水质与换热差的对策.docx
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水质与换热差的对策
再生水回用与机组冷端设备防腐防垢及换热性能的分析与对策
引言
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。
一、循环冷却水系统的工况
装机容量为2×330MW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循环水系统机组的技术参数
汽机出力：
2×330MW
凝器汽管材质：
T317L
进回水温度：
33±1/43±1℃，12±1/22±1℃
管束单管水流速：
2m/s
管束单管数量：
25180
管束单管规格：
22×0.5
循环水量：
38000m3/h,台（夏天）
19000m3/h,台（冬天）
系统保有水量22000m3,台
冷却塔类型：
自然通风冷却塔
1.2补充水源的水质及结垢倾向分析
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：
表1补充水质分析
序号
项目
数值
单位
1
Ca2+
67.12
mg/L
2
Mg2+
44.87
mg/L
3
总硬度（CaCO3计）
352
mg/L
4
总碱度（CaCO3计）
98
mg/L
5
Cl-
260.26
mg/L
6
SO42-
276.39
mg/L
7
CODR
8.0
mg/L
8
总磷（PO43-计）
5.45
mg/L
9
无机磷（PO43-计）
0.09
mg/L
10
PH
6.45
--
11
电导率
1456
μs/cm
12
总溶固含量
852.37
mg/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材质的耐腐蚀特性和水处理的技术要点
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。
表2常用不锈钢凝汽器管适用的水质条件
Cl-（mg/L）
美国
德国
日本
<5000
T317
T317L
X1NiCrMoCu25205
SUS317
SUS317L
<1000
T316
T316L
X2CrNiMoNi7135
SUS316
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循环水提高浓缩倍数后硫酸盐对水泥侵蚀性问题分析
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3敞开式系统循环冷却水的控制指标
项目
单位
要求和使用条件
许用值
SO42-+Cl-
mg/L
≤2500
说明：
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5循环水硫酸根较高的几个电厂的情况
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
A厂
山东中部
755～1616
96～126
21
未发现
B厂
山东中部
700～1300
-
14
未发现
C厂
山东南部
528～1186
28～52
21
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，SO42-＜1300mg/L，SO42-+Cl-＜2300mg/L，依据国标（GB50050-2007）循环水控制SO42-+Cl-≤2500mg/L，循环水浓缩3.5倍是可以实现的。
二、运行方式及设备存在问题
2.1系统配置及运行方式
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存在问题
凝汽器设备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。
双曲线冷却塔是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。
三、换热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0.60-0.80mm，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。
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。
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水量不足和浓缩控制不利。
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20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换热装置上结有污垢。
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环境空气中的灰尘。
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。
由于冷却循环水温一般为30～40℃,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。
四、建议采取的措施
4.1加强药剂控制和水质监督
（1）防垢处理工艺的规范化。
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）水质监督及微生物控制。
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）提高自动化水平。
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，尽可能减少人为干预，提高水质的控制水平。
4.2调整运行方式的合理性
（1）实现独立循环。
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）胶球连续清洗。
胶球连续清洗能有效防止泥沙、生物黏泥、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）必要时化学清洗。
工程实践证明，在线化学清洗与机械清洗相比有着十分的优越性。
鉴于再生水水质的特殊性，如果控制不当在线清洗仍不可避免。
4.3加强循环水的技术管理
（1）制定可行的技术方案
根据再生水水质条件，明确循环水水质标准，制定可行的运行控制技术措施。
对水质异常处理不及时，应根据绩效考核标准进行考核。
（2）加强运行分析和技术培训
请药剂厂家的技术人员进行讲课，掌握水质试验方法，利用试验数据的技术分析，不断提高控制水平。
（3）选择合适的胶球
根据水质特点和季节的不同应选用合适的胶球品种，必要时可考虑进口胶球。
同时应做好胶球的溶胀性和比重试验，防止吸水后变形、强度下降和比重不均等问题。
（4）实现远方控制功能
要尽快实现集水池补水门、水位和排污门的远方控制，杜绝水池溢水，为浓缩倍率的合理控制提供外部条件。
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