火電廠多水源補水循環(huán)水系統(tǒng)污染分析及應(yīng)對策略
【西安純水設(shè)備http://www.108clf.cn】某火電廠循環(huán)水系統(tǒng)有多種補水水源，其中之一為鋁冶煉廠蒸汽凝結(jié)水。由于在生產(chǎn)過程中發(fā)生液堿漏入凝結(jié)水系統(tǒng)，受污染的凝結(jié)水又回用補入循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致該火電廠循環(huán)水受到污染。通過采取科學(xué)合理的應(yīng)對處理措施，循環(huán)水水質(zhì)恢復(fù)正常，未造成設(shè)備腐蝕、結(jié)垢等不良后果。
工業(yè)企業(yè)是用水大戶且絕大部分都為工藝?yán)鋮s用水。以火電廠為例，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水量幾乎占整個火電廠用水量的90%以上。目前，越來越多的濕冷火電機組循環(huán)水系統(tǒng)使用再生水等多種水源作為補充水，由此循環(huán)水受到污染的風(fēng)險也同時增大。
循環(huán)水發(fā)生污染后，若處理不當(dāng)會導(dǎo)致凝汽器和各種換熱器發(fā)生腐蝕和結(jié)垢。凝汽器發(fā)生腐蝕會引起冷卻水管穿孔、開裂，從而增加了設(shè)備的檢修次數(shù)，使設(shè)備的使用壽命縮短并使發(fā)電成本增加。而凝汽器結(jié)垢會導(dǎo)致?lián)Q熱器的熱交換效率降低，發(fā)電能耗增加，如果需要停機清洗換熱器則經(jīng)濟損失更大。因此，采用快速有效的應(yīng)對策略處理循環(huán)水系統(tǒng)的污染非常重要。
1 機組及循環(huán)水系統(tǒng)概況
某火電廠2臺300 MW亞臨界燃煤自備濕冷發(fā)電機組為鋁冶煉廠提供電力和工藝用蒸汽，其循環(huán)水系統(tǒng)以處理后的制藥廢水回用水、地表水以及鋁冶煉廠蒸汽凝結(jié)水（以下簡稱凝結(jié)水）作為補充水水源，每臺機組補充水量約為500 t/h，其中凝結(jié)水水量約80 t/h，其余為處理后的廢水回用水和地表水。循環(huán)水各補充水水質(zhì)見表1。
從表1可以看出，凝結(jié)水的水質(zhì)好于其他2種水源水質(zhì)，但凝結(jié)水易受鋁冶煉廠某些工藝過程的污染。根據(jù)各換熱器材質(zhì)（見表2），對循環(huán)冷卻水采用加硫酸、水質(zhì)穩(wěn)定劑和加殺菌劑的方法進行處理。
2 循環(huán)水污染情況
2018年3月6日發(fā)現(xiàn)2號水塔循環(huán)水外觀異常，混濁且呈灰白色，而1號水塔水質(zhì)正常。根據(jù)循環(huán)水外觀及補充水水源分析認為，最大的可能是鋁冶煉廠受污染的凝結(jié)水補入了2號水塔，造成整個2號水塔循環(huán)水的污染，鋁冶煉廠反饋信息也驗證了上述分析。
取2號水塔循環(huán)水和凝結(jié)水水樣進行分析，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水酚酞堿度超過30 mmol/L，循環(huán)水水質(zhì)主要控制指標(biāo)也有多項異常（見表3），表明2號水塔循環(huán)水受到了較強堿性物質(zhì)的污染。循環(huán)水中的COD和氨氮并未超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978— 1996）要求，分別為36.8、0.1 mg/L。
3 循環(huán)水污染應(yīng)對及處理
在切斷污染源的同時，根據(jù)堿性污染源和循環(huán)水的水質(zhì)采取了相應(yīng)措施。（1）加大硫酸和緩釋阻垢劑加入量，降低循環(huán)水結(jié)垢風(fēng)險；（2）加大2號水塔排污量和補水量，將受污染的水盡快置換排出；（3）為避免循環(huán)水中的懸浮物沉積在凝汽器管內(nèi)，造成凝汽器結(jié)垢和垢下腐蝕，連續(xù)運行2號水塔凝汽器膠球清洗系統(tǒng)。
3月7日，對2號水塔循環(huán)水主要水質(zhì)指標(biāo)進行了分析（見表4），全堿度降至6.7 mmol/L，水質(zhì)基本正常，2號水塔循環(huán)水外觀也逐漸恢復(fù)正常。
4 循環(huán)水污染分析
1）凝結(jié)水污染原因分析
鋁冶煉廠部分原材料（氧化鋁）是由粉煤灰提煉而得到。在提煉過程中，粉煤灰和液體氫氧化鈉混合，通過蒸汽加熱發(fā)生反應(yīng)，可將粉煤灰中的硅脫除，然后進行后續(xù)工藝過程。在脫硅過程中，發(fā)生堿液泄漏到蒸汽凝結(jié)水中。將其用作循環(huán)水補水，導(dǎo)致循環(huán)水發(fā)生污染。
2）循環(huán)水污染機理分析
循環(huán)水受到強堿性物質(zhì)污染后，其堿度和pH大幅升高，懸浮物質(zhì)量濃度達到500 mg/L（水質(zhì)正常時懸浮物質(zhì)量濃度僅為12~20 mg/L）。因懸浮物含量高，導(dǎo)致循環(huán)水外觀呈灰白色。將水中的懸浮物采用X-射線熒光能譜儀進行成分分析，結(jié)果見表5。
注：各項目數(shù)值均以質(zhì)量分數(shù)計。
從表5可以看出，懸浮物中存在鋁的化合物，但懸浮物主要成分為鈣、鎂的化合物。常溫下，MgO和H2O的水化反應(yīng)進行得很緩慢，這是因為MgO和H2O反應(yīng)生成的Mg(OH)2難溶于水，它包裹在MgO的表面，抑制了MgO和H2O的進一步反應(yīng)。而CaO的水化反應(yīng)現(xiàn)象比較劇烈，CaO和H2O反應(yīng)放出大量的熱，生成白色的沉淀物Ca(OH)2，使溶液變渾濁。
本次泄漏到凝結(jié)水中的液體NaOH在水中電離后生成OH-，其與Ca2+結(jié)合形成微溶的Ca(OH)2，因此造成了污染后的循環(huán)水外觀呈灰白色。
5 循環(huán)水污染處理策略分析
1）降低堿度
污染后由于循環(huán)水的堿度和pH均升高，水中的Ca(HCO3)2容易轉(zhuǎn)化成CaCO3沉積在換熱器上。因此必須盡快降低循環(huán)水堿度，以避免凝汽器和其他換熱器結(jié)垢。向循環(huán)水系統(tǒng)加硫酸是降低循環(huán)水堿度的主要方法，其可將水中的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變成非碳酸鹽硬度（CaSO4）。
2）膠球清洗
連續(xù)運行膠球清洗裝置，對凝汽器管內(nèi)壁進行撞擊和磨擦，從而達到將凝汽器管內(nèi)壁泥垢清洗干凈的目的。循環(huán)水水質(zhì)正常條件下，膠球清洗投運6 h/d即可滿足要求。但在循環(huán)水發(fā)生污染后，懸浮物含量升高、結(jié)垢趨勢增大的情況下，連續(xù)運行膠球清洗裝置，可以有效降低懸浮物在凝汽器不銹鋼管沉積的幾率。
6 循環(huán)水污染處理效果評價
1）凝汽器結(jié)垢情況
凝汽器真空是表征凝汽器工作正常與否的主要指標(biāo)，對汽輪機運行的經(jīng)濟性具有重大影響。影響凝汽器傳熱端差的因素比較復(fù)雜，主要包括凝汽器傳熱特性、熱負荷、清潔系數(shù)、空氣量及冷卻水系統(tǒng)特性等。在本系統(tǒng)中其他參數(shù)均沒有變化，因此凝汽器的清潔程度（結(jié)垢）是影響凝汽器端差的唯一因素。通過循環(huán)水系統(tǒng)污染前后的負荷、真空及凝汽器端差參數(shù)變化（見表6）基本可以確認凝汽器是否結(jié)垢。
從表6可以看出，在負荷基本相同情況下，凝汽器真空、凝汽器端差等參數(shù)變化不明顯，因此可以確認，循環(huán)水污染后經(jīng)處理未造成凝汽器結(jié)垢。
2）循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕情況
循環(huán)水系統(tǒng)采用加硫酸降低堿度的同時，增加了水中SO42-含量，經(jīng)檢測循環(huán)水中的SO42-為1 340 mg/L。因為發(fā)生污染時未帶入Cl-，而日常循環(huán)水中的Cl-在400~500 mg/L，因此，（SO42-+Cl-）在1 740~ 1 840 mg/L。由于SO42-質(zhì)量濃度未超過1 500 mg/L，（SO42-+Cl-）質(zhì)量濃度小于2 500 mg/L，滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB 50050—2017）中間冷開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，故腐蝕在可承受范圍之內(nèi)。
3）阻垢效果分析
根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB 50050—2017），對于間冷開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水，要求（鈣硬度+總堿度）≤1 100 mg/L。2號水塔循環(huán)水日常鈣硬度+總堿度為900~1 000 mg/L，阻垢效果在合格范圍之內(nèi)。污染發(fā)生后，采取加酸降低循環(huán)水堿度，使鈣硬度+總堿度下降，由表3可知，鈣硬度+總堿度下降到了915 mg/L，可以降低循環(huán)水結(jié)垢的傾向。
7 污染防范措施
1）防止凝結(jié)水污染
多水源補水循環(huán)水系統(tǒng)污染源控制是保證循環(huán)水系統(tǒng)安全運行的重中之重，一旦循環(huán)水發(fā)生污染，由于其系統(tǒng)龐大，處理需要較長過程，且處理效果也存在不確定性。鋁冶煉廠粉煤灰提取氧化鋁工藝過程復(fù)雜，全工藝過程都需要液堿和蒸汽，因此凝結(jié)水受堿污染風(fēng)險較大。為防止受污染的凝結(jié)水影響循環(huán)水，需要鋁冶煉廠加強對凝結(jié)水水質(zhì)的監(jiān)測，凝結(jié)水水質(zhì)不合格時，禁止回用于火電廠循環(huán)水并自動切出。
2）防止循環(huán)水污染
循環(huán)水系統(tǒng)龐大，一旦發(fā)生水質(zhì)污染，處理難度較大。因此，防止循環(huán)水污染更為重要?？梢圆扇∫韵麓胧?/span>
①在各補充水管道上加裝在線監(jiān)測儀表，并設(shè)置水質(zhì)超標(biāo)報警，聯(lián)鎖關(guān)閉循環(huán)水補充水閥門；
②水質(zhì)異常時及時通知相關(guān)企業(yè)協(xié)助查找水質(zhì)異常原因，廢水處理和凝結(jié)水回用企業(yè)也要加強對系統(tǒng)設(shè)備的維護，采取技術(shù)措施避免類似污染事件的發(fā)生。西安純水設(shè)備，西安水處理設(shè)備，西安去離子水設(shè)備。醫(yī)院用純水設(shè)備
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