循环水处理工艺改变及循环水药剂筛选试验研究

杨少才，周 多，侯亚波

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

循环水处理工艺改变及循环水药剂筛选试验研究

杨少才，周 多，侯亚波

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

通过对某发电公司的循环冷却水药剂筛选的静态、动态试验研究，对该厂中水工艺改变进行可行性技术研究，为该厂的循环水药剂处理及中水的合理应用提出科学的建议。

循环冷却水；中水；阻垢剂

1 概述

某发电公司2台300 MW机组的凝汽器管材为TP317不锈钢，采用闭式循环冷却水方式，以市污水处理厂一级B中水为补充水水源。循环水设计浓缩倍率为3.6倍，循环水冷却塔排污水经石灰、混凝、澄清过滤处理工艺后，一部分返回循环水系统，另一部分进行化学处理。自2011年4月投运以来，循环水排污水经过石灰、混凝、澄清处理后的污泥产生量较大，每天产生150余t，仅运输及人工费用每天约1 800元。

为确保机组的安全、经济、稳定运行，拟改进中水现处理工艺。为此，本文进行了水处理工艺改变的可行性试验研究。

1.1 循环水系统的主要参数

该厂原设计的循环水系统主要参数见表1。

1.2 循环冷却水的补充水水质概况

该厂以市污水厂一级B中水作为补充水水源。该水源水质的波动范围及设计进厂水质指标见表2。

表1 循环水系统主要参数

表2数据表明，中水水质具如下特点。

b. CODCr、TFe、浊度及正PO43－偶有超标，但各项指标基本在正常值范围。

2 中水处理工艺改变的可行性试验

2.1 静态试验

2.1.1 循环水药剂筛选试验［1］

以污水厂中水作为循环水补充水，用3种阻垢剂分别进行了阻垢性能、加药剂量及旋转挂片腐蚀等对比试验。通过不同药剂在最佳剂量条件下的极限碳酸盐硬度和稳定的最高浓缩倍率以及对不锈钢、碳钢的腐蚀状况综合分析，筛选出适于该厂应用的水处理药剂。

该试验结果作为中水不经石灰、混凝澄清过滤处理，直接用作补充水的可行性依据之一。

试验用水水质见表3。试验用水水质较好，除浊度超标较多、CODMn稍有超标外，其它均达设计指标要求。

2.1.2 阻垢性能试验［2］

2.1.2.1 试验条件

试验药品1号药、2号药、3号药，加药剂量分别为12 mg／L、15 mg／L、20 mg／L。

2.1.2.2 试验方法

采用电力系统常用的静态极限碳酸盐硬度法，以ΔA≤0.2为水质稳定性判断指标。

2.1.2.3 加药剂量试验结果

3种药剂不同加药量稳定的极限碳酸盐硬度（简称极限碳硬）和浓缩倍率，见图1—3。

图1 1号药剂量试验

图2 2号药剂量试验

图3 3号药剂量试验

2.1.2.4 阻垢性能对比试验

以3种药剂、加药量20 mg／L的数据绘制的阻垢试验曲线见图4、图5和图6。在试验水质条件下，3种药剂对比试验结果如下。

a. 1号药剂阻垢性能较好，加药量为20 mg／L时的极限碳硬为8.07 mmol／L；稳定浓缩倍率为3.78倍。

b. 2号药剂碳酸盐阻垢性能尚好，但当pH＞8.6时，有锌盐析出，溶液浑浊度大。

c. 3号药剂阻垢性能较差，且随加药量增加，效果增加不明显。

表2 某污水厂中水水质概况及设计指标

表3 试验用中水的相关水质概况

图4 1号药阻垢试验曲线

图5 2号药阻垢试验曲线

图6 3号药阻垢试验曲线

2.1.3 腐蚀试验［3］

2.1.3.1 试验方法

采用GB／T 18175—2000水处理剂缓蚀性能的测定方法，于旋转挂片仪上进行试验。

2.1.3.2 试验条件

试验用3种药品加药量16 mg／L，时间115 h，试验用A3钢、TP316不锈钢标准试片，使用该厂提供的中水。

2.1.3.3 试验过程及结果

a.按HG／T3523—2008冷却水化学处理标准腐蚀试片技术条件的要求进行试片处理。

b.在试验杯中，分别加入3种药剂及试验用水，每种药剂为2个试验杯（一杯放A3钢试片；另一杯放TP316不锈钢试片）。

c.将试验杯置入旋转挂片机内恒温加热浓缩，当浓缩倍率2.0倍以上时，悬挂试片并计时至115 h结束。取出试片称重并计算腐蚀速率。试验结果见表4。

表4 腐蚀试验结果

由表4数据可看出：

a.3种药剂在加药浓度同为16 mg／L条件下，A3钢的腐蚀速率均较高，三者间相差不大（国家标准对碳钢换热设备的规定为≤0.075 mm／a）。

b.3种药剂在上述试验条件下，不锈钢的腐蚀速率均达国家标准（≤0.005 mm／a）要求。2.1.4 循环水阻垢、缓蚀试验结果综合分析

在中水水质条件下，不经石灰、混凝、澄清等处理的静态循环水阻垢、缓蚀试验结果分析如下。

a.1号药剂的阻垢性能较好，当按补水的加药量为20 mg／L时，可稳定循环水浓缩倍率至3.78倍，与硫酸联合处理可达3.6倍以上。

b.3种药剂对不锈钢的缓蚀效果较好，腐蚀速率均达国家标准要求；3种药剂对碳钢的缓蚀效果欠佳，药剂中应适当增加碳钢缓蚀成分。

c.试验中水的浊度和COD较高，致使循环水的浊度和COD超过指标限度。应对进厂中水的COD和浊度指标严格把关，避免产生生物粘泥及污垢下的不锈钢点腐蚀。

2.2 动态试验［4］

通过静态配方筛选试验，由3种药剂阻垢、缓蚀性能的相对比较，该厂决定选用1号药剂作为循环水阻垢缓蚀处理剂。为进一步考核其应用效果，对1号药剂进行动态模拟阻垢、缓蚀性能试验。

2.2.1 试验条件

温度入口35±1℃，出口45±1℃；流速1.0～1.5 m／s；流量1.0～1.1 m3／h。加药量20 mg／L；试验用污水厂中水。腐蚀试验片A3、Tp316标准试片。

2.2.2 试验水质

试验用水的分析结果见表5。

表5 动态试验用中水的水质分析、检验

2.2.3 试验结果

2.2.3.1 阻垢性能

当循环水浓缩倍率为2.6倍时ΔA和ΔCa均超标，极限碳硬为6.75 mmol／L。后采用阻垢缓蚀剂与硫酸联合处理方式，循环水浓缩倍率达4.67倍时ΔCa超标。阻垢试验结果见图7试验曲线。

图7 动态模拟试验曲线

2.2.3.2 腐蚀试验结果

于动态试验装置的腐蚀试验管内分别悬挂A3和TP316腐蚀试片各2枚，达到规定时间取出，按有关要求处理后，称重并计算腐蚀速率。试验结果见表6。

表6 动态腐蚀试验结果

2.2.4 试验分析

a.动态试验期间所用中水的JD、YD、Ca2＋均较静态试验为高，再加流速等因素的影响，导致不加酸时稳定的极限碳硬及浓缩倍率均有降低。

b.在试验水质条件下，当循环水浓缩倍率大于2.5时，应采用阻垢缓蚀剂与硫酸联合处理方式。只要加酸适宜，控制循环水的pH在要求范围，可稳定浓缩倍率至4倍以上。

c.不锈钢的腐蚀速率达国家标准要求；A3钢腐蚀速率较高、试片表面锈蚀产物多，去除腐蚀产物后留有较多腐蚀斑块。

d.循环水的极限碳硬和稳定的浓缩倍率与所加药剂的阻垢效果、补充水水质和加酸量大小有关。

e.在一定水质条件下，加酸量的多少主要取决于药剂的阻垢性能。药剂的阻垢性能越好，稳定的极限碳硬越高，则加酸量越少。

3 水处理工艺改进的可行性分析

3.1 目前水处理工艺流程

为节约水资源，环评批复本工程采用市污水厂中水用作工业水水源，任何情况下不得外排。因此原设计的水处理工艺流程为中水→循环水塔盆，部分循环水→机械加速澄清池，进行石灰、混凝澄清处理→重力式砂滤池→清水池→一部分回至塔盆；另一部分去化学车间。

3.1.1 循环水塔排污水水质概况

目前水处理工艺的设计思路是将浓缩3.6倍的循环水排污水进行石灰、混凝澄清、过滤等处理后，一部分用作循环水的补充水，另一部分到化学车间处理，达到零排放的目的。循环水（排污水）的水质概况见表7。

表7 循环水排污水的水质概况

循环水塔排污水的水质具有如下特点。

a.JD多数大于3.0 mmol／L，当循环水浓缩倍率达3.6倍以上时，若处理不当，在凝汽器管内将结生CaCO3水垢。因此，循环水塔排污水必须进行石灰、混凝澄清等深度处理，去除大部分碳酸盐碱度，以满足药剂阻垢等处理的需求。

b.浊度、CODCr远高于再生回用水指标，存在粘泥故障及污垢下点腐蚀的隐患，必经混凝、澄清处理达指标要求。

3.1.2 存在问题

a.由于该处理工艺不能去除水中的永硬，随Ca2＋、Mg2＋及SO42－、Cl－的不断循环浓缩，其离子浓度将逐渐增高并形成恶性循环，存在产生CaSO4及Ca3（PO4）2水垢的倾向；同时由于Cl－的不断浓缩，将加速碳钢和不锈钢的点腐蚀。

b.由于该处理方式只能去除30%～40%有机物，其残留的有机物将随循环过程的进行越积越多，存在粘泥污堵及污垢下金属点腐蚀的隐患，同时将增加杀菌、灭藻处理费用及胶球清洗难度。

c.石灰处理维护工作量大，且在澄清处理过程中产生大量污泥，运输和人工费用高，每年将多耗40余万元。

3.2 拟改变的中水水处理工艺

由于目前处理方式存在以上弊端，根据试验数据和分析，提出如下水处理工艺流程：

方案1：中水直接补充至循环水系统，循环水石灰旁流处理站停用。

方案2：中水→机械加速澄清池，经混凝澄清（少加或不加石灰）处理→重力式砂滤池→清水池→循环水塔盆及化学车间。

3.2.1 中水进机械加速澄清池混凝澄清处理试验［5］

此项试验是为验证中水直接进入机械加速澄清池，不加石灰只经混凝澄清处理的可行性，并对比混凝处理前、后的水质变化特点进行比较。

3.2.1.1 试验条件

常温（26～27℃）；搅拌速度40～150 r／min。PAC加药量10 mg／L、20 mg／L；PAM加药量0.5 mg／L、1.0 mg／L。试验用污水厂中水。

3.2.1.2 试验过程

a.于1号、2号1 000 mL烧杯中分别加入PAC10 mg／L、20 mg／L；先快速搅拌，后再慢速搅拌；静止后观察两杯中矾花生成情况。结果表明：1号生成矾花细小，且量少；2号杯生成矾花细小，但量增多，沉降速度较慢。

b.方法同上，PAC加入量增至30 mg／L，并在慢速搅拌过程中分别加入PAM0.5 mg／L、1.0 mg／L。静止后观察两杯中矾花生成情况，试验结果为：PAC药量30 mg／L、PAM加量1.0 mg／L时生成的矾花最好，沉降速度较快。24 h后取上清液进行各项水质分析、检验。

3.2.1.3 混凝澄清处理试验结果

污水厂中水经混凝澄清处理前后的水质分析结果见表8。

表8 混凝澄清处理前后的主要水质分析结果

中水经混凝澄清处理后的水质变化主要表现如下。

a.浊度明显降低，由14.3 NTU降至1.08 NTU，去除率92.5%；胶硅去除率90%。

b.COD降低幅度亦较大，去除率约40%；TFe去除率24.5%。其余各项水质指标变化不大。

c.在试验水质条件下，中水直接进入机械加速澄清池，经混凝澄清处理即可解决浊度、COD及TFe超标问题。

3.3 某污水厂中水水质数据分析及改变工艺的适用性分析

a.JD较低，多数小于1.5 mmol／L。该水质条件下，若中水直接进入机加池，可不加石灰；当JD过高或混凝澄清处理效果不好时可加少量石灰进行处理。该处理工艺的排泥量可大量减少，从而节省运输泥渣及石灰处理的费用。

b.浊度、CODCr及TFe偶有超标，可经混凝澄清、过滤等处理达设计指标。

c.因该中水的水质远好于循环水的排污水，处理工艺可简化。

d.不会出现永硬及有机物等水质的恶性循环，可消除产生CaSO4、Ca3（PO4）2水垢隐患，并避免粘泥下点腐蚀的发生。

3.4 存在问题

a.将污水厂来的中水直接引入机械搅拌澄清池，需重新铺设一段管路，将增加部分投资。

b.增加排污水量及排污收费。

4 可行性分析

4.1 改进后水处理工艺的技术可行性分析

4.1.1 方案1

a.循环水处理药剂的阻垢性能及腐蚀试验结果表明，严格控制中水进厂水质在设计指标范围内，该水处理技术可行。若阻垢、缓蚀剂选择得当，与硫酸联合处理可满足浓缩倍率3.6倍以上的需求。

b.该处理工艺简单、经济。在中水达到设计指标前提下，不需加石灰、混凝剂和助凝剂，节省药品费用，减少运送泥渣以及运行维护等费用。

c.需加强杀菌灭藻处理及胶球处理力度，解决生物粘泥污堵及沉积物下的金属点腐蚀等问题。

d.化学不能直接用中水，必须采用自来水，将增加费用。需通过经济分析后，确定其可行性。

4.1.2 方案2

a.混凝澄清处理前后水质对比结果表明：中水经混凝澄清处理后，浊度、COD、全硅、TFe等均可达设计指标要求，技术可行。

b.取消石灰处理或不定时的少量加石灰处理可减少泥渣运输及运行维护等费用。

c.没有原处理工艺的水质恶性循环问题。

d.增加排污水量及排污收费。

4.2 改进后水处理工艺的经济效益分析

通过目前水处理工艺与改进后水处理工艺的加药费用，补、排水费用和运行维护等费用的对比，进行经济效益估算，见表9。

表9 经济效益分析万元／a

经济效益分析如下。

a.在允许排污条件下取消预处理，中水直接用作循环冷却水系统补充水处理工艺（方案1），技术上可行。但化学用自来水费用太高，不经济。

b.中水直补进机械加速澄清池（不加石灰）的处理工艺（方案2），可减少预处理药品费用、泥渣运输费用及运行维护费用，但排污费用稍有增加。与现处理工艺相比，每年可节约523.9万元，具有明显的经济效益。

5 结论

a.目前水质条件下，中水直补进机械加速澄清池，取消石灰处理（方案2）的工艺，技术上可行。具有明显的经济效益，每年可节省523.9万元。

b.方案2的处理工艺可解决泥渣运输及石灰处理设备运行维护等方面存在的问题。但化学除盐水水源需用自来水，费用高不经济。

c.在试验水质条件下，当循环水浓缩倍率大于2.5时，应采用阻垢缓蚀剂与硫酸联合处理方式。只要加酸适宜，控制循环水pH值在要求范围，可稳定浓缩倍率至4倍以上。

d.循环水的极限碳硬和稳定的浓缩倍率与所加药剂的阻垢效果、补充水水质和加酸量大小有关。在一定水质条件下，加酸量的多少主要取决于药剂的阻垢性能。药剂的阻垢性能越好，稳定的极限碳硬越高，则加酸量越少。

e.因动态试验只能采用一种水质，而工业应用中的水质变化幅度较大，故需进行工业调整试验，以确定经济、适宜的加药量和加酸量及稳定的浓缩倍率等。建立水质稳定性判断方法，进而制定切实可行的循环水监督、控制指标及运行管理与停备用防腐措施等，以确保机组的安全、经济运行。

f.应对每批药品的质量进行监测，并严格把关。

［1］金志文，张 强，郑敏聪.平芋电厂循环水阻垢剂的评价与运行优化［J］.淮河工学院学报，2011，20（1）：58－61.

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Experimental Study on Treatment Technology Change of Circulating Water and Fungicide Selection

YANG Shaocai，ZHOU Duo，HOU Yabo
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Feasibility study of regenerated water treatment technology change is carried out by static，dynamic test of circulating cool⁃ing water agent in given generation company.The scientific advice and improvement suggestions are provided for the treatment of circu⁃lating cooling water agent and the reasonable application of regenerated.

circulating cooling water；regenerated water；scale inhibitor

TM621.8

A

1004－7913（2016）12－0028－06

杨少才（1985），男，工程师，主要从事电厂化学试验及相关研究工作。

2016－09－20）