摘要：燃煤电厂循环冷却水占全厂生产用水的80%-85%，在运行过程中随着温度的升高和蒸发浓缩，各种物质浓缩而沉淀析出或附着在系统内，导致传热元件的热交换效率下降和被腐蚀的问题发生。为此，开发高效的水处理药剂，减缓蒸发浓缩过程中的结垢和腐蚀，降低新鲜水的补充显得尤为重要。
关键词：循环冷却水；缓蚀阻垢；作用机理；应用研究
1. 缓蚀剂的作用机理
在循环冷却水中添加缓蚀剂是最常用的措施之一，而缓蚀剂的种类较多，按作用机理可分为物理化学机理和电化学机理两类。物理化学机理指缓蚀剂与其它物质发生化学反应在金属表面生成致密的保护膜，把被保护的金属与腐蚀介质隔离开来，从而减缓其腐蚀速率；而电化学机理是金属与腐蚀介质接触在其表面发生原电池反应造成金属浸蚀，缓蚀剂可以抑制原电池反应的任意一个或两个，从而减缓或抑制原电池的反应速度，以减缓金属的腐蚀速率。
2. 阻垢剂的作用机理
阻垢剂能够分散水中难溶性的无机盐，阻止或干扰难溶无机盐在金属表面沉淀和结垢的功能，保证传热元件的热交换效率。当前，对阻垢剂的作用机理看法不一，大致分为螯合增溶作用、晶格畸变作用和吸附与分散作用。螯合增溶作用是阻垢剂与冷却水中钙、镁、锶、钡等金属离子发生螯合反应生成螯合物，该螯合物在水中的溶解度增大，从而提高了冷却水中金属离子的允许浓度；晶格畸变作用是指晶体在冷却水中生长的过程中受到外界因素的影响，不按照正常的形成过程进行有规则的排列，使晶体排列存在空位、错位等缺陷或镶嵌构造的畸变，造成同一晶体的各个晶面发育不一致，导致晶体内部应力的存在，晶体本身与镶嵌物质膨胀系数的不同也会产生应力，这些应力使晶体不稳定，当环境发生变化时，大晶体会碎裂成小晶体；吸附与分散作用就是对聚羧酸类阻垢剂而言，在水中解离后生成的阴离子与碳酸钙微晶体相互碰撞后吸附使其表面形成双电层，发生化学反应生成的聚羧酸盐的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间产生的静电可阻止微晶体的相互碰撞，从而避免形成大晶体。吸附产物又遇到其他聚羧酸盐时把吸附的晶体转移过去，晶粒的均匀分布阻碍了晶粒之间或与金属之间的碰撞，减少溶液中的晶核数，进而将碳酸钙等容易沉定的物质稳定在循环冷却水中。
3. 新型高效缓蚀阻垢剂
具有多种或多个官能团的分子结构，它的官能团表现出鳌合、吸附和分散的作用，具有一剂多效的功能；或基于各种单方具有的不同性能和效果，通过正交试验，应用这些单方进行复配，使其具有多种或多个官能团，可充分发挥它们之间的互补作用和协同效应，在冷却水中通过鳌合增溶、阈值效应、晶格畸变或吸附与分散的作用分散水中的难溶无机盐，阻止或干扰难溶无机盐在金属表面沉淀和结垢的功能，并保证传热元件具有良好的传热效果。
3.1 聚天冬氨酸
聚天冬氨酸由聚天门冬氨酸通过聚合反应而成，聚天冬氨酸对金属离子有极强的螯合增溶作用和分散作用，具有缓蚀和阻垢的双重功效，在钙离子含量较高的循环冷却水中有较好的阻垢效果。
3.2 有机膦羧酸
有机膦羧酸既有膦酸盐的膦基团、又有聚羧基的羧基团，它与其它水处理剂具有很好的协同效应，对氯化物有很好的稳定作用，在高温、高硬、高pH值和高浓缩倍数的水质条件下具有很好的缓蚀阻垢效果，也不受环境保护排放指标的限制。
3.3 有机羧酸（酯/盐）类
有机羧酸（酯/盐）类是近年来为了满足环境保护的要求研制的新型非磷缓蚀阻垢剂，在循环冷却水中有很好的协同效应，它在较宽的pH范围内具有缓蚀和阻垢的特性，具有很好的缓蚀阻垢能力和良好的灭藻作用。
4. 应用研究
缓蚀和阻垢问题是相互关联和相互制约的两个方面，不同的工艺条件、不同的冷却水系统与不同的水质适用的药剂是不一样的，为了符合电厂的经济性和安全性需要，避免盲目投加造成破坏，投加之前应通过筛选、静态试验和动态模拟试验，以验证和评价缓蚀阻垢剂的最佳加药方案。
本文根据贵州某8×300MW燃煤发电厂多年的运行经验，选用聚天冬氨酸、有机膦羧酸、缓蚀剂等五种单方复配而成，可充分发挥它们之间的互补作用和协同效应，从而获得最佳的缓蚀阻垢效果。
4.1 试验的目的和指导思想
以贵州某8×300MW电厂的补充水为基本水质，根据《火力发电厂循环冷却水用阻垢缓蚀剂》（DL/T 806-2013）要求，对已通过正交试验和筛选试验后的四种药品的阻垢和缓蚀性能分别进行评价，通过技术经济性比较，优选出性价比高的缓蚀阻垢剂再次进行静态试验和动态模拟试验，根据不同浓缩倍率的静态阻垢和缓蚀试验结果，确定实际运行浓缩倍率和相应的加药量，同时进行动态模拟试验对循环冷却水的排污水进行测定，以评价和验证缓蚀阻垢剂的最佳加药方案。
4.2 试验水质的确定
取用该厂通过澄清过滤处理后的清水，具体水质情况如表1所示
表1：贵州某8×300MW燃煤发电厂循环水补充水水质主要指标
4.3 静态试验
（1）静态阻垢剂量试验
分别取2000ml的水样置于6个2000ml的烧杯中，分别加入复配的高效缓蚀阻垢剂，加药浓度分别为6mg/L、9mg/L、12mg/L、15mg/L、18mg/L和空白试验，在50℃的水浴中浓缩至6.0倍，pH值控制在8.50±0.1，测定其水样中Ca2+含量（试验结果如表2所示），以通过静态试验确定在循环冷却水中添加缓蚀阻垢剂的浓度范围。
表2：静态阻垢剂剂量试验结果
从表2可以看出，阻垢剂浓度控制在12～18mg/L时，水样中Ca2+明显增加，说明添加的阻垢剂浓度加大时浓缩倍率越高。
（2）静态缓蚀试验
通过旋转挂片测试腐蚀性能，测试其挂片的腐蚀速率。挂片材质选用TP304不锈钢金属试片，将2000ml水样置于2000ml烧杯中，烧杯放入旋转挂片腐蚀测定仪中，调整旋转挂片的转速为125转/min，水浴温度恒定在45±1℃，测试其挂片的失重情况。通过旋转挂片试验结果表明，TP304不锈钢试片表面仍然保持金属光泽，不存在点蚀现象，腐蚀速率为0.0019mm/a，符合《工业循环冷却水处理设计规范》“GB50050-2017”规定＜0.005mm/a的要求。
4.4 动态模拟试验
在静态阻垢性能试验的基础上，最大限度的模拟循环冷却水系统的运行工况，进一步检验缓蚀阻垢剂的最佳加药量和长期连续运行情况的缓蚀、阻垢性能。
动态模拟试验的浓缩倍率为1～6.59倍，试验温度为45±1℃，高效缓蚀阻垢剂的浓度控制在12-18mg/L，保持系统连续运行240h。试验结束后分析，TP304不锈钢试片的腐蚀速率为0.0022～0.0025mm/a，腐蚀速率符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2017 ）规定＜0.005mm/a的要求，对传热元件的污垢热阻进行实时监测，污垢热阻值稳定，对动态装置中的换热元件进行检查，不存在水垢和其它附着物。
5. 结论
缓蚀阻垢剂在循环冷却水中的缓蚀阻垢机理是非常复杂的过程，本文从不同角度阐明了常用缓蚀阻垢剂的缓蚀阻垢剂机理，根据贵州某厂多年的运行经验，简要阐明了新型高效缓蚀阻垢剂的开发应用。通过静态缓蚀阻垢试验和动态模拟试验验证和评价了缓蚀阻垢剂的最佳加药方案。
参考文献:
[1] 高秀山，张渡．火电厂循环冷却水处理[M]．北京：中国电力出版社，2001
[2] 王勤娜，施宝昌等. 工业循环冷却水缓蚀阻垢剂的发展状况. 化工进展,2001(5)
论文作者:王继祥
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：阻垢剂论文; 作用论文; 冷却水论文; 机理论文; 羧酸论文; 晶体论文; 水中论文; 《电力设备》2019年第8期论文;