火电厂循环水排污减量新技术研究

火电厂循环水排污减量新技术研究

丁全义

国电内蒙古东胜热电有限公司，017000

摘要：循环冷却水系统是火电厂用水量、排水量最大的系统，也是节水减排的重点和难点。在《水污染防治行动计划》、排污许可制度等新的环保要求下，循环水排污水减量处理已成为当今的研究热点，而提高循环水浓缩倍率是火电厂节水的重要措施。目前常用的循环水排污水减量处置方案是采用反渗透膜脱盐工艺进行处理和回用，但随着浓缩倍率的增加，循环水排污水中的含盐量、致垢性离子、有机物等含量均较高，易导致结垢、污堵及腐蚀问题。为保证系统安全稳定运行，循环水浓缩倍率普遍控制在3～5倍。但是，在循环水系统中，腐蚀与结垢往往是并存的，采用单品种药剂难以获得满意的效果。因此，有必要根据火电厂循环水特点，探寻新的循环水排污水减量技术路线。本文采用新型水处理药剂，辅以数字化管理技术，旨在提高循环水浓缩倍率，实现循环水排污水节水减量处理及自动化管理的目的。

关键词：火电厂；循环水

1 试验部分

1.1 试验装置

循环水动态模拟中试设备装置是根据新型水处理药剂的特点和数字信息化要求开发的，如图1所示。该装置通过数字化控制判定结垢、腐蚀速率趋势和微生物抑制能力，在确保系统不发生结垢和腐蚀超标的情况下，控制药剂加入量，提高循环水浓缩倍率，达到节水减量及自动化管理的目的。

该装置循环流量为2 500 L/h，单台循环水泵功率为0.55 kW(共2台)，保有水量为1 000 L，补水箱容积为1 000 L，冷却塔高度为1 750 mm。循环水动态试验采用0.09～0.10 MPa常压饱和蒸汽模拟现场的流速、流态、水质、金属材质、换热强度和冷却水进出口温度等主要参数，评定新型水质稳定剂的阻垢、缓蚀和抑菌效果。中试期间开通了动态模拟试验平台APP移动端，所有水质参数指标和在线检测数据可通过APP显示。

1.2 试验运行工况及新型药剂

1.2.1试验运行工况及参数

试验运行工况及参数如表1所示。

表1 试验运行工况及参数

1.2.2 新型药剂

新型水处理药剂是针对冷却水系统研发的无磷环保专用水处理剂。该药剂由防垢去垢、缓蚀保护和微生物控制等三个功能助剂模块组成，可根据具体水质情况和运行工况条件，依据浓缩倍率、在线腐蚀速率和污垢热阻等监测值精确调整功能助剂配比，实时优化产品配方及应用方案。

一是清洁运行机理。新型水处理药剂根据泥垢的主要成分，可通过复配实现自清洗能力。首先，可通过系统不停车在线除垢。其次，系统具备清洁污垢的内环境后，通过连续低浓度在线除垢与阻垢缓蚀协同组合，处理换热器、冷却塔及输水管网中的沉积物，达到彻底防止污垢出现的目的。

二是除垢机理。新型水处理药剂分子官能团的能量远远大于水垢分子之间的分子间力(范德华力)，其具有超强的渗透性，当新型水处理药剂分子官能团与水垢分子接触时，其会克服分子之间的引力，逐渐渗透至水垢内部，迫使水垢分子向官能团迁移，达到除垢目的。

三是防垢机理。采用新型水处理药剂时，随着循环冷却水系统浓缩倍率的提高，水中成垢离子(碳酸盐、硫酸盐等)浓度不断升高，当离子浓度达到饱和形成晶核时，其立即被新型水处理药剂分子所吸附，并在晶核表面形成一层带有正电荷的电位离子层。由于同性相斥，晶核微粒不能凝聚而分散在水中保持稳定，最终，晶核微粒被水流带入静水区沉降，达到防垢的目的。

四是防腐蚀机理。新型水处理药剂可以在碳钢、铜、不锈钢、冷却塔水泥柱等表面快速被膜形成一层屏蔽层，隔绝氯离子、硫酸根与金属表面接触，达到防腐目的。

五是微生物控制机理。新型水处理药剂通过线性高分子链与微生物细胞壁上带负电的基团结合并产生应力，导致溶菌作用和细胞活性的丧失，同时系统长期在清洁的环境下运行，使微生物维持生命的养分摄入量大大降低，达到了抑制微生物生长的目的。

六是浊度控制机理。冷却水在循环系统中不断循环使用，室外阳光照射、灰尘杂物的进入、设备结构和材料等多种因素的综合作用会导致系统浊度不断升高。新型水处理药剂运用清洁运行机理，通过分子官能团吸附杂质微粒并实现静水沉降，在智能精细在线控制的配合下，能有效降低系统浊度(<10 NTU)，使系统长期稳定在低浊度下清洁运行。

2 结果与讨论

2.1 补充水和循环水水质的分析

与结垢有关的水质参数主要有碱度、硬度和pH，与腐蚀性阴离子浓度及腐蚀趋势有关的水质参数主要有氯离子、硫酸根离子等，与微生物存活发展和微生物腐蚀影响相关的水质参数有细菌总数、浊度等。本试验通过在线方式监测循环水的水质指标，如图2至图6所示，根据循环水的水质指标实时监测结果，可及时发现异常，从而调整药剂用量，防止结垢、腐蚀和微生物滋生。循环水钙碱和最大值为918 mg/L，满足国标要求(≤1 100 mg/L)；氯硫和最大值为2 278 mg/L，满足国标要求(≤2 500 mg/L)。补充水浊度波动较大，对循环水浊度指标影响较大。在试验过程中，应特别关注补充水拉森指数，其介于3.61～17.56，表明补充水属严重腐蚀性水质；循环水pH均值应为8.50，而实测均值偏低，仅为8.07；循环水总磷明显降低，磷的去除率高达81.85%。

2.2 浓缩倍率

循环水浓缩倍率是指以某种不受外界影响而变化的离子为代表，循环水中的离子浓度与补充水中离子浓度之比。通常可以选择总硬度、电导率、氯离子或者体积倍率等。循环水的浓缩倍率差等于氯离子的浓缩倍率减去硬度的浓缩倍率，理论上，如果水质正常，氯离子倍率与钙硬倍率是相等的，若氯离子浓缩倍率大于钙硬浓缩倍率，则表明存在结垢。从图7可知，浓缩倍率约为6.5倍时，氯离子浓缩倍率小于钙硬浓缩倍率，表明循环水钙离子无析出现象，无结垢产生。当倍率高于7.2时，氯离子倍率大于钙硬倍率，表明循环水钙离子有析出现象。

3 结论

数字化监测技术可以有效监测循环水性能及水质指标，根据运行指标变化发出调整参数指令，同时可实现手机实时巡查，具有创新性和实用性。该技术可根据具体水质情况和运行工况条件，结合新型水处理药剂的防垢去垢、缓蚀保护和微生物控制等三个功能助剂模块，依据浓缩倍率、在线腐蚀速率和污垢热阻等监测值精确调整功能助剂配比，实时优化产品配方及应用方案。采用新型水处理药剂，辅以数字化管理技术，在线监测运行水质、污垢热阻和腐蚀速率来调节新型水处理药剂投加浓度，可有效提高循环水浓缩倍率，实现循环水排污水节水减量处理及自动化管理的目的。此技术也可为后续实现火电厂废水经济性零排放打下坚实的基础。

参考文献

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