高速发展的海湾内及近海时适宜以海水作为循环冷却水 若采用海水直接冷却方式 可以大幅度节约淡水资源 但 直流排放海水会造成环境水域的富营养化 促进菌藻的生 长 严重污染电厂附近海域并破坏生态环境 因此采用环 保型海水循环冷却水处理技术是海水循环冷却水系统火 电厂减少循环水排污水对环境污染的重要环节之一 本文 扼要介绍了海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术的国内 外现状 技术关键及对策 介绍了西安热工研究院有限公 司在海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术方面的最新研 究成果 并探讨了该技术在火电厂的应用前景 2 国内外海水循环
6、冷却水系统阻垢和杀菌技 术现状 2 1 国外海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术发 展 国外海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术应用发展 经过近 30 年的发展历程 具体情况如下 a 1973 年美国第一座海水循环冷却系统在大西洋城 某电站建成 循环水量 14423m3 h 通过添加防腐 阻垢 和菌藻杀生剂对循环海水进行处理 运行 20 年左右更换 一次冷却塔填料 冷却系统运行稳定 正常 b 美国一石化企业采用海水循环冷却水技术 海水 2009 10 2 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 中国 昆明 2009 Collaboration Network Annual Meeting of C
7、lean and October 2009 Efficient Coal fired Power Generation Technology Kunming China 循环量 22000 m3 h 海水浓缩倍数为 1 5 2 5 换热器选 用钛材防腐 并设计制造了防盐沉积海水冷却塔 1978 年 美国 Exxon 公司和 Drew 公司报道了有关海水循 环冷却水系统阻垢和杀菌技术水处理技术的研究结果 研 究选用碳钢 铜 海军铜 蒙乃尔 400 合金和钛材等材料 控制海水浓缩倍数 1 5 2 0 采用自动投药系统加药进行 防腐 阻垢和防生物附着处理 金属腐蚀率 碳钢 0 15mm a 铜 0
8、076mm a 海军铜 0 030mm a 半年清洗 一次换热器 c 美国新泽西州 Hope Creek 核电站 装备 3 台 1100MW 机组 其中 建于 1979 年的两套 1100MW 机组 采用海水直流冷却技术 而建于 1986 年的第三套 1100MW 机组 出于经济 环保等要求 采用了海水循 环冷却水系统阻垢和杀菌技术 其海水循环量达 152000m3 h 说明海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术的 应用规模已经向大型化迈进 d 美国 Fluor 公司采用海水循环冷却水系统阻垢和 杀菌技术提供的设计装置在日本冲绳控制浓缩倍数为 1 5 倍 在美国新泽西州应用浓缩倍数为 2 0 倍 在
9、瑞典为 1 5 倍 在新加坡为 1 5 倍 美国 Exxon 研究和工程公司与 Drew化学公司在新泽西Boyway 厂1976年前后开始应用 海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术 控制浓缩倍数为 1 5 2 0 倍 科威特石油公司有九塔海水循环流程 控制 浓缩倍数为 1 5 倍 2 2 国内海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术发 展综述 热工院于 90 年代初期在沿渤海湾的天津大港发电厂 进行了海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术的动态模拟 试验研究 1 天津海洋淡化所作为我国海水循环冷却水 系统阻垢和杀菌技术技术研究的领先者 在天津碱厂和深 圳先后建成 1000m3 h 和 14000m3 h 海水循
10、环冷却水系统 技术示范工程并投入运行 2 3 系统比海水直流冷却的排 污量减少了 95 以上 三剂一塔 海水阻垢分散剂 菌藻杀生剂 缓蚀剂 大型海水冷却塔等 海水循环冷却 水系统阻垢和杀菌技术等已在运行中使用 系统运行浓缩 倍率在 1 8 2 2 间 有效地控制了热污染 但采用的是机 力通风冷却塔 在大容量高参数自然通风冷却塔机组使用 时还不能借鉴 目前 我国电力系统在沿海经济发达地区已在单机容 量 600MW 和 1000MW 发电机组的设计建设中采用海水 循环冷却技术 但由于没有大型火电厂实际设计 运行经 验 为此 中国电力工程顾问集团西南电力设计院委托西 安热工研究院有限公司针对海水循环
11、冷却工程的系统特 点和火力发电厂循环冷却水相关技术要求 4 研究了循 环海水的结垢 菌藻 腐蚀控制问题 并提出阻垢缓蚀剂 和菌藻杀生剂处理方案和海水循环冷却水系统阻垢和杀 菌技术系统的运行管理技术方案 同时中国电力工程顾问 集团西南电力设计院委托其它单位进行了防腐蚀 选材方 面的基础试验工作 3 海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术的主 要问题 技术关键及对策 相比直流冷却和淡水循环冷却 海水循环冷却水系 统的含盐量高 具有腐蚀和结垢性的离子浓度远高于一般 淡水 离子的活度和强度也发生了很大变化 且微生物和 大生物的种类多 含量高 大大超出国家标准 工业循环 冷却水处理设计规范 规定的循环冷却水的
12、水质要求 因 而 用海水作循环冷却水 系统存在着严重的结垢 腐蚀 污损生物附着以及海水冷却塔的盐沉积 盐雾飞溅 侵蚀 等问题 海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术水处理较之 淡水和其他再生水源循环冷却在技术上难度更大 3 1 阻污垢技术 循环海水中含盐量增加与系统浓缩倍率成比例 极 易形成统称污垢的水垢和污泥 包括淤泥 粘泥 腐蚀产 物 水垢是一些溶解盐类物质结晶析出所形成的固相沉 积物 污泥是海水中的海泥及海生物和其他沉积物粘附在 金属表面上形成的 降低换热器的传热效率 引起水垢和 污泥下腐蚀 严重时会堵塞管道 影响正常运行发电 控 制污垢方法有以下几种 3 1 1 控制浓缩倍数 根据海水水质控
13、制适宜的浓缩倍数 保证排污量 海水含盐量高 浓缩倍数目前不宜控制很高 国外运行系 统浓缩倍数控制在 1 5 2 0 倍 西安热工研究院有限 公司研究表明 4 系统浓缩倍数控制在 2 0 2 5 倍 合理可行 3 1 2 投加阻垢剂 海水浓缩时不经任何处理 污垢热阻值大大超过国 家规定的允许值 结成水垢的主要成分为碳酸钙 硅酸镁 和磷酸钙结垢趋势明显 而在海水循环冷却水系统中控制 污垢的最重要的技术措施是投加阻垢剂 通过静态阻垢以 及动态模拟试验确定合适的阻垢分散剂 使阻垢率和污垢 热阻在允许范围之内 西安热工院研究结果表明 4 在循环海水中加入 12mg L 16mg L 阻垢剂 系统浓缩倍数
14、 可控制在 2 0 2 5 倍 考虑浓缩海水的排放对附近海域 造成的水体污染和富营养化 循环海水阻垢剂应选无磷环 2009 10 中国 昆明 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 3 October 2009 2009 Collaboration Network Annual Meeting of Clean and Kunming China Efficient Coal fired Power Generation Technology 保型绿色阻垢剂 3 1 3 其他方法 鉴于海水水质的特殊性 西安热工院研究结果表明 4 应对海水进行合适的预处理及循环海水中加入合适 的阻垢剂 降低
15、进水悬浮物 COD 防止粘泥附着和淤泥 堆积 并应保证凝汽器管内有良好的流动状态及完善的胶 球清洗装置 3 2 防腐技术 3 2 1 合理选材 海水循环水系统所涉及的设备 设施较多 选择合 理的材质是防腐的先决条件 而对于海水循环水系统目前 尚无相关的选材导则或规范标准 根据热工院进行的大量 现场调研 资料收集及性能试验 4 提出如下可选材 质 以供参考 表 1 海水循环水系统相关设备 设施选材参考 部件 可选材质 备注 凝汽器换热管 钛材 管板 钛材 双相不锈钢 水室 碳钢 需进行涂层和阴极保护处理 自然通风冷却塔 钢筋混凝土 需在内壁涂刷防腐材料 收水器 填料 喷头 PVC 输水管 碳钢
16、铸铁 需进行涂层和阴极保护处理 水泵叶轮 双相不锈钢 一般也需进行阴极保护处理 收球网 滤网等 双相不锈钢 胶球 海绵橡胶 不可使用金刚砂球 以免划伤钛管 3 2 2 管道涂层保护 由于海水腐蚀性极强 对于某些设施 单利用阴极 保护进行防腐处理难以达到理想的处理效果 往往需要防 腐层的联合保护措施 需要涂刷防腐材料的部件主要有 冷却塔内壁 凝汽器水室 管道等 3 2 3 阴极保护 对于换热器 金属输水管道可以用牺牲阳极的阴极 保护措施 采取外加电流的阴极保护法 钌铱钛阳极是辅 助阳极比较合理的材料 对于循环水泵可以采用外加电流 的阴极保护措施 3 3 防海生物附着技术 海洋生物包括藤壶类 牡蛎 细菌 硅藻 海藻和 贻贝 海葵等 海水循环冷却水系统阻垢和杀菌技术的适 宜条件会造成他们大量繁殖 有些生物由于他们的形状和 生长特点使得杀生剂难以高效发挥作用 给系统运行带来 极大危害 有些海生物极易大量粘附在管壁上 形成粘泥 沉积引起结垢 海生物控制的措施有以下几种 3 3 1 设置过滤装置 过滤是防止海生物等污染物质进入循环冷却水系统 的有效方法 它包括 海水入口的一次滤网 即各种拦污 栅
