火电厂循环冷却水处理方案的选择
在循环水水质较差的大容量火电厂中，循环冷却水排污量大；当除灰系统为干式除灰时，大量的循环冷却水排污水就无法重复利用。为了减少循环冷却水系统的排污量，节约用水，就需适当提高循环水的浓缩倍率。但如果补充水水质较差，又要求循环水高浓缩倍数运行，就必须对循环水的补充水进行处理。目前，处理方法多种多样，各有利弊。根据详细的技术经济比较结论看，在循环水水质较差，即HCO32-、Ca2+、SO42-都较高的大容量火电厂中，循环水补充水宜选用“部分弱酸树脂和稳定剂联合处理系统”。
现以一个2×2023t/h 锅炉和2×600MW 凝汽式汽轮发电机组（正压气力除灰）的设计水量和水质为例，通过计算和经济技术比较予以说明。
1 循环水设计水量及其给水水质
1.1 循环水设计水量
见表1。
|
表1 循环水设计水量和各项损失量 |
||
|
项目 |
水量/（t.h-1) |
损失率（%） |
|
循环水总量 |
140000 |
|
|
循环水补充量 |
2559 |
1.75 |
|
蒸发损失量（平均） |
2069 |
1.478 |
|
风吹损失量 |
140 |
0.10 |
|
排污量（平均） |
350 |
0.25 |
|
浓缩倍率 |
5 |
|
1.2 循环水补给水设计水质
见表2。
|
表2 循环水补给水设计水质 |
|||
|
分析项目 |
质量浓度/（mg.L-1) |
浓度/（mmol.L-1) |
|
|
阳离子 |
Na+ |
12.2 |
0.53 |
|
K+ |
3.0 |
0.08 |
|
|
Ca2+ |
90.2 |
4.51 |
|
|
Mg2+ |
20.7 |
1.73 |
|
|
阴离子 |
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 |
总硬度 |
|
5.20 |
|
非碳酸盐硬度（永久硬度） |
|
2.31 |
|
|
碳酸盐硬度（暂时硬度） |
|
3.89 |
|
|
酸碱度 |
总碱度 |
|
3.89 |
|
pH |
|
7.79 |
|
|
其它 |
总固体 |
456.0 |
|
|
溶解固体 |
413.4 |
||
|
悬浮物 |
42.6 |
||
|
灼烧减少固体 |
136.8 |
||
|
全硅（SiO2) |
8.0 |
||
|
活性硅（SiO2) |
6.5 |
||
|
胶硅（SiO2) |
1.5 |
||
|
化学耗氧量CODMn |
0.9 |
||
|
电导率（25℃）μS/cm |
|
||
|
游离CO2 |
6.6 |
||
2 设计方案的选择
该系统除灰采用干式除灰，循环水排污水的重复利用率很低，为了节水节能，要求循环水在高浓缩倍率下运行。
当浓缩倍率为5倍时，计算的循环水的郎格利尔饱和指数为3.74、雷兹纳稳定指数为1.58。可以判断出循环水处于严重的结垢状态。因此，必须对循环水补充水进行适当的处理，才能使凝汽器处于良好的运行状态。
2.1 常用防垢方法
① 单纯加硫酸处理：在循环水补充水中加入H2SO4，利用H2SO4中和水中碱度的方法来保证循环水的稳定运行。
② 加硫酸和稳定剂处理：先在循环水补充水中加入一定量的H2SO4，使补充水的碱度降到一定程度，再利用加水质稳定剂来保证循环水稳定运行。?
③ 石灰处理：向澄清池中投加石灰乳，使水中的碱度和碳酸盐硬度降低，不产生CaCO3结垢。
④ 全部弱酸树脂处理：利用弱酸阳离子交换树脂除去水中碳酸盐硬度和部分碱度。使循环水中的硬度和碱度降低。再用缓蚀剂来防止循环水系统的腐蚀。
⑤部分弱酸树脂处理：将一部分补充水采用弱酸树脂处理，加入稳定剂进行稳定处理，以保证循环水中的碳酸盐不结垢。该方法也叫“部分弱酸树脂和稳定剂联合处理系统”。?
2.2 常用防垢方法的比较
对于方法①②，由于大多数工程的冷却塔环境类别属于Ⅰ类，允许循环水中的SO42-含量到500mg/L[1]，超过时就会对其混凝土产生中等腐蚀。该系统一般宜控制循环水中SO42-含量小于1500mg/L。补给水中SO42-含量为108.0mg/L，经计算，如果采用方法①和②，循环水中SO42-含量将大于1500mg/L，补给水SO42-含量高的系统不适合采用“加酸处理”方案。
对于方案③，由于系统复杂，运行环境差，管道容易堵塞，计量系统自动化较难实现。因此，明显不适合运行人员少、自动化水平高的大容量机组采用。
因此，经济可行的处理方案只有④全部弱酸树脂处理系统，⑤部分弱酸树脂处理系统。
3 弱酸树脂处理方案的确定
3.1 全部弱酸树脂处理系统
根据有关资料[2]详细计算后知，控制弱酸树脂交换器平均出水钙离子含量为0.670mmo欤疞时，平均碱度为0.17mmol/L。如以这样的出水水质做循环水补充水，当循环水浓缩倍率为5时，循环水朗格利尔指数为0，雷兹纳指数为7.7。这说明循环水的碳酸盐是处于稳定状态。
当弱酸离子交换器平均出水碱度为0.17 mmol/L，据有关资料计算后知，双流弱酸床如上层树脂装填高度为1000，下层树脂装填高度为1300，上层树脂工作交换容量就为2000 mol/m3（D113树脂）。
关键的问题是，在实际运行中，要想使循环水处于既不结垢、又不腐蚀的状态是比较困难的。这可以从郎格利尔指数和雷兹纳饱和指数的控制上看出这一点。理论上郎格利尔指数为0，雷兹纳指数为6.0时，循环水处于既不结垢也不腐蚀的状态，但是两指数很难同时达到上述条件。另外，全部弱酸处理水中[HCO3-]/｛[Cl-]＋[SO42-]｝（以mg/L计）的比值变得远远小于1，这很不利于点蚀的控制。因此，如果采用全部弱酸处理水作为循环水补给水，就应辅以加缓蚀剂处理，以控制腐蚀。特别是在机组启动初期，循环水浓缩倍率较低时，加缓蚀剂至关重要。
综上所述，循环水补充水采用全部弱酸树脂处理水，技术上是可行的，只要控制系统在合适的出水水质范围内，再辅以普遍采用的缓蚀剂处理来消除腐蚀问题，就能保证循环水处于稳定的运行状态。?
3.1.2 优缺点比较
采用全软化处理的优点是在除去水中碱度的同时也除去了水中部分硬度，从根本上解决了结垢问题。系统简单、运行条件好、易于实现自动化操作和控制。缺点是基建投资大、运行费用高、占地面积大。控制不好易发生腐蚀。废水排放量大，约为172t/h，使废水处理系统负担增加、费用增大。
3.2 部分弱酸树脂处理系统
3.2.1 对水质的适用性
依据水质资料及其它有关资料[2]。经详细计算后得知，如将60％的弱酸树脂处理水与40％的生水混合，其混合后的水质见表3。如以此水作循环水补充水，循环水的郎格利尔指数为２.37，雷兹纳指数为3.81，pH值为8.5，碳酸盐硬度为8.3mmol/L。从指数上看，该水结垢较严重，但目前电站循环水中应用的稳定剂。能够将循环水中的碳酸盐硬度稳定在9mmol/L以上。因此，只要加入合适的稳定剂，就能使循环水既不结垢、也不腐蚀，处于良好的运行状态。
另外，该处理方案对循环水的结垢和腐蚀平衡的要求，不象全部弱酸处理时那么苛刻——必须控制循环水的郎格利尔指数为0。一般设计控制郎格利尔指数为2.5[3]，实际上不结垢的条件要比2.5高一些，因而水质允许在一定范围内波动。另外，点蚀指标[HCO3-]/｛[Cl-]＋[SO42-]｝比全部弱酸处理时大很多，这对控制点蚀很有利。
3.2.2 优缺点比较
采用部分软化处理的优点是系统运行条件好，易于实现自动化。投资和占地面积较之全部弱酸处理系统减少了近20％，运行费用也减少34％左右运行时水质容易控制，安全可靠，废水排放量小，缺点是较之全部弱酸处理来说，运行操作复杂一点。
3.3 两种方案的经济比较
两种方案的主要经济指标见表4。
|
|
|||||||
|
项目 |
生水水质 |
全部弱酸树脂处理 |
60%弱酸树脂处理 |
|
|||
|
系统出水水质 |
预计循环水水质 |
系统出水水质 |
预计循环水水质 |
|
|||
|
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 |
|
|
|
循环水稳定性判断 |
饱和pH值pHs |
5.32 |
|
7.7 |
|
6.18 |
|
|
郎格利尔指数 |
3.74 |
|
0 |
|
2.37 |
|
|
|
雷兹纳指数 |
1.58 |
|
7.0 |
|
3.81 |
|
|
|
稳定性 |
严重结垢 |
|
稍有波动就腐蚀（加缓蚀剂防腐） |
|
结垢（加稳定剂稳定） |
|
|
|
表4 两种处理方案的主要荆棘指标 |
|||
|
项目 |
全部弱酸树脂处理系统 |
60%弱酸树指处理系统 |
|
|
占地面积/m3 |
1875 |
1500 |
|
|
软化水设备总动力/（t.h-1) |
2738 |
1643 |
|
|
系统总投资/万元 |
1500 |
1200 |
|
|
设备年折旧费/万元 |
30 |
24 |
|
|
年药品消耗量 |
98%硫酸/t、万元 |
3220t、193.2万元 |
1932t、115、92万元 |
|
水稳剂/t、万元 |
|
45t、62.1万元 |
|
|
缓蚀剂/t、万元 |
30t、70.8万元 |
|
|
|
药品年消耗费/万元 |
264 |
178.02 |
|
|
系统年耗电量/kWh |
728000 |
436800 |
|
|
年电费/万元 |
15.29 |
9.17 |
|
|
树脂年填补量/t |
4.3 |
2.58 |
|
|
树脂年消耗费/万元 |
12.9 |
7.74 |
|
|
系统年增加水耗/t |
879000 |
52740 |
|
|
系统年增加水耗及处理费/（万元.a-1) |
70.32 |
42.19 |
|
|
年总年运行费/万元 |
392.51 |
261.12 |
|
|
废物排放 |
废水排放量/（m3.d-1) |
4116 |
2470 |
|
废渣排放量/（t.d-1) |
14.87(废水中含CaSO4) |
8.92(废水中含CaSO4) |
|
|
浓缩倍率 |
5 |
5 |
|
4 结束语
综合前面的分析、技术及经济比较，可以看出，在补充水的HCO32-、Ca2+、SO42-都较高的大容量火电厂中的循环冷却水处理设计中，补充水处理方法宜选用“部分弱酸树脂和稳定剂联合处理系统”。该处理方法具有运行浓缩倍率高，排污量小，运行容易控制，安全可靠；废水排放量小，投资和运行费用都低的特点。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
