摘要：发电机组设计循环水为高位收水冷却水塔处理方式，取水涨潮时为渤海海水为主，落潮时为小清河苦碱水，相对碱度、硬度偏高，正常运行设计浓缩倍数平均2倍以内，设计碱度最大控制在400mg/L以内，采用至少五种组合药剂对循环水进行处理。
关键词：循环冷却水处理；试验；运行控制；苦咸水；补水
1 引言
随着中国工业化和城市化的高速发展，对水资源的需求已经超过了自然界的再生能力和自我调节能力，中国的淡水资源缺乏问题日益严重。工业企业是耗水大户，而工业用水中70%以上是用作循环冷却水。因此，节约循环冷却水对节约工业用水具有重要意义，而提高水的重复利用率，开发利用非传统水资源（例如海水），则是节约循环冷却水系统用水量的有效途径。
借助于小清河南岸地处沿海、海水资源丰富的优势，使用大量的海水作为循环冷却水的补水，浓缩倍数控制在小于2.0倍。由于海水淡化的腐蚀性极强，浮游微生物、软体动物种类繁多，应用于循环水系统时，随着浓缩倍数的提高循环水腐蚀性增强，海生动植物繁殖旺盛，因此有必要对系统腐蚀和微生物繁殖进行控制，同时为防止循环冷却水系统发生结垢、微生物滋生、设备腐蚀，应采用投加浓硫酸配合优良的阻垢分散剂和杀菌剂，保证循环水系统的稳定运行。
循环冷却水系统为敞开式循环冷却水系统，冷却塔采用双曲线自然通风冷却塔。总装机容量为2×1000MW，单台机循环水系统保有水量为30000m3，循环量为33120×3m3/h，实际温差设计为8-14℃左右，凝汽器材质为钛合金，循环冷却水系统的补充水为苦咸水，补水取自小清河。
2 循环水处理试验与运行控制
2.1 试验目的
通过对循环水系统参数、水质及现场了解情况，针对循环水防垢、杀菌和防止贝类滋生的要求，采用加高效阻垢分散剂、非氧化型复合杀菌剂和杀菌增效剂的实验方案，并针对阻垢工艺、杀菌及杀贝等进行试验，并在此基础上制定循环冷却水系统的控制方案。
2.2 试验内容
2.2.1 试验水质检测——对电厂循环冷却水系统的补充水进行水质全分析。
2.2.2 静态阻垢试验——参照原中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》 中“401 碳酸钙沉积法”进行。通过探索不同加量情况下钙硬度，碱度的变化情况，确定同时满足低沉积率的钙硬度和碱度的最佳范围。
2.2.3 杀菌除贝试验
依据《平板计数法GB/T 14643.1—1993》试验方法，通过对杀菌剂加药方式确保系统菌藻和贝类在可控范围内。
2.3试验用水水质
2.3.1 水质检测
渤海湾地区循环水系统的补充水，水质分析结果如下表1和表2所示：
表1:小清河落潮时水质分析结果
通过分析小清河涨落潮各项水质指标，涨潮时水质稍差于落潮水质，具体表现在涨潮后总硬度增加，总碱度变化不大，腐蚀性离子氯离子和硫酸根离子均有增加，浮游物增多，并且含盐量非常大，必须加入高效的阻垢分散剂才能达到系统不结垢不腐蚀，并加入适量的杀菌增效剂彻底杀灭浮游微生物及海生物。
药剂加入苦咸水或苦咸水中后会与生物的细胞膜中的蛋白质反应，破坏细胞的结构，切断细胞内营养物质的传送，从而杀死生物。对生物体没有任何刺激性，海生物在碰到这种杀生剂时不会关闭外壳，会连续不断地吸收杀生剂，在不知不觉中“中毒身亡”。尤其是对过滤进食的软体动物(如贝类)、甲壳动物(如藤壶)及被膜动物杀灭效果特别好。它具有广谱高效的杀灭效果，与氧化性杀生剂配合使用时，能够提供更好的杀灭效果，同时能够避免由于长期使用单一种的杀生剂而使海生物产生抗药性的问题。系统处理结束后，表面清洁、光滑，极薄的保护膜可在处理后的2～8周内防止幼虫及卵附着管壁繁衍。
2.3腐蚀的控制
苦咸水循环冷却系统有关腐蚀控制主要通过选材（耐腐蚀的钛合金）、耐腐蚀涂层和电化学保护等措施实现。
3 试验数据分析
3.1高效海水阻垢分散剂理化性能测试
依据《火力发电厂循环冷却水用水质稳定剂》（DL/T 806—2013）标准及招标要求，对高效海水阻垢分散剂进行理化性能指标测试。
3.2阻垢性能评定试验——静态阻垢法
3.2.1试验原理
根据实验目的，在实验用水中加入药剂，在一定温度下，蒸发浓缩至2.5倍，使钙离子和碳酸氢根离子浓度增大，恒温静置10h后，分别测定澄清液中钙离子含量，以确定阻垢分散剂的加入量。
3.2.2静态阻垢试验步骤
（1）取2000ml烧杯，准确加入试验药剂，并量取1250ml实验用水倒入烧杯中，然后用玻璃棒搅拌使药剂与水混合均匀。
（2）将烧杯放入温度稳定为50℃左右的恒温水浴中进行蒸发浓缩，当温度升至设定试验温度时开始计时。当试验溶液蒸发浓缩至500ml时，将烧杯中溶液迅速冷却至室温并转移至500ml容量瓶中。若试验溶液不到500ml时，用去离子水补齐并摇晃均匀，注意补齐部分不应超过10ml。然后加盖继续放于恒温水浴中，计时10h。
（3）计时结束后，停止恒温水浴加热，取出容量瓶冷却至室温。然后，用移液管取上清液25ml，加水20ml，并依此加入5ml 200g/L的氢氧化钾和0.1g左右的钙羧酸指示剂。用EDTA标准溶液滴定。
3.2.3试验结果分析
通过以现场补水为试验用水静态阻垢试验结果可以看出：可以看出现有水质在加药量为7-9mg/L，均表现出较好阻垢性能，阻垢率均高于95%，按照西安电科院经验，当试验阻垢率高于95%时，现场运行可有效的保证不结垢； 试验倍率为2.5倍，运行倍率可控制在小于2.0倍运行。考虑现场运行复杂性，使用10mg/L高效阻垢分散剂，并配合硫酸控制pH值可使阻垢率高于95%，△A≤0.20保证系统不结垢；
4动态模拟试验
4.1 前言
为保证现场应用效果，计划在静态试验基础上做动态模拟实验，模拟试验所用水质为现场未经预处理苦咸水，每天在规定时间内取50kg，连续取60天，所取苦咸水混合后做为模拟试验补水。本次动态模拟试验采用大连中昊光明化工设计院所生产的WDM－D型敞开式循环冷却水动态模拟装置，循环水走管程，采用饱和蒸汽加热，根据电厂的水质情况，对经过静态筛选出的水处理配方进行阻垢动态模拟评定，为工业应用提供依据。
4.2设备功能简介
敞开式循环冷却水动态模拟装置对现场进出口温度、换热器材质、流速、传热过程等方面进行充分模拟和适当的强化，是目前实验室在用的最先进的循环冷却水动态模拟装置。装置流程为双水路，由计算机自动控制模拟换热器入口水温和循环水流量，能自动检测进出口水温差和换热蒸汽温度，各参数及时显示在计算机显示器上，巡回采检循环水流量模拟换热器进出口温差、换热蒸汽温度，并同时采检其他参数。同时计算出瞬时污垢热阻系数。是评价和筛选水质稳定剂配方的专用设备，通过粘附速率及极限污垢热阻值，来判断水处理药剂的阻垢性能。
4.3试验执行标准：HG/T 2160－2008 《冷却水动态模拟试验方法》。
试验补水采用苦咸水，添加水质稳定剂，微生物、软体动物控制控制采用非氧化性杀生剂和氧化性杀生剂间隔使用； pH、总碱通过连续加酸(5% 硫酸）和手动分析调节进行控制。
4.4动态模拟系统工艺流程及试验参数
（1）动态模拟系统工艺流程
4.5动态模拟试验过程
4.5.1正常运行
4.5.1.1浓缩过程
⑴ 浓缩过程中不排污，只补充水，直至浓缩倍数达到2.0倍（以氯离子计）。
⑵ 浓缩过程中控制两系统总膦≥0.3mg/L。如不在控制范围内，适当补加药剂浓度。
4.5.1.2浓缩倍数在2.0正常运行
浓缩倍数达2.0后，开始排污，按正常运行操作补水、补药及排污，在该工况下连续运行至15天。运行过程中，严格控制pH、总膦和浓缩倍数。
4.5.2分析测定项目
试验过程中，4小时分析循环水一次，分析项目为氯离子、钙离子、pH值、碱度等；定期监测冷却水的进、出口温度及蒸汽温度，以便了解污垢热阻的变化情况。
5 循环冷却水系统运行控制方案及效果保证
5.1 循环冷却水系统运行控制
5.1.1目的：
在系统有热负荷的情况下，为保证系统长期稳定运行，加入水质稳定剂、非氧化性杀菌剂、氧化性杀菌剂、杀菌增效剂，通过计量泵连续投加和冲击投加的方法给系统加药，系统连续排污和连续补水，这样可以使循环水中的各种离子保持平衡。以有效解决系统的结垢、腐蚀、微生物和软体动物滋生等问题。
5.1.2初期运行
5.1.2.1 向系统内注水，待循环水系统水位恢复正常后，根据系统保有水量冲击性2倍量投加水质稳定剂。
5.1.2.2 突击加药地点选择在冷却塔循环水泵吸入口。
5.1.2.3 初期加药期间，停止排污，适当补水。补水按常规运行加药，维持正常水位。
5.1.3常规运行管理
5.1.3.1通过排补水控制循环水倍率小于2.0倍。如倍率到达控制上限，必须加大排补水，直至倍率达到安全范围。
5.1.3.2根据补水量每天连续投加阻垢分散剂10mg/L并控制循环水总磷（有机膦）不小于0.3mg/L，当循环水总磷（有机膦）低于控制要求时冲击补加药剂，药剂投加地点选择在循环水泵入口处。
水质稳定剂采用计量泵连续投加，每天检测水中水质稳定剂的浓度，保持药剂浓度在控制指标的范围内，尤其避免低浓度运行。此外，还应根据补水量和药剂消耗量的变化，及时调整加药泵流量大小。
附： 如补水量比较难以确定，可根据《中华人民共和国国家标准 工业循环冷却水设计规范》GB 50050—2007按照循环量进行计算补水量，
5.1.3.4氧化性杀菌剂和杀菌增效剂由于计量泵较大，不易调节流量，不适宜连续投加，如能调节流量应采取连续性投加方式并保持循环水余氯在0.1~0.5mg/L；如不能连续投加，可采取冲击投加方式，投加时间控制在1~2h，投加量控制在不小于4吨，余氯不小于0.5mg/L至少1h。
5.1.3.5为防止循环水产生抗药性，提高杀菌灭藻和软体动物杀生效果，采取冲击投加非氧化杀生剂，投加浓度每次20ppm合600kg，投加频率为12月至次年3月份每月一次，4月~11月份每月2次，非氧化性杀菌剂投加期间正常投加氧化性杀菌剂，非氧化性杀菌剂投加前通过大排大补降低倍率至小于1.5倍，投加后保持系统至少12小时不排污直至倍率到达控制高限，期间控制循环水pH值在控制下限。
5.1.3.6由于循环水含盐量非常高，需通过投加硫酸方式配合水质稳定剂防止系统结垢问题，现场采取连续投加方式控制循环水pH值在7.8~8.2之间，投加时调节好硫酸泵流量避。
特别需要注意的是水质稳定剂剂量的控制和浓缩倍率的控制：若数值波动范围很大，就达不到希望的处理效果，必须保持循环冷却水水稳剂的浓度高于最低浓度值，以保证阻垢缓蚀效果
5.1.4循环水系统管理注意事项
①所有药剂的投加点均为循环水泵入口水池中，水质稳定剂的投加采用连续均匀投加法，杀菌剂的投加采取性冲击投加方式。
②为系统安全性起见，在系统日常操作中，应严格控制循环水指标在要求的控制范围，特别是浓缩倍数的控制，超标时要及时采取措施加以调整。
③严格监督循环水pH值，确保循环水pH值在7.8~8.2之间，以保证循环水高含盐量安全运行。
④胶球清洗是保证机组运行的重要保证，正常运行时要求每天至少投放一次，时间不少于4小时，胶球的回收率必须大于90%，如果回收率小于90%就要检查胶球收不回的原因。
⑤加大巡检力度，对循环水系统运行中的异常情况及时发现并记录，及时查找原因，采取措施。
总之，循环冷却水系统的平稳安全运行是个综合复杂的问题，药剂的使用只是一个方面，所谓"三分药剂，七分管理”，可见日常的严格管理是十分重要的。
6 其它问题讨论及建议
6.1微生物粘泥的控制问题
微生物粘泥是由微生物和无机物（如泥、沙和污物）构成。粘泥不仅会造成换热器的传热效率下降和水流量的降低，而且还会造成对换热器管的局部腐蚀。微生物粘泥产生的部位主要有换热器部分、冷却塔和集水池等。
微生物粘泥控制的主要手段是及时投加不同种类杀菌剂（交替使用氧化性和非氧化性杀菌灭藻剂），并定期冲击性投加粘泥剥离剂，防止微生物产生抗药性。根据电厂循环冷却水系统水质情况，建议往循环冷却水系统中交替添加氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂，避免产生抗药性。
建议每年定期检测循环冷却水中的菌藻种类和数量，定期检测所使用杀菌剂的杀菌效果，以确认菌藻抗药性等情况，及时调整加药种类和加药量，确保不发生菌藻爆发及粘泥腐蚀结垢等不安全现象。
6.2凝汽器停用保护
① 在停机或大小修时，必须用高压水枪将钛管表面附着的粘泥冲洗干净。
② 停机超过24小时以上时，循环冷却水泵不停运，不必将凝汽器中存水放干净，以保证凝汽器管免受有机物、藻类污染、腐蚀。
③ 若停机超过三天以上时，须将凝汽器中存水放空，并用淡水冲净放空。
④ 若停机超过7天以上时，须将凝汽器中存水放空，并用淡水冲净放空，打开两端人孔门，鼓风干燥。
6.3 定期胶球清洗
机组正常运行期间，凝汽器管采用定期胶球清洗措施，根据实际情况，一般每天投运4~5小时，应严格保证胶球的投球数量及回收率符合标准要求，出现异常及时查找原因。
7结论
循环冷却水系统的技术管理工作，应根据试验研究结果，制订修改运行规程，达到和炉内汽水品质技术管理运行导则一样严格对待。为了防止循环冷却水系统故障，必须每天对水质进行监测控制。
为了较好的控制水质，了解每一个水质分析项目对系统产生问题的影响，以及与使用化学药剂作用之间的关系是十分重要的。特别需要注意的是水质稳定剂药剂量的控制：若浓度波动范围很大，就达不到希望的处理效果，必须保持循环冷却水中水稳剂的浓度高于最低浓度值，以保证阻垢缓蚀效果。
参考文献:
[1]GB50050-2007,《工业循环冷却水处理设计规范》
[2]GB/T 16632-2008，《水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法》
[3]GB/T 15451-2006，《工业循环冷却水中碱度的测定》
[4]GB/T 15451-2009，《工业循环冷却水中钙、镁离子的测定 EDTA滴定法》
[5]《GB/T 23248-2009海水循环冷却水处理设计规范》
论文作者:王宣德
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/19
标签：冷却水论文; 水质论文; 系统论文; 杀菌剂论文; 药剂论文; 稳定剂论文; 阻垢论文; 《电力设备》2018年第18期论文;