循环冷却水总碱度偏高处理措施浅析

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【摘要】通过对循环水总碱度偏高的原因的分析，研究了碳酸钙结垢对循环水系统设备的危害。采取了相应处理措施防垢，使循环水浓缩倍率由2.0-2.5提高到5.0-5.5，减少排污量，节约了水资源。
【关键词】循环水 加酸 防垢 节水
循环冷却用水是火力发电厂最大的水消耗，因此采用相应措施提高循环冷却水的浓缩倍率，降低循环水补水量具有重要的现实意义。我厂循环冷却水投入运行以来，循环水补水采用经弱酸阳床处理后的软化水。由于生水主要是地表水全碱度在2.0-7.5mol/L之间，水质很不稳定，随着运行时间的延长循环冷却水碱度偏高，为防止结垢只能将浓缩倍率控制在2.0-2.5之间。致使频繁排污，补水量也较高，造成大量的水消耗。针对这一问题，我们对原因进行了分析，寻找合理的措施解决循环水碱度高的问题，提高浓缩倍率，降低补水量。
1 原因分析
引起循环水碱度偏高的原因很多，针对我厂循环水系统原因主要有：生水碱度高；循环水中游离二氧化碳的大量溢出等，现分析如下。
1.1 生水碱度高
我厂生水主要为地表水，来水碱度就较高，属于负硬水（碱度大于硬度），经过弱酸阳床离子交换器交换处理。弱酸阳离子交换器共3 台，最大出力为450 t/h，盐酸再生。
从弱酸阳床出水水质特性可看出，负硬水经弱酸阳床处理后仍为负硬水。我厂生水即为负硬水，因此经弱酸阳床处理后碱度仍大于硬度，随着循环浓缩，碱度变大。
1.2 二氧化碳溢出
循环水中主要影响碱度的是水中的游离二氧化碳以及碳酸氢盐离子。水中游离二氧化碳对碳酸氢盐分解有抑制作用。循环水在受热与播撒蒸发中，水中游离的二氧化碳不断溢出到空气中，加速水中碳酸氢盐的分解，致使水中碱度不断升高。从热力学角度上讲，大气中二氧化碳的分压仅30Pa，与之平衡存在与水中的二氧化碳仅0.5mg/L，即使不对循环水加热和播撒，也会由于水中游离二氧化碳在与大气中二氧化碳平衡过程中降低。水中游离二氧化碳的降低，使循环水碱度升高。
2 碱度偏高的影响
循环水中碱度偏高会使凝汽器铜管表面产生点腐蚀长时间受热就会在凝汽器铜管上形成漏点。也会造成铜管表面的碳酸盐结垢影响凝汽器换热效率，详细分析如下。
2.1 铜管碱性腐蚀
在含盐量小的水中，铜管表面可能生成一层致密的Cu（OH）2保护膜，而在含盐量大，碱度偏高的水中则会腐蚀产物为绿色碱式铜盐CuCl2·Cu（OH）2或CuCO3·2 Cu（OH）2，此类膜疏松多孔，在换热面较高温度下极易被破坏而失去保护作用。2.2 碳酸盐结垢
我们对凝汽器铜管上的垢样进行成分分析，结果如下表1。
经过垢样分析确认管束表面沉积物的主要组分是碳酸盐垢。碳酸盐成垢原因如下：
经弱酸阳床处理后的循环水中主要以碳酸氢盐形式在，Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2最不稳定，极易分解成碳酸盐当循环冷却水中溶解的重碳酸盐较多时，水流经过换热器表面，特别是温度较高的表面，就会受热分解，其反应如下：
Ca（HCO3）2→CaCO3↓+ H2O+CO2 ↑
当循环水通过冷却塔，溶解在水中的二氧化碳就会逸出，反应平衡右移，循环水碱度升高，水的pH 值就会升高，此时，重碳酸盐在碱性条件下也会产生CaCO3沉淀。我厂在前期运行过程中，为防止碳酸盐结垢，只能将浓缩倍率控制在2.0-2.5经常采用大量排污的方式，结果造成大量的循环水浪费.
3 处理措施
为了解决循环水碱度过高，只能采用大排大补的方式防止结垢，从而造成大量水耗。针对这一问题，处理方法有以下两种。
3.1 利用软化水降低补水硬度
通过离子交换去除补水中的Ca2+和Mg2+等硬度离子，降低补充水的部分碳酸盐硬度和部分碱度而达到预防无机垢沉积的目的。结合弱酸床运行的经济性，经综合分析计算，确定了弱酸床制水最佳失效终点，即控制出水碱度在1.8～2.0 mmol/L，控制出水硬度1.0mmol/L为失效点。同时，根据出水水质特点，为使循环水补水水质基本保持稳定，合理投入运行床体台次。同时再生时将置换时间从之前的1.5小时缩短至1小时，降低补水的pH值，降低补水碱度。
3.2 循环水加酸处理
3.2.1 处理方法
为了提高循环水浓缩倍率，降低循环水系统用水量，循环水系统增上了加酸系统。通过加酸调pH 值，可以将循环水的浓缩倍率提高至5.0-5.5，有效地降低循环水系统补水量。通过向循环水系统加入硫酸，中和掉水中的部分碱度，降低临界pH值而减轻结垢倾向。其反应式如下：
使循环水中总碱度得到降低。通过加酸处理，使循环水中游离的二氧化碳得到稳固反应式如下：
Ca（HCO3）2→CaCO3↓+H2O + CO2↑
使平衡反应向左侧进行，使水中硬度离子以碳酸氢盐形式存在。防止了碳酸盐水垢的形成。3.2.2 工艺流程
循环水加酸处理的加药系统为浓硫酸由槽车运来，转移到储酸罐中，通过pH工业仪表做控制调节信号的计量加药系统将酸加入循环水中。
3.2.3 控制标准
通过加酸处理后循环水水质得到大大改善，制定相应得水质控制标准如下：
碱度（mmol/L）2.0-3.0； pH 8.0-8.6；浓缩倍率 5.0-5.5；硬度（mmol/L）﹤2.8 4 运行效果及效益
4.1 运行效果
确定处理措施后，对#2机在相同负荷，#1水塔在相同补水水质工况下不同浓缩倍率的补水情况进行对比试验。
未加酸处理时，浓缩倍率控制2.5-3.0，平均供水量165T/h，弱酸阳床还原台次为0.5台次/日。加酸处理后，浓缩倍率控制5.0-5.5，平均供水量83.8T/h，弱酸阳床还原台次为0.2台次/日。
经过加酸处理后，循环水浓缩倍率得到大大提高，循环水补水量降低一半，循环水弱酸阳离子交换床再生次数也降低一半。大大降低了循环水补水量和弱酸阳床运行周期，减少酸液的消耗。
4.2 效益分析
由对比试验数据计算年总结月费用457800元，同时减少排污操作次数，降低劳动强度，大大减少水资源浪费，具有明显的经济效益社会效益。
5 结语
循环水在火力发电厂中是重要的水消耗，水质受外界影响因素较多。研究经济有效的处理措施降低循环水碱度，提高浓缩倍率具有重要的现实意义和经济意义。
参考文献
[1] 于保立.循环水加酸改善水质工艺[J].河南化工，2004（10）
[2] 周军，窦照英.绿色防垢技术，化学工业出版社，2003.12