循環(huán)冷卻系統(tǒng)淡水/海水在線切換技術(shù)應(yīng)用研究
【天津純水設(shè)備http://www.jxnancy.cn】結(jié)合華潤電力（渤海新區(qū)）有限公司工程的實際情況，研究了循環(huán)冷卻系統(tǒng)淡水/海水在線切換技術(shù)。試驗結(jié)果表明，在海水體系中，緩蝕阻垢劑SW203A可以起到良好的結(jié)垢控制作用，與緩蝕阻垢劑FW240具有良好的兼容性。在海水注入淡水循環(huán)水過程中，補水中投加12 mg/L的FW240，可以起到良好的結(jié)垢控制作用。制定了淡水/海水在線切換技術(shù)方案，并將此技術(shù)應(yīng)用于工程現(xiàn)場，結(jié)果顯示凝汽器無垢質(zhì)出現(xiàn)，機組溫差、端差數(shù)值正常。
海水循環(huán)冷卻代替淡水循環(huán)冷卻，可節(jié)約大量淡水資源，有效緩解淡水資源危機，具有顯著節(jié)水優(yōu)勢，并能明顯降低運行成本。
結(jié)合華潤電力（渤海新區(qū)）有限公司（以下簡稱華潤渤海）2×350 MW超臨界燃煤發(fā)電機組配套的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，投產(chǎn)時采用大浪淀水庫水作為冷卻水，2016年8月海水管道建成后，將補水切換為距離廠址33 km的滄東電廠海水直流冷卻排水，運行海水循環(huán)冷卻。海水含鹽量高且成分復(fù)雜，特別是在不停機狀態(tài)下進(jìn)行補水切換，海水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等的濃度遠(yuǎn)高于淡水循環(huán)水，而淡水循環(huán)水的堿度較高，兩者混合過程中結(jié)垢腐蝕傾向很大，補水切換時還需要更換緩蝕阻垢劑，開展切換過程的方案設(shè)計與優(yōu)化尤為重要。
自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所聯(lián)合華潤渤海技術(shù)人員開展了相關(guān)研究工作，確定了在海水體系中可生物降解的緩蝕阻垢劑SW203A可以起到良好的結(jié)垢控制作用，其與系統(tǒng)中原有緩蝕阻垢劑FW240具有良好的兼容性，進(jìn)行了海水注入淡水循環(huán)水過程的靜態(tài)阻垢試驗，制定了循環(huán)冷卻系統(tǒng)淡水/海水在線切換水處理技術(shù)方案。并于2016年第4季度對華潤渤海循環(huán)冷卻系統(tǒng)補水切換期間的水質(zhì)進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，比較了補水切換前后機組溫差、端差數(shù)值變化，對補水切換后的凝汽器進(jìn)行了觀察。
一、試驗部分
1 試驗用水
淡水循環(huán)水（華潤渤海熱電機組循環(huán)水）、淡水（大浪淀水庫水）和海水（國華滄東電廠海水直流冷卻排水）。
2 試驗緩蝕阻垢劑
循環(huán)冷卻系統(tǒng)以淡水作為冷卻水時，采用緩蝕阻垢劑FW240；以海水作為冷卻水時，采用緩蝕阻垢劑SW203A。
FW240是聚羧酸類酸性阻垢劑，特別適合高pH、高堿度、高硬度的水質(zhì)。SW203A是以馬來酸酐為原料生產(chǎn)的可生物降解的堿性緩蝕阻垢劑，在海水體系中具有優(yōu)良的阻垢分散作用。FW240和SW203A均為無磷、高效緩蝕阻垢劑，其物性指標(biāo)見表1。
3 試驗方法
極限碳酸鹽阻垢性能評價試驗：在10 L實驗用水中加入一定量的阻垢緩蝕劑，取2 L實驗用水于燒杯中，其余為補水。在燒杯中根據(jù)液面設(shè)定傳感器報警點，在50 ℃下開始實驗，水樣濃縮蒸發(fā)，補水用計量泵加入，調(diào)節(jié)計量泵流速，使液面保持在原設(shè)定液面。定時取樣測定Cl-含量和堿度，并計算Cl-和堿度的濃縮倍數(shù)及其差ΔA，當(dāng)ΔA=0.2時，表明成垢已經(jīng)發(fā)生，此時所對應(yīng)的堿度稱為極限碳酸鹽堿度。
靜態(tài)阻垢性能評價試驗：依據(jù)GB/T 34550.2—2017進(jìn)行，將一定體積含有一定量阻垢緩蝕劑的試驗用水倒入燒杯中，放入70 ℃水浴鍋中蒸發(fā)，濃縮至500 mL時，蓋上表面皿恒溫，24 h后轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中，定容、搖勻、過濾，測定水樣的堿度，計算Cl-濃縮倍數(shù)與堿度濃縮倍數(shù)之差ΔA，ΔA不宜大于0.2。
分析測試方法：Cl-測定采用AgNO3沉淀滴定法；Ca2+、Mg2+測定采用EDTA絡(luò)合滴定法；堿度測定采用電位滴定法。
二、結(jié)果與討論
1 SW203A在海水體系中的阻垢效果
試驗用水為含一定濃度SW203A的海水，極限碳酸鹽阻垢性能評價結(jié)果見圖1。
由圖1可知，當(dāng)ΔA=0.2時，對應(yīng)的極限濃縮倍數(shù)為4.1，極限碳酸鹽堿度為514.4 mg/L。表明在系統(tǒng)正常運行條件下，緩蝕阻垢劑SW203A隨補水投加，可以起到良好的結(jié)垢控制作用，能夠滿足電廠海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的需求。
2 FW240與SW203A兼容性試驗
將含有FW240和SW203A海水進(jìn)行靜態(tài)阻垢性能評價試驗，濃縮倍數(shù)為2.2，FW240和SW203A總質(zhì)量濃度為12 mg/L，SW203A在緩蝕阻垢劑中所占比例分別為0、11.1%、25%、50%、75%、88.9%、100%，試驗結(jié)果見圖2。
由圖2可知，試驗后水樣的ΔA均小于0.2，FW240和SW203A具有良好的兼容性。
3 海水注入淡水循環(huán)水的靜態(tài)阻垢試驗
鑒于FW240和SW203A在海水體系中具有良好的兼容性以及考慮到工程現(xiàn)場實際情況，設(shè)計先進(jìn)行補水切換，再進(jìn)行海水體系中的緩蝕阻垢劑的更換。切換過程中淡水循環(huán)水與海水中緩蝕阻垢劑均為FW240，補充海水中FW240質(zhì)量濃度為12 mg/L。切換過程是系統(tǒng)中海水逐漸增加而淡水循環(huán)水逐漸減少的過程，為此將海水與淡水循環(huán)水按比例混合模擬切換過程的水質(zhì)變化。將混合水樣進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗，蒸發(fā)濃縮至500 mL時海水濃縮至2.5倍。混合水樣中海水所占比例分別為21.8%、38.5%、62.5%、78.9%、90.9%，靜態(tài)阻垢試驗結(jié)果見圖3。
由圖3可知，各種比例混合的水樣試驗后的ΔA在0.02~0.04之間，均小于0.2。表明在海水注入淡水循環(huán)水過程中，海水中投加12 mg/L的緩蝕阻垢劑FW240，可以起到良好的結(jié)垢控制作用。
三、淡水/海水在線切換技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用
1 循環(huán)冷卻系統(tǒng)概況
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為敞開循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)，單臺系統(tǒng)容積為20 000 m3，循環(huán)量為38 108 m3/h。循環(huán)水補水為大浪淀水庫水時，補水量為735 m3/h，蒸發(fā)量為490 m3/h，排污量為200~300 m3/h，濃縮倍數(shù)控制在3.0~4.0之間；切換為海水后補水量為1 100 m3/h，排污量為600 m3/h，濃縮倍數(shù)控制在1.6~1.8之間。
2 淡水/海水在線切換技術(shù)方案
循環(huán)冷卻系統(tǒng)淡水循環(huán)水堿度在300~490 mg/L之間，試驗所用淡水循環(huán)水的堿度為355 mg/L，堿度< 355 mg/L時即可進(jìn)行補水切換，但為保證切換過程系統(tǒng)的安全，應(yīng)盡量降低淡水循環(huán)水的堿度。考慮到海水堿度在140 mg/L左右，確定控制切換過程循環(huán)水堿度< 300 mg/L。
由于海水與淡水中Cl-含量相差懸殊，切換過程中Cl-的濃縮倍數(shù)不能真實反映系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，濃縮倍數(shù)只能依據(jù)補水量和排污量進(jìn)行估算并控制。據(jù)此，制定淡水/海水在線切換步驟如下：
（1）調(diào)整補水中FW240質(zhì)量濃度為12 mg/L，加大補水和排污，降低濃縮倍數(shù)和堿度，并調(diào)低液位。堿度< 300 mg/L時，在循環(huán)水池中加入一定量FW240，關(guān)閉淡水補水，開始補充海水，根據(jù)補水量調(diào)節(jié)加藥量和排污量。
（2）當(dāng)分別以堿度、Cl-、Ca2+計算的濃縮倍數(shù)接近（最大值與最小值之差小于0.1）時，將緩蝕阻垢劑更換為SW203A，并進(jìn)行基礎(chǔ)投加，轉(zhuǎn)入正常運行狀態(tài)。
3 切換過程的水質(zhì)監(jiān)測
華潤渤海熱電2×350 MW超臨界燃煤發(fā)電機組配套循環(huán)冷卻系統(tǒng)于2016年10月份完成了2#機組循環(huán)冷卻系統(tǒng)淡水/海水切換，切換前淡水循環(huán)水與海水水質(zhì)情況見表2。切換過程中循環(huán)水水質(zhì)變化情況見圖4。
由表2可知，切換前已將淡水循環(huán)水堿度調(diào)節(jié)至288 mg/L。由圖4可知，補水切換為海水過程中，開始時系統(tǒng)中Cl-、Ca2+濃度急速上升，堿度緩慢下降，之后各離子濃度變化變緩，并趨于穩(wěn)定，以不同離子濃度計算的濃縮倍數(shù)逐漸接近，穩(wěn)定在1.5左右。
4 切換過程的機組溫差及端差對比
為監(jiān)測淡/海水在線切換過程中系統(tǒng)運行狀況，比較了2#系統(tǒng)9~11月份的每天10點系統(tǒng)循環(huán)水進(jìn)出口溫差及凝汽器端差，結(jié)果見圖5。
由圖5可知，系統(tǒng)循環(huán)水進(jìn)出口溫差穩(wěn)定在8~12 ℃，凝汽器端差穩(wěn)定在2 ℃以下，在線切換未對機組運行數(shù)據(jù)帶來影響。
5 切換后凝汽器管板及管壁檢驗
2#機組于2017年熱季停機檢修，打開凝汽器室發(fā)現(xiàn)，凝汽器管板及凝汽器內(nèi)壁無垢質(zhì)附著，管板及內(nèi)壁光滑，潔凈如新。
四、結(jié)論
（1）通過極限碳酸鹽阻垢性能評價試驗確定了可生物降解的緩蝕阻垢劑SW203A在海水體系中可以起到良好的結(jié)垢控制作用，能夠滿足電廠海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的需求。
（2）通過靜態(tài)試驗發(fā)現(xiàn)，緩蝕阻垢劑FW240和SW203A具有良好的兼容性。
（3）在海水注入淡水循環(huán)水過程中，海水中投加12 mg/L的緩蝕阻垢劑FW240，可以起到控制結(jié)垢的作用。
（4）切換過程中濃縮倍數(shù)依據(jù)補水量和排污量進(jìn)行估算并控制，控制堿度< 300 mg/L，當(dāng)分別以堿度、Cl-、Ca2+計算的濃縮倍數(shù)接近（最大值與最小值之差小于0.1）時，進(jìn)行緩蝕阻垢劑更換。
（5）循環(huán)冷卻系統(tǒng)淡/海水在線切換技術(shù)方案經(jīng)電廠實際應(yīng)用，機組溫差、端差未出現(xiàn)明顯變化，機組凝汽器管壁光潔如新，無垢質(zhì)出現(xiàn)。北京純水設(shè)備，天津水處理設(shè)備，天津去離子水設(shè)備。醫(yī)院用純化水設(shè)備 實驗室純水設(shè)備
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