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大型电厂循环水绿色无磷缓蚀剂应用

时间:2015-03-20 10:17来源:未知 作者:admin 点击:
目前国内工业循环冷却水大多采用磷系配方,易引起水体富营养化。随着环保要求的不断提高,磷系配方的应用越来越受到限制。凤台发电厂循环冷却水系统采用绿色无磷方案,系统可长期在自然pH条件下碱性运行,浓缩倍数控制在3~4倍,并且可以减少杀菌灭藻剂的用量

大型电厂循环水绿色无磷缓蚀剂应用

 
[摘要]目前国内工业循环冷却水大多采用磷系配方,易引起水体富营养化。随着环保要求的不断提高,磷系配方的应用越来越受到限制。凤台发电厂循环冷却水系统采用绿色无磷方案,系统可长期在自然pH条件下碱性运行,浓缩倍数控制在3~4倍,并且可以减少杀菌灭藻剂的用量。运行结果表明,该方案达到了优异的防腐蚀、阻垢和微生物控制效果,同时具有很好的环境效益和经济效益。 
  [关键词]无磷;绿色;缓蚀阻垢;电厂 om/8/view-3986545.htm
  我国属缺水国家。随着我国工业的快速发展,工业用水量逐年增加,水资源危机和水环境污染越来越严重,已经成为制约地方经济发展的重要因素之一。火电厂是工业用水大户,全国火电用水约占全部工业用水量的40%以上。而电厂循环冷却水用量占全厂用水量的80%-90%,所以减少循环冷却水的补充水量是工业企业节水的重要途径,而提高浓缩倍数是循环冷却系统节水的最直接和最有效的措施之一。浓缩倍率的提高,会使循环水结垢和腐蚀等问题更加突出。 
  为解决循环系统中腐蚀和沉积物带来的危害后果,需用水处理药剂进行化学处理。目前,磷系水处理剂因其无毒、低价、具有较好的缓蚀、阻垢性能,占当今水处理剂的70%~80%以上,但是磷的排放易引起水体富营养化,暴发大面积“赤潮”等水质故障事件,严重影响生态环境。对此,国际上限磷和禁磷呼声越来越高,在欧美、日本等一些国家已提出了禁磷措施,我国一级排放标准要求磷(以PO3-4计)≤1.5mg/L。21世纪以来,节能减排、绿色能源声势日高,从可持续发展和保护环境的角度来看,为了保护有限的水资源,无机磷及有机膦系药剂的应用必将受到限制,高效环保无磷水处理剂的开发和应用无疑是21世纪水处理行业发展的必然趋势。 
  1.大型火电厂循环冷却水系统的特点 
  1.1冷却水量大。对于一个采用开式循环冷却系统的2×600MW的火电厂,循环冷却水量达到6×104~12×104t/h,如其浓缩倍率为3,补充水率约为2.4%,则补充水量为1440~2880t/h,如此数量使循环冷却水的处理成本成为主要考量因素。 
  1.2冷却系统容积与小时循环水量的比值大。GB50050《工业循环冷却水处理设计规范》指出:“敞开式循环冷却水系统水容积宜小于小时循环冷却水量的1/3”。而实际上300MW以上机组一般为1:1-1:2,大大增加了药剂在系统中的停留时间,予阻垢分散不利,对药剂抗分解和水解性能要求更高。 
  1.3冷却系统简单。换热器数量少,一般只有凝汽器和闭冷水冷却器等,换热器材质多为不锈钢,壳体及管道为碳钢,简化了缓蚀的研究对象。 
  1.4冷却水温不高。凝汽器出口最高水温一般在40℃左右,在多数情况下,电厂循环水温度不超过45℃,降低了对药剂的耐热性能要求。 
  2.国内绿色无磷方案应用进展 
  国内华东理工大学较早对无磷环保型水处理剂进行了研究。霍宇凝等开发了一种由聚天冬氨酸(PASP)、葡萄糖酸钠、钨酸盐和锌盐组成的缓蚀阻垢剂。之后也有人开发了钼系、硅系等无磷配方,但由于钼酸酸盐价格昂贵,经济上不合理,钨酸盐及硅酸盐效果不理想,都未能实现工业化应用。中国专利CN101077810A公开了一种不锈钢凝汽器的绿色缓蚀阻垢剂,由聚天冬氨酸和聚马来酸酐组成,但仅在实验室就其极化电位和静态阻垢来评定其缓蚀阻垢效果,未有现场应用结论。目前国内大型电厂采用绿色无磷水处理剂的还鲜有报道。 
  综合国内外水处理剂发展现状及应用情况,考虑性能、环境、经济三大目标,将PASP、S-800(PESA)、S-710(AMPS四元复配物)作为主要阻垢组分,以锌盐作缓蚀剂,利用PESA与锌盐良好的协同缓蚀效应,可以有效地抑制碳钢的腐蚀。通过大量的配方研究和筛选工作,最终开发出无磷、环保、阻垢缓蚀性能及配伍性能优良的缓蚀阻垢剂HZ80BZN。ZH80BZN缓蚀阻垢剂经上海市疾病预防控制中心检测属实际无毒型药品,经污染控制与资源化研究国家重点实验室检测生物降解率达到≥69%,具有生物可降解性。 
  3.无磷方案在凤台发电厂循环冷却水系统的应用 
  3.1凤台电厂循环冷却水系统概况 
  安徽凤台电厂一期工程新建2*600MW超临界燃煤机组,其循环冷却水系统设计循环冷却水量为71748*2m3/h,保有水量约35000*2m3。凝汽器管材质为TP316L不锈钢,循环水管道为碳钢。系统采用淮河水经混凝澄清杀菌后作为补充水,补充水水质见表1、表2。 
  淮河水硬度、碱度、腐蚀性离子含量中等,系总体偏结垢型水质,水质波动较大。从2011年两次现场取样的分析数据看,补充水中含少量磷,说明水质被轻度污染,使用无磷配方后,循环水中仍然会含有少量的磷。 
  根据补水水质,计算出32℃的朗格利尔饱和指数(L.S.I.)和雷兹纳稳定指数(R.S.I.)见表2,以此判断循环水在不同浓缩倍数下的腐蚀或结垢情况。由表2数据可看出,系统循环水碳酸钙结垢趋势比较明显。该水随着浓缩倍数的提高、水温的上升,循环冷却水的结垢趋势进一步增强。 
  3.2循环冷却水系统绿色无磷处理方案 
  为满足节水、经济、环保的要求,循环冷却水采用新型绿色无磷水处理方案。系统正常运行时循环水浓缩倍数控制在3~4倍,钙离子≤500m9/L(以CaCO3计),碱度≤500mg/L(以CaCO3计),无磷缓蚀阻垢剂浓度30-50mg/L。所用的主要药剂和作用见表3,其中SM990为固体活性溴杀菌剂;SM991为异噻唑啉酮衍生物非氧化性杀菌剂。循环水化学处理方案见表3。 
  采用在线智能监测换热器实现对循环冷却水系统的腐蚀和结垢监控,利用测定和记录的冷却水流量、进口温度、出口温度、蒸汽温度等各种数据,进行计算后得到当时的污垢热阻,根据每月的挂片和监测管分析数据评价循环水化学处理的效果。实时的补充水的电导率,循环水的pH值、电导率计算机监控来辅助循环水的水质控制。   3.3循环冷却水无磷处理的运行情况 
  系统由低磷水处理方案逐步过渡到正常运行时的无磷方案,待原低磷水处理阻垢缓蚀剂用完后,投加无磷缓蚀阻垢剂,并保证凝汽器胶球清洗装置正常投运。一定时间内,系统循环水中将同时存在无磷和磷系缓蚀阻垢剂,随着系统的排污,磷系缓蚀阻垢剂将慢慢被置换出系统,当循环水中总磷含量降低到K倍补充水总磷含量时(K为浓缩倍数),即可认为磷系缓蚀阻垢剂已完全置换出系统,正式转入无磷水处理方案。 
  电厂循环冷却水系统从2008年8月9日开始投加无磷缓蚀阻垢剂,9月开始逐渐提升水质控制指标。以#1机为例,#1机组循环冷却水系统2011年8月至次年1月的循环水水质及浓缩倍数的变化见表4。循环水水质统计如下:pH为8.7-9.13,总碱为4.43~11.26mmol/L,Ca2++为81.03-249.61mg/L,浊度为7.69~35.1NTU,TFe为0.05~0.4mg/L。从以上数据可以看出,TFe比较低,说明系统腐蚀状况良好。由表4可见,系统正常运行时循环水的浓缩倍数从原来的3倍左右到稳定控制在3-4之间,节水效果显著。 
  循环水的浊度主要受浓缩倍率及补充水浊度的影响,当循环冷却水的浓缩倍率在4-5左右时,要保证循环水浊度在20NTU左右,补充水浊度应控制在3NTU范围内。 
  3.4循环水化学处理效果评价 
  3.4.1腐蚀控制 
  通过在线智能监测换热器,2011年对1#机组循环冷却水系统紫铜、不锈钢、碳钢挂片及不锈钢试管的腐蚀率和粘附速率进行了监测,碳钢挂片和不锈钢试管的监测结果见图1。由图1可见,碳钢腐蚀率一直保持在≤0.07mm/a。而不锈钢腐蚀率≤0.003 mm/a,黄铜腐蚀率≤0.0046mm/a,不锈钢试管腐蚀率≤0.0027mm/a,符合GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》,说明药剂的缓蚀性能良好。 
  3.4.2结垢和微生物控制 
  凤台两台机组经过半年的运行,凝汽器的进出口温差保持在<13℃,真空度<93.29%,端差小于3.32℃,监测换热器污垢热阻<1.07m2·k/w,小于标准的3m2·k/w,不锈钢试管的粘附速率≤6.1mg/cm2·月(见图1),小于标准的l5mg/cm2·月,说明系统结垢控制优良。循环水中异养菌数一直<1×105mL-1,生物粘泥<3ml/m3,塔池立柱非常清洁,说明系统内微生物控制良好。#2机在系统停机时打开凝汽器检查,凝汽器管内及端板清洁光亮,未见结垢和微生物黏泥,说明系统整体控制效果优良。 
  3.5经济和社会效益分析 
  3.5.1循环水无磷处理对杀菌剂用量的影响 
  目前,我国的缓蚀剂阻垢普遍采用磷系配方,“磷”元素是微生物生长繁殖的重要营养成分,会促进水栖菌藻的大量滋生繁殖,增加了控制微生物的困难。 
  采用凤台电厂工业补充水,参照GB/T 22595-2008《杀生剂能效的评价方法异养菌》,添加不同浓度的磷系药剂,试验磷系药剂对异样菌生长的影响,试验磷系药剂对杀菌剂杀菌性能的影响,以不加磷系药剂作空白对照。由图2可知,磷对水中细菌的生长有明显的促进作用,水样中细菌总数随磷含量的增加而上升,使用磷系药剂不利于循环水中细菌的控制。 
  进一步的试验表明,采用磷系阻垢缓蚀剂水处理方案,要把细菌总数控制在指标范围内(105CFU/mE),氧化杀菌剂的(SM-990)投加浓度需要10-20mg/L,非氧化性杀菌剂(SM-991)投加浓度需70-90mg/L。采用无磷阻垢缓蚀剂处理方案,要把细菌总数控制在指标范围内(105CFU/mL),氧化杀菌剂的减少到5-10mga/L,非氧化性杀菌剂减少到35-50mg/L,杀菌剂的用量明显减少,经济效益比较明显。 
  3.5.2缓蚀阻垢剂药剂耗量及节水分析 
  2011年的补充水致垢离子含量要比2010年高,不考虑水质因素,经过半年的运行,循环水单位发电水耗从同期的2.0kg/kW·h下降到1.7k9/kW·h,节约新鲜水(2.00-1.70)×37.29=111.87万吨。从表5可以看出,采用无磷处理后,与原低磷处理方案相比,可节约药剂9吨,节约药剂费12.2万元,系统水处理成本下降,且节水效果明显。 
  4.结论 
  1)无磷环保型缓蚀阻垢剂为未来水处理剂的发展方向,可减少使有害化学品在生物体内累积量,减小了对人体健康和环境的危害性。ZH80BZN无磷环保型缓蚀阻垢剂无毒、可生物降解,有很好的环保效益,并具有投加浓度低、综合使用成本低等优点。工业应用试验表明,其防腐蚀、阻垢和生物控制效果良好,其用量和成本能够达到火电厂循环水的处理要求,与公开的资料相比,性价比上有优势,可以替代传统磷系配方用于工业循环冷却系统,工业化推广应用前景广阔。 
  2)采用无磷阻垢缓蚀剂以后,循环水中磷的质量浓度从2~7mg/L降低到了0.11~0.46mg/L,减轻了循环水系统的细菌腐蚀和苔藻生长,从而减少了循环水杀菌灭藻剂的用量,有利于减轻氯气等消毒后带来的二次污染,同时降低循环水运行费用,提高了循环水化学处理的经济性。 
  3)另外,无磷药剂除了能减轻水质的富营养化,减轻环境污染外,还可以避免循环水系统Ca3(PO4)2垢的形成,提高冷换设备的传热系数,降低能量消耗。
 
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