穆冬梅
西北電力設(shè)計(jì)院?陜西 西安 710032 摘要：火電廠循環(huán)冷卻水量較大，節(jié)水效果明顯。對(duì)采用高硬度、高堿度，高硫酸根含量的水作循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水時(shí)，采用部分軟化方法具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，廢水排放量小、管理方便的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：火電廠；循環(huán)冷卻水；軟化水；弱酸樹(shù)脂
中圖分類號(hào)：TU991.27
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1009-2455（2000）06-0015-03 在循環(huán)水水質(zhì)較差的大容量火電廠中，循環(huán)冷卻水排污量大；當(dāng)除灰系統(tǒng)為干式除灰時(shí)，大量的循環(huán)冷卻水排污水就無(wú)法重復(fù)利用。為了減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污量，節(jié)約用水，就需適當(dāng)提高循環(huán)水的濃縮倍率。但如果補(bǔ)充水水質(zhì)較差，又要求循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運(yùn)行，就必須對(duì)循環(huán)水的補(bǔ)充水進(jìn)行處理。目前，處理方法多種多樣，各有利弊。根據(jù)詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)論看，在循環(huán)水水質(zhì)較差，即HCO32-、Ca2+、SO42-都較高的大容量火電廠中，循環(huán)水補(bǔ)充水宜選用“部分弱酸樹(shù)脂和穩(wěn)定劑聯(lián)合處理系統(tǒng)”。
現(xiàn)以一個(gè)2×2023t/h 鍋爐和2×600MW 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組（正壓氣力除灰）的設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)為例，通過(guò)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較予以說(shuō)明。 1 循環(huán)水設(shè)計(jì)水量及其給水水質(zhì) 1.1 循環(huán)水設(shè)計(jì)水量
見(jiàn)表1。 表1 循環(huán)水設(shè)計(jì)水量和各項(xiàng)損失量| 項(xiàng)目 | 水量/（t.h-1) | 損失率（%） | | 循環(huán)水總量 | 140000 | | | 循環(huán)水補(bǔ)充量 | 2559 | 1.75 | | 蒸發(fā)損失量（平均） | 2069 | 1.478 | | 風(fēng)吹損失量 | 140 | 0.10 | | 排污量（平均） | 350 | 0.25 | | 濃縮倍率 | 5 | | 1.2 循環(huán)水補(bǔ)給水設(shè)計(jì)水質(zhì)
見(jiàn)表2。 表2 循環(huán)水補(bǔ)給水設(shè)計(jì)水質(zhì)| 分析項(xiàng)目 | 質(zhì)量濃度/（mg.L-1) | 濃度/（mmol.L-1) | | 陽(yáng)離子 | Na+ | 12.2 | 0.53 | | K+ | 3.0 | 0.08 | | Ca2+ | 90.2 | 4.51 | | Mg2+ | 20.7 | 1.73 | | 陰離子 | OH- | 0 | 0 | | CO32- | 0 | 0 | | HCO3- | 237.3 | 3.89 | | Cl- | 13.6 | 0.38 | | SO42- | 108.0 | 2.25 | | NO3- | 20.0 | 0.32 | | 硬度 | 總硬度 | | 5.20 | | 非碳酸鹽硬度（永久硬度） | | 2.31 | | 碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度） | | 3.89 | | 酸堿度 | 總堿度 | | 3.89 | | pH | | 7.79 | | 其它 | 總固體 | 456.0 | | 溶解固體 | 413.4 | | 懸浮物 | 42.6 | | 灼燒減少固體 | 136.8 | | 全硅（SiO2) | 8.0 | | 活性硅（SiO2) | 6.5 | | 膠硅（SiO2) | 1.5 | | 化學(xué)耗氧量CODMn | 0.9 | | 電導(dǎo)率（25℃）μS/cm | | | 游離CO2 | 6.6 | 2 設(shè)計(jì)方案的選擇 該系統(tǒng)除灰采用干式除灰，循環(huán)水排污水的重復(fù)利用率很低，為了節(jié)水節(jié)能，要求循環(huán)水在高濃縮倍率下運(yùn)行。
當(dāng)濃縮倍率為5倍時(shí)，計(jì)算的循環(huán)水的郎格利爾飽和指數(shù)為3.74、雷茲納穩(wěn)定指數(shù)為1.58。可以判斷出循環(huán)水處于嚴(yán)重的結(jié)垢狀態(tài)。因此，必須對(duì)循環(huán)水補(bǔ)充水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，才能使凝汽器處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。
2.1 常用防垢方法
?、?單純加硫酸處理：在循環(huán)水補(bǔ)充水中加入H2SO4，利用H2SO4中和水中堿度的方法來(lái)保證循環(huán)水的穩(wěn)定運(yùn)行。
② 加硫酸和穩(wěn)定劑處理：先在循環(huán)水補(bǔ)充水中加入一定量的H2SO4，使補(bǔ)充水的堿度降到一定程度，再利用加水質(zhì)穩(wěn)定劑來(lái)保證循環(huán)水穩(wěn)定運(yùn)行。?
?、?石灰處理：向澄清池中投加石灰乳，使水中的堿度和碳酸鹽硬度降低，不產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢。
?、?全部弱酸樹(shù)脂處理：利用弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去水中碳酸鹽硬度和部分堿度。使循環(huán)水中的硬度和堿度降低。再用緩蝕劑來(lái)防止循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕。
?、莶糠秩跛針?shù)脂處理：將一部分補(bǔ)充水采用弱酸樹(shù)脂處理，加入穩(wěn)定劑進(jìn)行穩(wěn)定處理，以保證循環(huán)水中的碳酸鹽不結(jié)垢。該方法也叫“部分弱酸樹(shù)脂和穩(wěn)定劑聯(lián)合處理系統(tǒng)”。?
2.2 常用防垢方法的比較
對(duì)于方法①②，由于大多數(shù)工程的冷卻塔環(huán)境類別屬于Ⅰ類，允許循環(huán)水中的SO42-含量到500mg/L[1]，超過(guò)時(shí)就會(huì)對(duì)其混凝土產(chǎn)生中等腐蝕。該系統(tǒng)一般宜控制循環(huán)水中SO42-含量小于1500mg/L。補(bǔ)給水中SO42-含量為108.0mg/L，經(jīng)計(jì)算，如果采用方法①和②，循環(huán)水中SO42-含量將大于1500mg/L，補(bǔ)給水SO42-含量高的系統(tǒng)不適合采用“加酸處理”方案。
對(duì)于方案③，由于系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境差，管道容易堵塞，計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)化較難實(shí)現(xiàn)。因此，明顯不適合運(yùn)行人員少、自動(dòng)化水平高的大容量機(jī)組采用。
因此，經(jīng)濟(jì)可行的處理方案只有④全部弱酸樹(shù)脂處理系統(tǒng)，⑤部分弱酸樹(shù)脂處理系統(tǒng)。 3 弱酸樹(shù)脂處理方案的確定 3.1 全部弱酸樹(shù)脂處理系統(tǒng)
3.1.1 對(duì)水質(zhì)的適用性
根據(jù)有關(guān)資料[2]詳細(xì)計(jì)算后知，控制弱酸樹(shù)脂交換器平均出水鈣離子含量為0.670mmo歟疞時(shí)，平均堿度為0.17mmol/L。如以這樣的出水水質(zhì)做循環(huán)水補(bǔ)充水，當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率為5時(shí)，循環(huán)水朗格利爾指數(shù)為0，雷茲納指數(shù)為7.7。這說(shuō)明循環(huán)水的碳酸鹽是處于穩(wěn)定狀態(tài)。
當(dāng)弱酸離子交換器平均出水堿度為0.17 mmol/L，據(jù)有關(guān)資料計(jì)算后知，雙流弱酸床如上層樹(shù)脂裝填高度為1000，下層樹(shù)脂裝填高度為1300，上層樹(shù)脂工作交換容量就為2000 mol/m3（D113樹(shù)脂）。
關(guān)鍵的問(wèn)題是，在實(shí)際運(yùn)行中，要想使循環(huán)水處于既不結(jié)垢、又不腐蝕的狀態(tài)是比較困難的。這可以從郎格利爾指數(shù)和雷茲納飽和指數(shù)的控制上看出這一點(diǎn)。理論上郎格利爾指數(shù)為0，雷茲納指數(shù)為6.0時(shí)，循環(huán)水處于既不結(jié)垢也不腐蝕的狀態(tài)，但是兩指數(shù)很難同時(shí)達(dá)到上述條件。另外，全部弱酸處理水中[HCO3-]/｛[Cl-]＋[SO42-]｝（以mg/L計(jì)）的比值變得遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，這很不利于點(diǎn)蝕的控制。因此，如果采用全部弱酸處理水作為循環(huán)水補(bǔ)給水，就應(yīng)輔以加緩蝕劑處理，以控制腐蝕。特別是在機(jī)組啟動(dòng)初期，循環(huán)水濃縮倍率較低時(shí)，加緩蝕劑至關(guān)重要。
綜上所述，循環(huán)水補(bǔ)充水采用全部弱酸樹(shù)脂處理水，技術(shù)上是可行的，只要控制系統(tǒng)在合適的出水水質(zhì)范圍內(nèi)，再輔以普遍采用的緩蝕劑處理來(lái)消除腐蝕問(wèn)題，就能保證循環(huán)水處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。??
3.1.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較
采用全軟化處理的優(yōu)點(diǎn)是在除去水中堿度的同時(shí)也除去了水中部分硬度，從根本上解決了結(jié)垢問(wèn)題。系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行條件好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作和控制。缺點(diǎn)是基建投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大?？刂撇缓靡装l(fā)生腐蝕。廢水排放量大，約為172t/h，使廢水處理系統(tǒng)負(fù)擔(dān)增加、費(fèi)用增大。
3.2 部分弱酸樹(shù)脂處理系統(tǒng)
3.2.1 對(duì)水質(zhì)的適用性
依據(jù)水質(zhì)資料及其它有關(guān)資料[2]。經(jīng)詳細(xì)計(jì)算后得知，如將60％的弱酸樹(shù)脂處理水與40％的生水混合，其混合后的水質(zhì)見(jiàn)表3。如以此水作循環(huán)水補(bǔ)充水，循環(huán)水的郎格利爾指數(shù)為２.37，雷茲納指數(shù)為3.81，pH值為8.5，碳酸鹽硬度為8.3mmol/L。從指數(shù)上看，該水結(jié)垢較嚴(yán)重，但目前電站循環(huán)水中應(yīng)用的穩(wěn)定劑。能夠?qū)⒀h(huán)水中的碳酸鹽硬度穩(wěn)定在9mmol/L以上。因此，只要加入合適的穩(wěn)定劑，就能使循環(huán)水既不結(jié)垢、也不腐蝕，處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。
另外，該處理方案對(duì)循環(huán)水的結(jié)垢和腐蝕平衡的要求，不象全部弱酸處理時(shí)那么苛刻——必須控制循環(huán)水的郎格利爾指數(shù)為0。一般設(shè)計(jì)控制郎格利爾指數(shù)為2.5[3]，實(shí)際上不結(jié)垢的條件要比2.5高一些，因而水質(zhì)允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。另外，點(diǎn)蝕指標(biāo)[HCO3-]/｛[Cl-]＋[SO42-]｝比全部弱酸處理時(shí)大很多，這對(duì)控制點(diǎn)蝕很有利。
3.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較
采用部分軟化處理的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行條件好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。投資和占地面積較之全部弱酸處理系統(tǒng)減少了近20％，運(yùn)行費(fèi)用也減少34％左右運(yùn)行時(shí)水質(zhì)容易控制，安全可靠，廢水排放量小，缺點(diǎn)是較之全部弱酸處理來(lái)說(shuō)，運(yùn)行操作復(fù)雜一點(diǎn)。
3.3 兩種方案的經(jīng)濟(jì)比較
兩種方案的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表4。 表3 生水及各系統(tǒng)平均出水、循環(huán)水水質(zhì)對(duì)照| 項(xiàng)目 | 生水水質(zhì) | 全部弱酸樹(shù)脂處理 | 60%弱酸樹(shù)脂處理 | | 系統(tǒng)出水水質(zhì) | 預(yù)計(jì)循環(huán)水水質(zhì) | 系統(tǒng)出水水質(zhì) | 預(yù)計(jì)循環(huán)水水質(zhì) | | Na+/(mg.L-1) | 12.2 | 12.0 | 61 | 12.2 | 61 | | K+/(mg.L-1) | 3.0 | 3.0 | 15 | 3.0 | 15 | | Ca2+/(mg.L-1) | 90.2 | 13.4 | 67 | 44.2 | 221 | | Mg2+/(mg.L-1) | 20.7 | 20.7 | 103.5 | 20.7 | 103.05 | | Cl-/(mg.L-1) | 13.6 | 13.6 | 68 | 13.6 | 68 | | SO42-/(mg.L-1) | 108.0 | 108.0 | 540 | 108.0 | 540 | | NO3-/(mg.L-1) | 20.0 | 20.0 | 100 | 20.0 | 100 | | HCO3-/(mg.L-1) | 237.3 | 10.37 | 51.85 | 101.26 | 506.3 | | CO32-/(mg.L-1) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | | OH-/(mg.L-1) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | | CO2/(mg.L-1) | 6.6 | 163.68 | 1.5 | 98.12 | 1.5 | | SiO2/(mg.L-1) | 8.0 | 8.0 | 40 | 8.0 | 40 | | 全固形物/（mg.L-1) | 456.0 | 372.95 | 1047.85 | 429.08 | 1656.3 | | pH | 7.79 | | 7.7 | | 8.5 | | 循環(huán)水穩(wěn)定性判斷 | 飽和pH值pHs | 5.32 | | 7.7 | | 6.18 | | 郎格利爾指數(shù) | 3.74 | | 0 | | 2.37 | | 雷茲納指數(shù) | 1.58 | | 7.0 | | 3.81 | | 穩(wěn)定性 | 嚴(yán)重結(jié)垢 | | 稍有波動(dòng)就腐蝕（加緩蝕劑防腐） | | 結(jié)垢（加穩(wěn)定劑穩(wěn)定） | 表4 兩種處理方案的主要荊棘指標(biāo)| 項(xiàng)目 | 全部弱酸樹(shù)脂處理系統(tǒng) | 60%弱酸樹(shù)指處理系統(tǒng) | | 占地面積/m3 | 1875 | 1500 | | 軟化水設(shè)備總動(dòng)力/（t.h-1) | 2738 | 1643 | | 系統(tǒng)總投資/萬(wàn)元 | 1500 | 1200 | | 設(shè)備年折舊費(fèi)/萬(wàn)元 | 30 | 24 | | 年藥品消耗量 | 98%硫酸/t、萬(wàn)元 | 3220t、193.2萬(wàn)元 | 1932t、115、92萬(wàn)元 | | 水穩(wěn)劑/t、萬(wàn)元 | | 45t、62.1萬(wàn)元 | | 緩蝕劑/t、萬(wàn)元 | 30t、70.8萬(wàn)元 | | | 藥品年消耗費(fèi)/萬(wàn)元 | 264 | 178.02 | | 系統(tǒng)年耗電量/kWh | 728000 | 436800 | | 年電費(fèi)/萬(wàn)元 | 15.29 | 9.17 | | 樹(shù)脂年填補(bǔ)量/t | 4.3 | 2.58 | | 樹(shù)脂年消耗費(fèi)/萬(wàn)元 | 12.9 | 7.74 | | 系統(tǒng)年增加水耗/t | 879000 | 52740 | | 系統(tǒng)年增加水耗及處理費(fèi)/（萬(wàn)元.a-1) | 70.32 | 42.19 | | 年總年運(yùn)行費(fèi)/萬(wàn)元 | 392.51 | 261.12 | | 廢物排放 | 廢水排放量/（m3.d-1) | 4116 | 2470 | | 廢渣排放量/（t.d-1) | 14.87(廢水中含CaSO4) | 8.92(廢水中含CaSO4) | | 濃縮倍率 | 5 | 5 | 4 結(jié)束語(yǔ) 綜合前面的分析、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較，可以看出，在補(bǔ)充水的HCO32-、Ca2+、SO42-都較高的大容量火電廠中的循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)中，補(bǔ)充水處理方法宜選用“部分弱酸樹(shù)脂和穩(wěn)定劑聯(lián)合處理系統(tǒng)”。該處理方法具有運(yùn)行濃縮倍率高，排污量小，運(yùn)行容易控制，安全可靠；廢水排放量小，投資和運(yùn)行費(fèi)用都低的特點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)： [1]?DL/T 5068-1996，火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S]??
[2]?郁寶興，孫年生 工業(yè)冷卻水處理及水質(zhì)穩(wěn)定劑的應(yīng)用[M]陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1989?
[3]?姜兆雁?電力設(shè)計(jì)水處理技術(shù)[J]，1998，（3）：2～13.
作者簡(jiǎn)介：
穆冬梅（1960-），女，1985年畢業(yè)于武漢水利電力學(xué)院，現(xiàn)在西北電力設(shè)計(jì)院化學(xué)水處理專業(yè)工作，高級(jí)工程師。 | 
