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電廠循環水處理技術的發展趨勢
 
火電廠循環水是耗水大項,減少循環水耗損的技術途徑是提高循環冷卻水系統的濃縮倍率。早期循環水處理的濃縮倍率不大于2.5,現在采用有機阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑手段,用綜合工藝可將循環水濃縮倍率提高到4~8。為使濃縮倍率得到更大的提高,電力建設研究所與華北電力設計院合作開展了弱酸旁路軟化處理的試驗研究,取得了一定的成果。
在我國北方地區火電建設中,普遍遇到淡水資源匱乏的困難。火電廠中耗水較多的系統是冷卻水系統,循環冷卻水排污損失占有很大的比重。減少這項損失最主要的技術途徑是提高循環冷卻水系統的濃縮倍率。表1是根據某2×600 MW機組的循環水系統參數計算出的循環水濃縮倍率與排水量、補充水量的關系數據。
隨著濃縮倍率的提高,水中的雜質濃縮程度也越來越高,一些溶解度不高的鹽類將過飽和,在循環水系統中有析出的傾向;水系統微生物的大量繁殖將在換熱面產生生物沉積物。如果不進行水處理,將產生嚴重的結垢問題,影響電廠的安全經濟運行。
循環水處理技術已經走過了一段相當長的發展歷程,在發展初期的一些技術已經由現代技術取代。隨著技術的發展和進一步節水的需要,還將有更新的技術得到開發應用。
1早期的循環水處理技術
循環水處理技術發展的早期,主要研究了各種微溶鹽類在不同的pH下的溶解度,用極限碳酸鹽硬度、朗格里爾飽和指數和雷茲納穩定指數、安定性指數、經驗公式等方法判斷碳酸鹽的沉積趨勢,用磷酸鈣飽和指數判斷磷酸鈣是否會析出。受技術水平的限制,循環水濃縮倍率一般在2.5以下,采用加聚磷酸鹽輔助加硫酸的方法進行處理。循環水的殺菌滅藻一般采用加氯處理。
早期的循環水處理技術濃縮倍率較低,循環水系統需水量大。加氯對一些有氨的水效果很差而且有氯胺類污染物產生,隨著水資源的日益短缺和環保要求的日益嚴格,在應用中逐漸被新技術取代。
2現代的循環水處理技術
2.1有機阻垢劑
有機阻垢劑的應用大大提高了循環水容納微溶鹽類的能力,配合加酸處理,循環水的濃縮倍率達到2~4,配合石灰處理或離子交換軟化處理,循環水的濃縮倍率可以進一步提高到5~8。
現在市場上應用的有機阻垢劑品種十分豐富,一般根據其主要功能機團進行分類,主要有有機膦系列、聚羧酸系列、聚羧酸脂系列、含磺酸機團系列的產品,最近還有包含2種機團的新型阻垢劑研制成功。
單一品種的有機阻垢劑的阻垢效果一般不如多種阻垢劑復合配方好,這種現象稱為阻垢劑的協同效應。復合配方的阻垢劑一般還含有緩蝕劑,具有阻垢性能好、使用方便等特點。
2.2緩蝕劑
和以前的聚磷酸鹽相比,單一品種的有機阻垢劑特別是有機膦在使用中更容易產生腐蝕,在選擇阻垢劑品種時要特別注意。通常在采用有機阻垢劑時要加緩蝕劑,常見的有MBT、BTA、鋅鹽等。
2.3殺菌滅藻劑
海水型次氯酸鈉發生器的研制成功使得沿海電廠的殺菌滅藻更經濟安全,運行操作更簡便。國內一些內地電廠采用了鹽水型的次氯酸鈉發生器,由于沒有氯氣的泄漏危險,安全性有了很
大的提高,但是由于電解次氯酸鈉含鹽量高,對于濃縮倍率高的電廠存在加入大量鹽類帶來
腐蝕的隱患。
如果循環水中的有機物含量較高,可以選擇一些有機合成的殺生劑。一些生物繁殖較快的電廠可以采用多種殺菌劑交替使用來提高殺菌效果,例如季銨鹽類殺生劑不僅有較強的殺菌能力,而且對污泥有剝離作用。
二氧化氯殺菌能力強,劑量小作用快,殺菌效果不受pH影響,不與大多數胺類反應,是有發展潛力的殺生劑。臭氧殺菌能力強,生產過程只需要空氣和電,沒有廢物排放,殺菌使用后不會出現有毒的污染物,應用前景廣闊。
2.4處理工藝選擇
很多電廠現在采用加酸和阻垢劑的方式運行。這種方式運行控制簡便,系統投資低。隨著水資源的日益緊張,有的電廠要求濃縮倍率進一步提高,循環水處理一般采用復合處理方法,除了加酸加阻垢劑,常見的還有補充水石灰處理、離子交換軟化處理等處理方式。常見的循環水處理工藝見表2。
3 循環水處理技術新進展
隨著節水要求的進一步提高,今后循環水處理技術將向濃縮倍率更高、處理效果更好、系統更經濟方面發展,技術進展主要有:
3.1弱酸離子交換旁流軟化處理
旁流處理的主要特點是,弱酸樹脂所處理的水是經過冷卻塔濃縮過的水。因為旁流處理的水所含的堿度、硬度比補充水的大,可以充分發揮離子交換樹脂的交換能力,所以比補充水處理更經濟。但是旁流處理時,循環冷卻水中含有阻垢劑,殺菌滅藻時加氯,都可能對離子交換樹脂的性能有影響,國內還沒有旁流處理的使用經驗。
如果一個電廠的濃縮倍率要求較高,需要采用弱酸離子交換軟化處理,補充水是地表水且碳酸鹽硬度不大于250 mg/L(CaCO3),那么旁流軟化處理就有明顯的技術經濟優勢。
為了探索旁流軟化處理技術的應用前景,我們和華北電力設計院合作開展了弱酸旁流軟化處理的試驗研究,試驗包括以下內容:
(1) 水質穩定劑與樹脂的篩選與優選試驗,主要是用試驗驗證水質穩定劑對樹脂的性能有多大的影響;
(2) 循環水氯化處理對弱酸樹脂的影響的研究,主要考核循環水加氯對弱酸樹脂產生的影響;
(3) 旁流過濾器的優選試驗,主要試驗新出現的絲網過濾器的性能參數;
(4) 旁流過濾的必要性論證試驗研究,主要研究循環水懸浮物濃度與環境條件、濃縮倍率的關系;
(5) 循環水旁流過濾、旁流弱酸處理的全系統試驗室模擬試驗。
試驗在1998年9月~1999年8月進行。通過試驗優選出KL-S3阻垢劑,可以使循環水濃縮倍率達到6時,堿度達到400 mg/L(CaCO3)。
某電廠補充水碳酸鹽硬度為121 mg/L(CaCO3),在弱酸軟化時出水平均堿度按照25 mg/L(CaCO3)、弱酸系統自用水率8%進行計算,在旁流弱酸軟化條件下弱酸系統需處理水量僅為340 t/h,如果處理補充水,需要處理的水量高達1100 t/h。
計算表明,循環水阻垢劑能夠維持的堿度越高,弱酸處理的水量就越小,弱酸系統的建設規模就越小,所以優選阻垢劑對于經濟性指標影響很大。
弱酸離子交換旁流軟化處理技術還需要在工程實踐中不斷發展完善。
3.2零排污循環水處理
在一些地區節水要求高,排放要求嚴格,隨著干除灰和粉煤灰綜合利用技術的發展,今后有的電廠可能需要實現循環水零排污。
零排污水處理系統投資較高,系統復雜,一般先要經過軟化處理,如石灰蘇打軟化或弱酸離子交換軟化,然后采用反滲透等進行脫鹽處理。
零排污循環水處理若與全廠的水系統優化工作相結合,可以顯著提高系統的運行經濟性。
3.3旁流過濾
最近國產的自動反沖洗絲網過濾器已經研制成功,在一些濃縮倍率較高、循環水懸浮物較高的電廠,采用自動反沖洗絲網過濾器進行旁流過濾處理,可以降低循環水懸浮物含量,減少銅管的沖刷磨損,估計以后在電廠的應用將會擴大。

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