第十章循环水处理

学习内容第一章相关知识第二章化学基础知识第三章水质分析第四章水系统概况第五章原水预处理第六章水的预脱盐第七章锅炉补给水处理第八章锅内水处理及水汽监督第九章凝结水精处理第十章循环水处理第十一章废污水处理第十二章制氢站第十章循环水处理火电厂冷却水用量最大的是凝汽器，约占全厂用水量的90%，用来冷却汽轮机的乏汽。如果循环冷却水水质处理不当，就会造成凝汽器铜管内产生水垢、污物和腐蚀。这些都会最终影响汽机和锅炉的安全经济运行，所以应采取必要的措施来保证循环冷却水的水质。冷却水的运行方式分为直流式、密闭式、敞开式三种。直流式冷却系统是指作为冷却介质的水在工作后直接排走，不做循环。密闭式冷却系统是指冷却介质的水在一个完全密闭的系统中不断循环运行。敞开式冷却系统中，冷却水在经过凝汽器后，直接在冷却塔或其他设备中将热量散发，即水与空气相接触的条件下进行冷却，然后再回到凝汽器重新循环。此种系统是应用最广泛的一种。第一节循环水中盐类的浓缩循环水向大气中散发热量时会发生蒸发过程，所以当运行时，循环水中的盐类有浓缩现象。一、系统的水量衡算：敞开式系统冷却水的流程，进入此系统的是补充水，引出此系统的有因蒸发、风吹、泄漏和排污而损失的四种水。循环水中补充水量是按损失量之和来确定的，所以在正常运行的条件下循环水系统中的水量保持恒定。有以下衡算式：PBUQ=PZHQ+PFQ+PPQPBU=PZH+PF+PPPBU—补充水流量占循环水流量百分率；PZH—蒸发量占循环水流量百分率；PF—风吹和泄漏量占循环水流量百分率；PP—排污量占循环水流量百分率；Q—循环水流量（t/h）。二、浓缩过程：循环水中盐类增量=补充水带进的盐量－风吹、泄漏和排污而损失的盐量。三、浓缩倍率：循环水中盐类的浓度与补充水中盐类的浓度之比称为循环水的浓缩倍率。此盐类浓度若以含盐量表示，则因在浓缩过程中可能有盐类析出，不能代表实际的浓缩情况，所以通常是按不易沉淀的Cl-浓度估算浓缩倍率，如下式：φ—循环水盐类的浓缩倍率；ClX-—循环水中含Cl-量；ClBU-—循环水补充水中含Cl-量。如果循环水因进行氯化处理，不能用Cl-的比值表示浓缩倍率时，也可以用两种水的SiO2、K+或总溶解固形物的比值表示。在循环水开始投运阶段，此浓缩倍率是随着运行期的增长而增大，但当因排污、漏泄和风吹而带走的盐量与补充水带进的盐量相等时，浓缩倍率达到一个最大值，以后，此浓缩倍率便保持恒定，除非运行工况有变动。通常所说的循环水中盐类的浓缩倍率就是指此恒定值。循环水的浓缩是引起结垢的一个重要因素。φ=BUXClCl第二节碳酸钙垢的形成及处理一、形成：在火力发电厂的凝汽器冷却系统中，最容易形成的水垢是CaCO3，这不仅是因为有盐类浓缩过程，而且还有水中CO2因挥发而减少，是Ca（HCO3）2有分解成CaCO3，其反应式如下：Ca（HCO3）2→CaCO3↓+CO2+H2O↑如果将循环水的补充水，在其工作温度下进行蒸发，可发现在其浓缩的初期，水中碳酸盐浓度随着升高，但当达到某一极限值时，它便不再升高，而是停留在某一数值上，这个值称为循环水在此温度下的极限碳酸盐硬度。其所以有一个极限是因为在此以后的浓缩过程中有CaCO3沉淀析出，水中碳酸盐浓度随循环水浓缩而升高的关系，由此可知，如果将浓缩倍率加以限制，使它的碳酸盐硬度不超过此极限值，那么系统中便不会有CaCO3沉淀析出。此外，CaCO3沉淀的形成还同稳定度、饱和指数、稳定指数、临界pH值有关。二、防止：防止CaCO3垢的方法有多种，分为循环水排污、补充水软化、循环水加酸处理、添加阻垢剂处理等。1、排污：对于各种水质都有它的极限碳酸盐硬度值，因此防垢的一种方法就是控制排污量，使循环水中碳酸盐硬度始终小于此极限值。2、补充水软化：为了防止循环水系统生成水垢，基本方法是将循环水进行软化处理。此种软化不需要很彻底，只要使循环水在它的工作温度下不结垢就可以了。适用于这种目的的软化方法有石灰处理和弱酸性阳离子交换处理。3、循环水加酸处理：此法为向循环水中加酸，以降低水的碳酸盐硬度。常用于循环水加酸处理的酸是硫酸，因浓硫酸不腐蚀钢材，易于贮存，至于盐酸，因为氯离子有促进金属腐蚀的问题，所以不常用。其他如柠檬酸和氨基酸也可应用，但不普及。硫酸与水中Ca（HCO3）2反应式如下：Ca（HCO3）2+H2SO4→CaSO4↓+2CO2+2H2O↑加酸的量并不需要使循环水中的碳酸氢根全部中和，只要使留下的碳酸氢钙在运行中不结垢就行，所以此量是以维持循环水中的碳酸氢盐硬度不超过极限碳酸盐硬度为准。加酸量宜采取自动控制，可以以循环水的pH值为信号，因为加酸实质上是调整水的pH值，从而减少水中的CO32-量，以防止Ca（CO3）的生成。在某一具体条件下最适宜的pH值需通过调整实验和运行试验加以确定。4、阻垢处理：阻垢处理是指在冷却水中投加某些可以防止结垢的药品，称为阻垢剂。5、“零排污”系统：最彻底循环水处理方法是进行脱盐处理，以降低它的含盐量。对于循环水当然无需深度除盐，其脱盐的程度只要达到没有必要进行排污就可以，从而实现循环水“零排污”。循环水“零排污”系统一般由软化、过滤、脱盐三个部分组成，对一部分循环水进行处理。第三节污泥的形成与防止污泥是敞开式循环冷却水系统中常碰到的问题。一污泥的生成主要是由于循环水中各种悬浮物与微生物繁殖过程中生成的粘泥。这些物质源于以下几种：1.采用未经处理的地面水作为补充水，或澄清处理的效果不良，以至泥沙、粘土、氢氧化铝和氢氧化钡等悬浮物进入冷却水系统；2.水通过冷却塔时，将空气中的杂质带至冷却水中；3.因微生物在冷却水中繁殖而产生大量生物粘泥；4.由于冷却水处理的工艺条件控制不当而生成沉淀物。其中，空气中杂质通过冷却塔带至冷却水中是常见的污染根源。二微生物的滋长1.藻类大多数藻类是广温性的，最适宜的生长温度是10～20℃。藻类含有叶绿素，可进行光合作用，此时，碳元素被吸收，放出氧气和OH－，所以反应结果是水中溶解氧的量增大和pH值上升。冷却塔和喷水池是藻类最适宜的生长区域，藻类在构筑物上不断的繁殖和脱落，易于导致冷却水系统内形成泥污，影响正常的水流分配和冷却效果，甚至发生点腐蚀。2.细菌细菌产生的粘液会导致污泥，因它们会把悬浮于水中的固体微粒粘合起来，并附着在金属表面。3.真菌真菌没有叶绿素，不能进行光合作用，大部分菌体是寄生在植物的遗骸上，并以此为营养而生长。大量繁殖时可以形成棉团状，附着在金属表面或堵塞管道。有些真菌可以分解木质纤维素，引起木材腐烂。三凝汽器铜管内污泥的防止和清洗在凝汽器铜管内壁形成的附着物和水垢一样，能导致凝汽器端差升高，真空度下降，影响汽轮机出力和经济运行。严重时还会引起腐蚀。因此，凝汽器除了防垢之外，还应防附着物生成，所以对凝汽器还必须进行杀菌处理。若凝汽器铜管结垢还必须进行化学清洗。1.氯化处理。2.凝汽器的机械清洗3.化学清洗第四节凝汽器铜管的腐蚀和防止凝汽器是一种典型的换热设备，其传热的管体，通常用黄铜制成，称为凝汽器铜管。铜管的管壁比较薄，为1毫米左右。所以当遭到局部腐蚀时，易发生管壁穿孔，使冷却水漏入凝结水中，污染给水水质。机组容量越大，凝汽器铜管的数量越多。若发生局部腐蚀需要更换铜管时，将造成很大的经济损失。因此，防止凝汽器铜管腐蚀，对保证机组经济运行有着很重要的意义。一凝汽器铜管的腐蚀形式1.脱锌腐蚀2.溃蚀3.沉积物下腐蚀4.应力腐蚀5.蒸汽侧的氨蚀二防止凝汽器铜管腐蚀的措施1.硫酸亚铁造膜2.添加缓蚀剂3.阴极保护第五节凝汽器不锈钢管的腐蚀与防护一、不锈钢管凝汽器发展概况1958年7月世界上第一台表面积为5109m2的TP304不锈钢管凝汽器在美国西费吉尼亚河谷电站投运。1989年，河北上安电厂第1台从美国GE公司进口的350MW机组的不锈钢管凝汽器投入运行；0.71mm壁厚的TP316L不锈钢管。不锈钢管与铜合金管相比较，不仅具有较高的机械强度和弹性模量，而且具有更好的抗污染水体腐蚀和抗冲刷腐蚀能力；另一方面，就单位长度价格而言，薄壁焊接不锈钢管与黄铜管相近，但比白铜管低得多。因此，薄壁焊接不锈钢管具有明显的竞争优势，在我国凝汽器上的应用前景十分广阔。二、凝汽器不锈钢管材1．化学成分不锈钢的牌号很多，凝汽器管多数使用奥氏体不锈钢，另外还有铁素体和双相不锈钢。在淡水、微咸水、咸水中使用的奥氏体不锈钢主要是Fe—Cr—Ni系合金，即美国AISl300系不锈钢，包括TP304、TP316和TP317系列不锈钢管(1)增加不锈钢中Mo的含量可以提高，在含Cl-介质中耐缝隙腐蚀和点蚀的能力；(2)降低不锈钢中碳含量或加稳定化元素Ti、Nb、Ta可减小焊接时发生晶间腐蚀的倾向；(3)在不锈钢中添加N元素可以提高强度，以补偿降低碳带来的强度降低，还可以增进其耐点蚀性能和相的稳定性能；(4)增加Ni含量可提高其强度，并改善抗应力腐蚀和高温氧化的性能。2．物理和力学性能不锈钢管的强度和弹性模量均比铜管和钛管高，允许应力是海军黄铜的1.6倍，是钛管的1.5倍，所以允许有较大跨距而不振动；不锈钢管热膨胀系数比铜管更接近钢；不锈钢管导热系数与钛管差不多，比铜合金管低得多，但由于其强度高，耐蚀性好，可通过减小管壁厚度来减小管壁的热阻。三、凝汽器不锈钢管的耐蚀性1．点蚀和缝隙腐蚀影响不锈钢管的点蚀和缝隙腐蚀的材质因素主要是合金元素和表面状态。在合金元素中，Mo是提高不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀性能的最主要的合金元素。例如，在TP304中加入2％的Mo制成的TP316不锈钢，其耐点蚀和缝隙腐蚀性能可以大大提高；添加0.1～0.3％的N也可使不锈钢耐点蚀性能明显提高。表面状态对不锈钢的点蚀和缝隙腐蚀也有影响，为了减少金属表面的不均匀性，钝化处理是有效的。因此，在对不锈钢管进行酸洗后必须进行钝化处理。另外，钢表面越光洁，异物越难以附着，发生点蚀和缝隙腐蚀的几率越小。C1-的含量越高，pH值越低，不锈钢管越容易发生点蚀和缝隙腐蚀。当溶液中SO42-的浓度为Cl浓度的二倍以上即可抑制点蚀，因此，SO42-量少时，钝化电流密度变增大，结果缝隙腐蚀量增加。溶液温度提高，增加点蚀倾向，加速缝隙腐蚀。增加溶液中溶解氧，在未发生腐蚀的情况下，有利于金属表面钝化；但腐蚀发生后，将使缝隙和蚀孔外部腐蚀速度增大。不能忽视沉积物下腐蚀。注意凝汽器水侧的停用保护。2．晶间腐蚀降低奥氏体不锈钢中的碳含量或加入稳定化元素Ti或Nb也可有效地抑制其晶间腐蚀。3．应力腐蚀可水解产生酸的酸性氯化物，如CaCl、MgCl等，均能引起奥氏体不锈钢的SCC，并且C广含量和温度越高，发生SCC的倾向越大。四、凝汽器不锈钢管的选材与维护1．选材我国现在不锈钢选材的方法主要有三种：(1)通过选材试验确定；(2)由承建的著名跨国公司根据自己的经验或选材试验确定；(3)根据不锈钢管制造商提供的资料，仅按冷却水中的Cl-浓度确定。2．维护(1)冷却水长期低流速运行或长期停留在凝汽器内，将使不锈钢管耐点蚀性能下降。(2)防止结垢。不锈钢管凝汽器应更加重视防止结垢，胶球等清洗装置应正常运行。(3)注意防止凝汽器管过热。因为温度上升，点蚀电位下降，点蚀和缝隙腐蚀加剧。(4)不锈钢也存在生物腐蚀，同样应重视对循环冷却水系统中微生物的控制。(5)选用对不锈钢耐蚀性能的影响较小的水处理药剂。第六节凝汽器钛管的腐蚀与防护一、钛管凝汽器在电厂中的应用现状1972年美国在ArthurKill电站首次使用全焊接钛管凝汽器。1981年，日本首先在火力发电厂实现了全钛管冷凝器。1983年8月我国在台州电厂125MW的机组上安装投运无缝钛管全钛凝汽器。二、凝汽器钛管的耐蚀性凝汽器钛管的耐蚀性，主要是因为钛表面能形成保护性氧化膜。钛表面的氧化膜通常是多层结构的氧化膜，它从氧化膜表面的TiO2逐渐过渡到中间的Ti2O3，在氧化物金属界面则以TiO为