循环水高浓缩倍率技术研究创新成果简介

立项背景：

近年来，国家及地方环保政策要求越来越严格。2015年4月2日，史上最严的《水污染防治行动计划》（国发[2015]17号）已下发执行，要求全面控制污染物排放。作为工业用、排水大户，火力发电厂实施废水综合治理及零排放势在必行。

火力发电厂历来是工业用水大户，有着巨大的用水量和排水量，随着国家《节约能源法》、《环境保护法》和相应的用水、排水收费政策（水资源费、排水费、超排费）的相继颁布，以及《电力工业“十二五”规划》等规定的逐步实施，对火电厂用、排水量和水质都有严格的指标限制。从可持续发展的角度考虑，要满足相关政策及环保要求，实施火电厂深度节水减排是一条最佳途径。

循环水为火力发电厂用水大户，用水量可达全厂用水量百分之八十多数火电厂的循环水浓缩倍率控制在2~3倍，采用水稳剂联合其它处理工艺，如混凝澄清、慢速脱碳、弱酸等。在循环水系统运行控制过程中，普遍存在循环水浓缩倍率3.5倍是效益区的观念，超过3.5倍的电厂不多。浓缩倍率3倍以下时，补充水量太大，循环水系统药剂费和取水费均偏高。以我厂2台200wm机组，循环水量30000T/H×2为例，循环水浓缩倍率在2.0左右，一是每天需要对循环水系统进行大量串水，增加全厂发电水耗；二是串水时需要大量排污，浪费水资源；三是凝汽器运行效果较差，经常发生凝汽器泄露情况；四是由于凝汽器运行效果不好，直接导致真空度降低，增加单位发电能耗。

主要内容：

本项目拟对循环水高浓缩倍率运行进行全面研究，开发新型高效循环水阻垢缓释药剂，并研制循环水高浓缩倍率运行控制方式。主要研究内容包括：

磷系小分子阻垢单剂阻垢性能机理研究。通过对通过静态阻垢实验和旋转挂片实验,评定缓蚀阻垢剂HEDP、HPAA、PBTCA、ATMP、EDTMP在模拟循环水中的阻碳酸钙性能和对碳钢的缓释性能，为磷系缓蚀阻垢剂的应用提供依据。

磷系复配阻垢缓释配伍研究。通过有机磷酸、聚合物、锌盐等进行配伍，利用试验手段对配伍的药剂协同效应进行考察，探索其阻垢缓释性能，制定复合药剂研制的技术路线，确定其配伍成分。

复合药剂对碳酸钙结晶过程的抑制机理研究。采用扫描电子显微镜、3D成像技术、衍射等技术手段对成垢的碳酸钙进行分析，提供药剂应用理论基础。

复合药剂在A3碳钢表面的缓蚀机理研究。通过对比未添加缓蚀剂空白实验与添加复合药剂碳钢挂片表面形貌实验，研究抑制金属的腐蚀过程。

研究目标：

1、杜绝由于凝汽器管材腐蚀泄露造成机组停机的隐患，经济效益和社会效益不可估量；

2、解决凝汽器由于管材结垢引起的端差升高问题，提高机组运行经济行；

3、提高循环水浓缩倍率，保证机组安全稳定经济运行，降低全厂发电水耗。

技术路线：

阻垢单剂阻垢缓释机理研究→复合药剂配方成分及其含量的确定→配伍条件的设计→静态阻垢实验对药剂性能评价→确定复合药剂协同效应的性能→确定最终一种高效环保阻垢缓释剂→新型药剂性能与微生物环保药剂及无磷阻垢剂性能比→对结合现场水质特定制定循环水控制策略→现场中试试验，确定最终循环水系统水质控制参数→达到循环水高浓缩倍率运行下，保证凝汽器端差平稳，降低机组能耗和水耗。

关键技术：

通过实验分别考察有机磷系、聚羧酸系阻垢缓蚀剂阻垢缓释效果。综合考虑模拟水的水质条件，针对A3碳钢的化学成分及缓蚀性能要求，以更大程度上发挥复合水处理化学品的缓释及阻垢效能为出发点，研制出一种分子结构中同时含有磷酞基和梭酸基团的高分子聚合物,多种功能基团的并存使得该类共聚合兼具有机麟酸和梭酸聚合物的阻垢、分散、缓蚀性能特点,同时兼具有结构稳定(具有C一P键),含磷量低,毒性小、对环境无污染、与其它药剂配伍性能好等优点,非常适合在高硬度、高碱度、高浓缩倍数等苛刻条件下使用。在研究缓蚀剂之间及阻垢剂之间的协同效应的基础上，通过复合配方优化实验，考察了复合水处理剂之间的协同效应。

技术难点：

保证循环冷却水安全稳定运行。由于冷却水中的盐类和悬浮颗粒物不断被浓缩，以及冷却塔与大气直接相通造成不同程度的水质污染，导致循环水存在结垢、腐蚀及微生物繁殖三大的问题。这不仅造成设备传热效率及使用寿命的大大降低，还使得设备的生产能耗相应增加。

复合药剂应符合环保要求。即产品应该是无毒的对环境无污染的绿色水处理化学品；满足节约用水政策的要求，产品应该可以节约用水和提高水的利用率；产品的性价比高。

制定循环水运行控制策略。系统补充水为硬度及碱度均高的结垢型水质且水中存在一定的腐蚀性离子，那么，随着水温、pH值的上升以及浓缩倍数的提高，结垢趋势将更为严重，在一定程度上还会加剧腐蚀过程。因此，在确定水处理药剂及配套控制条件上要首先严格控制结垢，同时兼顾腐蚀及控制菌藻的滋生。

三、主要创新点

本课题技术研究循环水系统在高浓缩倍率运行条件下，杜绝因腐蚀导致凝汽器泄露引起的停机隐患；避免由于凝汽器结垢引起端差上升，导致的真空度下降，机组能耗增加的经济损失；降低循环水系统补水量，降低全厂单位发电耗水量。该技术具有以下特色及创新：

1、建立复合药剂与碳酸钙晶体形成状态关系，探索缓蚀结垢机理，开发一种新型高效循环水阻垢缓释药剂。

2、针对现有水质特定，制定特有循环水运行控制策略，保证循环水系统安全稳定运行。

3、杜绝因腐蚀导致凝汽器泄露引起的停机隐患，确保机组安全稳定运行。

4、降低循环水系统补水量，降低全厂单位发电耗水量，节约发电成本。

5、减少循环水系统排水量，提高生态效益。

四、项目实施后效果：

自2019年2月实施循环水高浓缩倍率运行到现在，由于循环水浓缩倍率提高，减少了运行串水的频繁操作，降低了管理成本；同时凝汽器运行稳定，未发生凝汽器泄露情况；凝汽器端差降低，真空度良好，机组能耗降低，提高了经济效益；循环水浓缩倍率提高，降低循环水系统补水量，降低全厂单位发电耗水量，节约发电成本；减少循环水系统排污量，降低环境污染，提高生态效益。

2019年5月，大唐东北电力试验研究院有限公司对双鸭山热电有限公司循环水进行取样试验。试验结果如下：循环水浓缩倍率为4.6，凝汽器管材结垢减少，凝汽器端差降低3度，循环水补水量全年减少约1000000吨，节省取水费用1000000吨×1元/吨=1000000元，即100万元。

循环水阻垢缓蚀剂研发成功、循环水高浓缩倍率技术的推广，可为发电企业节约大量水资源；同时能够杜绝因腐蚀导致凝汽器泄露引起的停机隐患；避免由于凝汽器结垢引起端差上升，导致的真空度下降，机组能耗增加的经济损失；降低循环水系统补水量，降低全厂单位发电耗水量；也可大量减少外排水量，为全厂深度节水乃至全厂废水零排放打下坚实基础。

通过本应用成果的推广，可以减少发电企业取水量、排污量，提高机组运行安全，降低单位发电能耗。