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1、再生水回用与机再生水回用与机组组冷端冷端设备设备防腐防垢及防腐防垢及换热换热性能的分析与性能的分析与对对策策1引引 言言在火力发电厂中，用水量最大的是汽轮机凝汽器的冷却水。随着水资源的进一步短缺，近几年不断推出新的冷却水节水技术，再生水的回收利用就是其一。水资源十分匮乏，近年来新建企业已不再批准使用淡水，推广使用城市再生水作为工业用水的主水源。于 2009 年新建投产两台 330MW 机组，冷却水系统采用敞开式循环水系统，每台机组配一座双曲线自然通风冷却塔，使用某污水处理厂的城市再生水作为补充水。循环水系统设计采用投加水处理药剂与硫酸调节的联合处理技术。机组投产后因中水成分比较复杂，系统的结垢
2、问题始终未能得到有效控制。本文通过对系统水质和设备系统的分析，采取对药剂和运行方式调整等手段，使技术指标达到国家设计规范（GB50050-2007）所要求的水处理技术指标。2一、循一、循环环冷却水系冷却水系统统的工况的工况装机容量为 2330MW 供热机组，每台机组配一座双曲线自然通风冷却塔，同时受机场限高的要求，采用水塔排烟技术。机组循环水水源为某污水厂经连续微滤后的再生水，再生水指标基本满足国家回用标准。1.1 循循环环水系水系统统机机组组的技的技术术参数参数 汽机出力： 2330MW凝器汽管材质： T317L进回水温度： 331/431，121/221管束单管水流速： 2m/s管束单管数
3、量： 25180管束单管规格： 220.5循环水量： 38000m3/h,台（夏天）19000m3/h,台（冬天）系统保有水量 22000 m3,台冷却塔类型： 自然通风冷却塔1.2 补补充水源的水充水源的水质质及及结结垢垢倾倾向分析向分析污水处理厂的来水中，工业废水占 60-70%，生活污水占 30-40%。污水处理厂的工艺采用活性污泥法，设计出水标准一级B。再生水厂的处理工艺采用连续微滤和部分反渗透，在输水泵出口增加氯气杀菌处理。再生水进入电厂后直接补入循环冷却塔水池，水质见表 1：3表表 1 补补充水充水质质分析分析序号项目数值单位 1Ca2+67.12mg/L2Mg2+44.87mg/
4、L3总硬度(CaCO3计)352mg/L4总碱度(CaCO3计)98mg/L5Cl-260.26mg/L6SO42-276.39mg/L7CODR8.0mg/L8总磷（PO43-计)5.45mg/L9无机磷（PO43-计)0.09mg/L10PH6.45-11电导率1456s/cm12总溶固含量852.37mg/L该水质属于中高碱度和中高硬度水质，结垢性水质，在自然浓缩条件下循环水浓缩至 3 倍时，总硬度+总碱度将达到1350mg/l（以 CaCO3计），总溶解固体含量达到 2500mg/L，容易产生 CaCO3垢。同时由于中水中磷酸盐变化大，高浓度的磷酸盐容易生成磷酸钙垢，因此选择高效的阻垢
5、分散剂是决定防垢的关键因素，同时为了安全运行，需要加酸控制碱度。1.3 材材质质的耐腐的耐腐蚀蚀特性和水特性和水处处理的技理的技术术要点要点机组建设之初已充分考虑到再生水氯根高的问题，并选用不锈钢 T317L 材质，表 2 列出了常用不锈钢凝汽器管适用的水质条件。循环水浓缩至 3.5 倍后，Cl-低于 1000mg/L，在材质的适宜范围之内。4表表 2 常用不常用不锈钢锈钢凝汽器管适用的水凝汽器管适用的水质质条件条件Cl-(mg/L)美国德国日本5000T317 T317LX1NiCrMoCu25205SUS317 SUS317L1000T316 T316LX2CrNiMoNi7135SUS3
6、16 SUS316L由于再生水水质变化较大，加之水质有机污染物较重，因此必须选择高效的杀菌灭藻剂和非氧化性微生物抑制剂，控制菌藻的繁殖和生物黏泥。1.4 循循环环水提高水提高浓缩浓缩倍数后硫酸倍数后硫酸盐对盐对水泥侵水泥侵蚀蚀性性问题问题分析分析依据工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2007 标准规定，间冷开式系统循环冷却水的控制指标如下：表表 3 敞开式系敞开式系统统循循环环冷却水的控制指冷却水的控制指标标项目单位要求和使用条件许用值SO42-+Cl-mg/L2500说说明：明：SO42-+Cl-：通常采用这个指标来限制含量 SO42-，另外当水中 SO42-和Ca2+的乘积超过其溶
7、度积时，会产生 CaSO4沉淀。SO42-对混凝土材质的影响，按岩土工程勘察规范（GB50021-2001）规定执行。据有关资料介绍，经对山东地区几个电厂循环水硫酸根较高的侵蚀性情况进行调查，情况如下：表表 5 循循环环水硫酸根水硫酸根较较高的几个高的几个电电厂的情况厂的情况厂名地点循环水中SO42-含量（mg/L）循环水中Mg2+含量（mg/L）冷却设备运行时间（年）混凝土侵蚀情况5A 厂山东中部75516169612621未发现B 厂山东中部7001300-14未发现C 厂山东南部5281186285221未发现因此，循环水浓缩 3.5 倍后，按加硫酸控制循环水中碱度4mmol/L 计，S
8、O42-1300 mg/L，SO42-+Cl-2300 mg/L，依据国标（GB50050-2007）循环水控制 SO42-+Cl-2500 mg/L，循环水浓缩 3.5 倍是可以实现的。6二、运行方式及二、运行方式及设备设备存在存在问题问题2.1 系系统统配置及运行方式配置及运行方式机组循环水系统按照扩大单元制设计，每台机组设置两台双速循环水泵。高速工况下，单台水泵的流量为 5.52m3/s，低速工况时，单台水泵的流量为 4.56m3/s。夏季最大负荷工况时 4 台高速泵运行，冬季采暖工况下两台高速泵可满足换热要求，有时为了节能也曾采用两台低速泵的运行方式。2.2 存在存在问题问题凝汽器设备
9、是汽轮机组的一个重要组成部分，而凝汽器真空度是汽轮机运行的重要指标，凝汽器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有着直接影响，如机组真空度下降 1%，机组煤耗将要上升约 2g/kwh。因此，保持凝汽器良好的运行工况，是每个发电厂节能工作的重要内容。我公司投产两年以来，凝汽器真空度下降主要表现在：1、排汽温度升高；2、真空表指示降低； 3、凝汽器端差增大；4、汽轮机无法满负荷运行（#2 机组 2011 年 8 月）；引起汽轮机凝汽器真空度下降的原因较多，从化学技术监督的角度考虑，主要的、也是最常见的原因是凝汽器管内存在污垢。特别是使用城市再生水或使用阻垢率不高的药剂时，情况就更为严重。7双曲线冷却塔是
10、机组冷却水系统中的重要设备之一,其冷却性能好坏对机组经济和安全运行有着十分重要的影响。双曲线冷却塔的淋水填料是冷却塔内水、气两相进行传热、传质的效能核心,是影响冷却塔热力性能的主要组件。其作用是将配水系统溅落下来的热水形成水膜或细小水滴,以增大水和空气接触面积并延长水在塔中的流程,创造良好的传热传质条件。双曲线冷却塔的水循环系统是一种敞开式冷却系统,因我公司水塔位置的东、西两侧分别是煤场和灰库，受其扬尘的影响填料上积灰严重。再者,冷却水在循环系统中不断循环使用,由于水的温度升高、水流速度等变化及水的蒸发、各种无机离子和有机物质的浓缩等多种因素的综合作用,会产生沉积物的附着和微生物的大量滋生,以
11、及由此形成的粘泥污垢堵塞填料等问题,严重影响冷却效果和破坏汽轮机凝汽器的安全生产和经济运行。8三、三、换热换热效率不高的原因分析效率不高的原因分析通过机组停运检修，造成系统换热不良的主要原因是污垢。据有关资料介绍，如凝汽器管结垢达 0.3mm，可影响汽轮机效率；超过 0.5mm，可影响汽轮机出力，并造成大量能源浪费。通过垢样测量，端板上最厚水垢接近 1mm，管内水垢 0.60-0.80 mm，结垢导致凝汽器工作效率降低，影响机组运行经济性和安全性。管束结垢的原因分析如下：3.1 水分配不均。水分配不均。系统是扩大单元制，当循环水系统并联运行时，位于远端的#2 机组因管路长、系统阻力大，可能水流
12、量分配少。在运行中发现两个水塔存在液位差，#1 塔经两塔间联络管流向#2 塔，证明了水的分配不均问题。3.2 胶球清洗不正常。胶球清洗不正常。自投产以来，胶球系统因回球数量太少而未能正常投入。当初也曾怀疑大量的胶球被堵在管束内,但经停机检查和冲洗，水室中完整的胶球很少，与此同时在水塔配水槽、填料等处也发现不少规格不整的胶球。3.3 水中成分复水中成分复杂杂。目前各地区使用再生水为水源的电厂，因水质差异较大遇到的问题也太不一样。但有一个共同点就是磷超标造成系统有大量磷酸钙的生成。3.4 水量不足和水量不足和浓缩浓缩控制不利。控制不利。因再生水的连续稳定供水能力不强，平均每年发生故障停水不少于 2
13、0 次。最长一次可达 20多天。再生水发生故障的停水期间，不得采取补充冲灰澄清水维持机组运行，造成结垢加剧，同时因补该水量不足致使浓缩倍率9难以控制，水源问题成为困扰提高水质控制水平的关键因素。3.5 药剂药剂的阻垢性能不佳。的阻垢性能不佳。循环水药剂的配方应根据地域的水质特点进行配制。在机组投产之初，我们思想上给予的重视程度还不够，也没有开展药剂定期评价和配方优化工作。3.6 换热换热装置上装置上结结有有污污垢垢。主要由两方面因素造成:一方面是经过冷却塔的曝气,水中 CO2随空气从水中飘逸,使水中溶解度大的 Ca(HCO3)2转化成浓度很小的 CaCO3,从而析出,形成垢;另一方面是由于循环
14、水蒸发浓缩,使水中 Ca2+离子、Mg2+离子达到饱和状态,析出成垢。3.7 环环境空气中的灰境空气中的灰尘尘。敞开式冷却系统让灰尘杂物很容易进入。冷却塔通过使水与空气发生强制对流达到降温的目的,相当于水对富含灰尘的空气进行洗涤,从而使其进入系统沉积成垢。3.8 生物粘泥生物粘泥。由于冷却循环水温一般为 3040,且氧含量、温度适宜,特别适于细菌的生长繁殖,从而在冷却系统内孳生大量藻类,形成粘泥。粘泥积附在填料淋水间隙中或换热器管内,使冷却水的流量减少或因热阻增大影响换热效果。10四、建四、建议议采取的措施采取的措施4.1 加加强药剂强药剂控制和水控制和水质监质监督督（ （1）防垢）防垢处处理
15、工理工艺艺的的规规范化范化。选择合适的药剂品种、采用均匀投加方式，是抑制凝汽器管内水垢沉积的前提。应根据水质特点通过动态试验选择药剂，同时由技术人员定期分析循环水中盐类的平衡和各种难溶物质的浓缩情况，发现问题及时反馈。 （ （2）水）水质监质监督及微生物控制督及微生物控制。循环水质监督及微生物检测，是循环水处理技术的重要考核手段。目前循环水的监督每日一次，发现问题不能及时调整，应由运行跟班化验。在夏季当水中微生物较高时，还应定期投加生物黏泥剥离剂。（ （3）提高自）提高自动动化水平。化水平。在时机成熟时，应考虑根据水量和含盐量的变化，充分利用现有资源，并增加相应设施和功能实现自动加药，尽可能减
16、少人为干预，提高水质的控制水平。4.2 调调整运行方式的合理性整运行方式的合理性（ （1） ）实现实现独立循独立循环环。 。将两台机组的循环水系统实现独立循环，避免发生因管线沿程阻力大的问题造成配水不均。（ （2） ）进进行定期冲洗。行定期冲洗。根据非铜质管材的设计规范，换热器管内流速应1.4m/s。按照循环水泵相关参数计算，高速运行时管内流速为 1.2m/s 已低于下限，在低速运行时肯定产生管内淤积或循环不良问题。建议定期（每周）开启两台高速泵进行大流量冲洗，防止管内沉积物对换热的影响。（ （3）胶球）胶球连续连续清洗。清洗。胶球连续清洗能有效防止泥沙、生物黏11泥、软垢沉积在凝汽器管内，以保持凝汽器管表面清洁。要认真分析查找我公司胶球系统的缺陷，只有使胶球装置正常投运，才能保证换热器管表面的清洁。在缺陷未消除前，可考虑停半侧投粘泥剥离剂方式改善管内粘泥的淤积情况。（ （4）必要）必要时时化学
