臨界機(jī)組循環(huán)冷卻水處理

一、冷卻水系統(tǒng)類型在火力發(fā)電廠，凝汽器采用的冷卻水系統(tǒng)分直流式、密閉循環(huán)式和敞開循環(huán)式三種。1、直流式冷卻水系統(tǒng)在直流式冷卻水系統(tǒng)中冷卻水只通過(guò)設(shè)備一次，用過(guò)后直接排走，該系統(tǒng)用水量大。一般在水源充足及水一次通過(guò)不易引起結(jié)垢的地方采用。該系統(tǒng)不需要冷卻塔處理，故投資少，操作簡(jiǎn)單，但是占據(jù)了大量水資源，不符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。2、封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是指冷卻水在一個(gè)完全密閉的系統(tǒng)中不斷地循環(huán)運(yùn)行。在此系統(tǒng)中，冷卻水在凝汽器中獲得的熱量通過(guò)一個(gè)面式冷卻器散發(fā)至大氣中(稱“干式冷卻”或“空氣冷卻”)，隨后又重復(fù)使用。此種冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)是：冷卻水不與空氣接觸，不受陽(yáng)光照射，進(jìn)行密閉循環(huán)，基本上不需補(bǔ)充水。此系統(tǒng)中，常采用加有緩蝕劑的除鹽水作為冷卻介質(zhì)。第一節(jié)凝汽器冷卻水系統(tǒng)3、敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)冷卻水在凝汽器中獲得的熱量，直接在冷卻塔或其它設(shè)備散發(fā)至大氣中，失去熱后再回至熱交換器，重復(fù)其傳遞熱量的過(guò)程。在水源水量比較緊張和天然水污染日趨嚴(yán)重的今日，此種系統(tǒng)應(yīng)用最廣。本章著重介紹敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，水不斷蒸發(fā)而損失，因而水中各種物質(zhì)不斷濃縮，水質(zhì)隨著濃縮倍數(shù)（循環(huán)冷卻水中的含鹽量與補(bǔ)充水中的含鹽量的比值或循環(huán)冷卻水中的氯離子濃度與補(bǔ)充水中的氯離子濃度的比值表示。）的增加而變差。導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕和微生物繁殖。為防止水質(zhì)惡化，必須排放一部分濃縮了的水，補(bǔ)充一部分新鮮水。二、敞開循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)

在敞開循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)中，因水質(zhì)問(wèn)題可能發(fā)生的故障之一是水中雜質(zhì)附著在冷卻設(shè)備的傳熱面上或其他通道中。此種物質(zhì)稱為沉積物或污垢。沉積物的組成通常很復(fù)雜，本章把沉積物分為水垢和污泥兩類，這是根據(jù)它們的物理特性和形成原因而加以區(qū)分的。

水垢是以鹽類化合物為主要組成的沉積物。它通常是致密和堅(jiān)硬的、牢固地附著在設(shè)備的過(guò)水通道中，特別是水、汽受熱面上。在冷卻水系統(tǒng)中也能會(huì)形成水垢，是一些難溶的化合物，如碳酸鈣、磷酸鎂和硅酸鎂等。當(dāng)采用未經(jīng)處理的天然水作為冷卻水時(shí)，最常見的水垢是碳酸鈣型的水垢。

污泥是指那些比較疏松的、多孔的或呈凝膠狀的沉積物。污泥的組成物質(zhì)通常很多，它們常常夾雜有泥砂、各種腐蝕產(chǎn)物、微生物或其分泌的粘液以及生物的代謝產(chǎn)物及其腐爛產(chǎn)物等。有時(shí)候，在冷卻水系統(tǒng)中形成的沉積物是水垢與污泥的混雜體，難以區(qū)分。1、工藝流程循環(huán)冷卻水經(jīng)過(guò)循環(huán)水泵打至凝汽器，在凝汽器中，冷卻水冷卻汽輪機(jī)作功后的乏汽，然后回至雙曲線冷卻塔，使冷卻水的熱量散發(fā)至大氣中；然后，再由循環(huán)水泵打至凝汽器。補(bǔ)充水補(bǔ)充系統(tǒng)因蒸發(fā)、風(fēng)吹、泄漏和排污而損失的水，補(bǔ)充水補(bǔ)至冷卻塔中。2、水量平衡循環(huán)水系統(tǒng)中補(bǔ)充水量是按照各種損失量之和來(lái)確定的，所以在正常運(yùn)行的條件下循環(huán)水系統(tǒng)中的水量保持恒定。這樣，便可作如下衡算：3、水質(zhì)穩(wěn)定性的判斷1）循環(huán)冷卻水的穩(wěn)定性在循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)中，最容易形成水垢的物質(zhì)是CaCO3，如果水中CO2

小于平衡值，反應(yīng)向左進(jìn)行，水中有CaCO3

析出，CaCO3

附著在受熱面上形成水垢；如果水中CO2

大于平衡值，水具有侵蝕性且CaCO3

溶解，可引起金屬等的腐蝕；如果恰好維持上述平衡關(guān)系，則這種水既不會(huì)在管道中結(jié)垢，又不會(huì)產(chǎn)生腐蝕，這種水即為穩(wěn)定的水。不穩(wěn)定的水一個(gè)明顯的標(biāo)志是有CaCO3

析出或在加入CaCO3

后會(huì)溶解。

CaCO3

垢的形成必然是因水中CaCO3

超過(guò)了它的溶解度。但是，并不是CaCO3

超過(guò)溶解度時(shí)一定會(huì)成垢，因?yàn)樵谔烊凰羞€存在著許多干擾成垢過(guò)程的物質(zhì)。典型的物質(zhì)是有機(jī)物，它們常常會(huì)抑制垢的形成。為此，CaCO3

是否會(huì)成垢的問(wèn)題不僅僅憑溶度積判斷，而需采用理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法。2）水質(zhì)穩(wěn)定性的判斷方法（1）極限碳酸鹽硬度法如果將循環(huán)水的補(bǔ)充水，在其工作溫度下進(jìn)行蒸發(fā)，則通?？梢园l(fā)現(xiàn)在其濃縮的初期水中碳酸鹽硬度隨著升高，但當(dāng)達(dá)到某一極限值時(shí)，它便不再升高，而是停留在某一數(shù)值上。這個(gè)值稱為此循環(huán)水在此溫度下的極限碳酸鹽硬度，其所以有一個(gè)極限是因?yàn)樵诖撕蟮臐饪s過(guò)程中有CaCO3

沉淀物析出，水中碳酸鹽硬度不再隨著升高的關(guān)系。各種循環(huán)水的極限碳酸硬度值可由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)調(diào)試尋求，在設(shè)計(jì)工作中可用模擬試驗(yàn)求取。（2）朗格里爾飽和指數(shù)（簡(jiǎn)稱飽和指數(shù)）IL

法水的實(shí)際PH值與水中碳酸鈣處于平衡時(shí)的PH值間的差值稱為飽和指數(shù)。當(dāng)IL＝0不結(jié)垢不腐蝕

IL＞0結(jié)垢；

IL＜0腐蝕。在實(shí)用上，IL

在±0.25～0.30范圍內(nèi)時(shí)，可以認(rèn)為是穩(wěn)定水。第二節(jié)防垢處理

為了防止結(jié)垢，我國(guó)火電廠敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)廣泛使用了水質(zhì)穩(wěn)定劑，常用的藥劑類別有無(wú)機(jī)聚合磷酸鹽、有機(jī)膦酸鹽、聚羧酸類聚合物等。過(guò)去采用單一藥劑，現(xiàn)在則采用復(fù)合配方。一、阻垢劑的種類1、天然有機(jī)高分子阻垢劑：最早使用的有淀粉、纖維素、單寧、磺化木質(zhì)素等天然有機(jī)高分子化合物，現(xiàn)在基本上不單獨(dú)使用。2、聚磷酸鹽：聚磷酸鹽是由磷酸脫水而衍生出來(lái)的一系列縮合磷酸鹽，主要有三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。3、有機(jī)膦類阻垢劑：有機(jī)膦類阻垢劑與無(wú)機(jī)聚磷酸鹽相比，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易水解和降解，能耐較高的水溫。它可分為兩類：第一類有機(jī)磷阻垢劑是有機(jī)多元膦酸，其分子中有兩個(gè)或兩個(gè)以上膦酸基直接與碳原子相連的有機(jī)膦化合物。常用的主要有ATMP、HEDP等。4、有機(jī)低分子量聚合物阻垢劑：根據(jù)它們的官能團(tuán)分，可分為三類：（1）陰離子型，如含有－COONa、－SO3Na官能團(tuán)；（2）陽(yáng)離子型，如含有－NH3Cl官能團(tuán)；（3）非離子型，如含有－CONH2、－OH官能團(tuán)；常用的主要有聚丙烯酸（或鈉鹽）、聚馬來(lái)酸、聚甲基丙烯酸（或鈉鹽）等。二、阻垢劑的選擇原則（1）阻垢效果好，對(duì)金屬的腐蝕影響小。（2）化學(xué)穩(wěn)定性好。在高濃縮倍率和高溫情況下，以及與緩蝕劑、殺菌滅藻并用時(shí)，阻垢效果均無(wú)明顯下降。（3）無(wú)毒或低毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。（4）易于制備、運(yùn)輸、貯存，價(jià)格低廉。（5）配制、投加、操作簡(jiǎn)便。第三節(jié)污泥的形成與防止冷卻水系統(tǒng)中的污泥主要來(lái)源于循環(huán)冷卻水中各種懸浮物和微生物新陳代謝過(guò)程中生成的黏泥。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中水溫和pH值適宜多種微生物的生長(zhǎng)，微生物的數(shù)量和它們生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)源均隨循環(huán)水的濃縮而增加，冷水塔水池常年露置室外，陽(yáng)光充足，也有利于微生物的生長(zhǎng)。微生物的滋長(zhǎng)，對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)會(huì)構(gòu)成危害，所以必須對(duì)其進(jìn)行控制。一、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物

循環(huán)冷卻水中最常見并有危害作用的微生物，大致有藻類、細(xì)菌和真菌三類。1、藻類藻類可分為藍(lán)藻、綠藻、硅藻、黃藻和褐藻。大多數(shù)藻類是廣溫性的，最適宜的生長(zhǎng)溫度約為10～20℃。

冷卻塔和噴水池是藻類最適宜的生長(zhǎng)區(qū)域，因?yàn)檫@些地方具備了藻類繁殖的三個(gè)基本條件，即空氣、水和陽(yáng)光。藻類在構(gòu)筑物上不斷地繁殖和脫落，易于導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)內(nèi)形成泥垢。其結(jié)果是影響正常的水流分配和冷卻效果，甚至?xí)l(fā)生加速點(diǎn)蝕。2、細(xì)菌在冷卻水系統(tǒng)中生存的細(xì)菌有多種，對(duì)它們的控制比較困難，因?yàn)閷?duì)一種細(xì)菌有毒性的藥劑，對(duì)另一種細(xì)菌可能沒(méi)有作用。細(xì)菌產(chǎn)生的粘液會(huì)導(dǎo)致污泥，因?yàn)樗鼈儠?huì)把懸浮于水中的固體微粒粘合起來(lái)，并附著于金屬表面。3、真菌真菌的種類很多，大量繁殖時(shí)可以形成棉團(tuán)狀，附著于金屬表面或堵塞管道。二、微生物的危害

冷卻水系統(tǒng)中，由微生物的滋生繁殖引起的危害如下：1．形成粘泥沉積物產(chǎn)生粘液的微生物，在凝汽器管內(nèi)附著生長(zhǎng)，形成一種軟的有彈性的微生物粘液層。這些粘液能將懸浮在水中的無(wú)機(jī)垢、腐蝕產(chǎn)物、灰沙淤泥等粘結(jié)在一起形成粘泥沉積物，附著在管壁上。它不僅影響水側(cè)傳熱效率，還會(huì)使水管截面積變小，限制水的流量而影響冷卻效果。2．加速金屬設(shè)備的腐蝕凝汽器管內(nèi)附著微生物粘泥后，將產(chǎn)生垢下腐蝕。有些細(xì)菌在代謝過(guò)程中生成的分泌物還會(huì)直接腐蝕金屬。有些細(xì)菌的氧化物，可使局部區(qū)域的pH值降低，加速金屬腐蝕。細(xì)菌促進(jìn)金屬腐蝕的過(guò)程是多種多樣的，而在大多數(shù)情況下，是各種細(xì)菌共同作用所造成的。

三、影響微生物生長(zhǎng)的因素影響冷卻水中微生物生長(zhǎng)的因素主要有以下幾點(diǎn)：

(1)溫度。一般在20℃～30℃的水溫中，，微生物滋生繁殖很快，高于35℃時(shí)，在冷卻水中常見的大部分微生物就會(huì)死亡。因此，凝汽器中有機(jī)附著物的生長(zhǎng)，以春秋季最為嚴(yán)重。

(2)光照。光照能促進(jìn)藻類繁殖。光照越強(qiáng)，藻類越易繁殖，所以藻類特別易于在冷卻塔內(nèi)出現(xiàn)。脫落的藻類會(huì)促進(jìn)銅壁內(nèi)粘垢的形成。

(3)水中其它物質(zhì)含量。水中含有微量蛋白質(zhì)，會(huì)助長(zhǎng)微生物生長(zhǎng)。采用磷酸鹽處理冷卻水時(shí)，磷化物是微生物和藻類生長(zhǎng)的養(yǎng)分。

(4)銅管的清潔度。在潔凈的銅管內(nèi)，微生物不易生長(zhǎng)。這是因?yàn)樾裸~管壁上有一層銅的氧化物，可以殺死微生物。舊銅管內(nèi)的這種氧化物被外來(lái)的附著物覆蓋，容易滋生微生物。

(5)冷卻水中的含砂量。冷卻水中夾帶有大量的粘土和細(xì)砂等雜質(zhì)時(shí)，會(huì)把有機(jī)附著物沖掉，所以用江河水作為冷卻水時(shí)，遇到洪水期，凝汽器銅管內(nèi)有機(jī)附著物就會(huì)減少。四、微生物的控制

控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物生長(zhǎng)的方法可根據(jù)微生物的生長(zhǎng)條件進(jìn)行選擇，其控制方法一般有以下幾種：

1）防止日光照射：藻類的生存和繁殖，需要日光照射進(jìn)行光合作用，如能遮斷陽(yáng)光，就可防止藻類的產(chǎn)生。對(duì)于小型水池、水箱可以采用加蓋的方法來(lái)遮斷陽(yáng)光，而對(duì)大型水池和高大的冷水塔則無(wú)法采用；

2）過(guò)濾處理：對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行過(guò)濾預(yù)處理，可除去水中的藻類、浮游物和細(xì)菌等。對(duì)循環(huán)水進(jìn)行旁流過(guò)濾處理，可去除懸浮的渾濁物和菌、藻類等微生物；

3）投加殺生劑。1、殺菌劑的選擇在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，投加殺生劑是目前控制微生物污染的常用方法。殺生劑的作用是殺死或抑制生物的生長(zhǎng)和繁殖。選用時(shí)應(yīng)盡量滿足以下要求：1）低毒或無(wú)毒，并不會(huì)產(chǎn)生毒性積累。如有毒時(shí)，其毒性應(yīng)易于降解且便于處理；2）必須具有廣譜性，對(duì)藻類、細(xì)菌、真菌等均能殺滅；同時(shí)，對(duì)微生物粘泥有穿透性和分散性；3）所選殺生劑必須與系統(tǒng)中所用的緩蝕、阻垢劑相匹配，不相互干擾；4）要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。在冷卻系統(tǒng)中要盡量少與其它物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以免影響殺菌滅藻效果；5）配制和使用要方便，價(jià)格便宜，且便于操作。2、殺菌劑的分類按化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)殺生劑和有機(jī)殺生劑兩類。氯、臭氧、二氧化氯屬于無(wú)機(jī)殺生劑；氯化酚、季胺鹽、丙烯醛等屬于有機(jī)殺生劑。按殺生劑的機(jī)理分，一般可分為氧化型殺生劑和非氧化型殺生劑兩大類。氯、臭氧、二氧化氯均為氧化型殺生劑；電公司循環(huán)水處理一般采用的是氧化型殺生劑。1）氯用于殺菌的氯劑有：液氯、漂白粉、次氯酸鈉等。氯是最常用的殺菌劑，它具有價(jià)格低廉、有效、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛采用。氯溶解在水中，和水發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):

Cl2＋H2O→HOCl＋HCl

此反應(yīng)是可逆的，生成的次氯酸（即有效氯）是一種非常強(qiáng)的氧化劑，它很容易通過(guò)微生物的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，發(fā)揮其氧化作用，使細(xì)菌中的酶遭到破壞，將細(xì)菌殺滅。次氯酸在水中還會(huì)電離為次氯酸根，其反應(yīng)為：

HOCl→H＋＋OCl－此反應(yīng)也是可逆的，次氯酸根的殺菌作用遠(yuǎn)不如次氯酸好，一般只有HOCl的1%～2%.影響次氯酸電離程度的是冷卻水的PH值。2）臭氧臭氧是一種非常強(qiáng)的氧化劑，它的反應(yīng)為O3→O2＋【O】.因生成的初生態(tài)氧【O】具有極強(qiáng)的氧化性，它破壞細(xì)胞的蛋白質(zhì)，降低還原酶的活性，從而