采用电子-化学协合处理技术对电厂循环水进行处理,能够有效提高循环水的极限稳定硬度,进而提高循环水浓缩倍率、减少用水量。同时该技术具有较强的杀生作用,不仅能够杀死浮游菌类,还能杀死凝汽器表面生物膜中的菌类,在停用杀菌剂的情况下使凝汽器表面长期保持较高的清洁度,有利于降低机组发电汽耗^{[1, 2, 3, 4]}。目前循环水电子-化学协合处理技术已在若干电厂得以应用,其实际效果需进一步考查论证。本文即对某电厂循环水电子-化学协合处理系统在调试过程中的性能可靠性进行测试,并确定循环水运行工况的浓缩倍率及控制指标,为系统正常稳定运行提供技术依据。 1 机组概况

某电厂5号机组为330 MW湿冷机组,敞开式循环水系统额定流量为47 920 t/h,设置2台流量为23 900 m³/h的循环水泵。凝汽器为单行程表面式,冷却管材质为国产316L不锈钢管。循环水系统的补充水采用地下深井水,水质指标见表 1。为防止凝汽器管结垢及微生物污染,保证凝汽器在高清洁度下长期运行,该电厂5号机组循环水系统于2014年3月开始试用电子-化学协合处理技术。该技术是在原循环水化学加药处理系统中串联一套电子水处理设备,将设备安装在循环水塔和泵房之间的引水渠内。设备共包括4套MHSF-330型电子水处理器,每套设备有72个通道,配有144台高频信号发生器。系统工艺流程如图 1所示。

表 1(Table 1)

表 1 某电厂循环水补充水主要水质指标

表 1 某电厂循环水补充水主要水质指标

图 1(Figure 1)

图 1 电子-化学协合处理系统工艺流程图

为了考核5号机组循环水电子-化学协合处理后的水质及系统性能的可靠性,按照《DL/T 5068-2006发电厂化学设计技术规程》《GB 50050-2007工业循环冷却水处理设计规范》和《DL/T 712-2000火力发电厂凝汽器管选材导则》等标准要求,于2014-03-10-04-06该系统调试期间,对系统循环水及补充水进行连续取样化验,通过数据分析对系统进行性能测试^{[5, 6, 7]}。 2.2 测试步骤

对循环水水质进行监控,既是检验电子-化学协合处理工艺运行效果的手段,也是循环水系统安全运行的保证。循环水及其补充水的水质分析项目包括总硬度、全碱度、ρ(Cl^-)、ρ(SO₄^2-)、ρ(总磷)、pH值、电导率等。为了确保循环水运行的安全经济性,在调试期间,对机组发电负荷、蒸汽流量、凝汽器真空度、排汽温度、凝结水温度、计算端差、清洁系数、结垢指数等指标进行记录和分析。测试步骤分为3个阶段。 2.2.1 第1阶段:电子水处理设备试运行及与阻垢剂(ZH613QL)的兼容性试验

调试第1阶段为2014-03-10-03-24,调试期间阻垢剂(ZH613QL)剂量保持不变(75 kg/d),考查电子水处理设备与原化学处理系统的兼容性,具体程序如下:

(1) 将电子水处理设备全部投入运行,在设备达到预设输出功率并正常运行后,开始记录相关数据;

(2) 保持循环水浓缩倍率不变;

(3) 运行过程中每天取循环水及补充水进行检测分析,并记录取样时的凝汽器出入口循环水温度、排汽温度、凝结水温度、主蒸汽流量、返回凝汽器蒸汽流量、机组发电量,计算凝汽器温升、端差及汽耗率、浓缩倍率、结垢指数等;

(4) 运行10~15 d后,对凝汽器运行工况及循环水水质指标进行分析,考查电子水处理设备投运与原剂量阻垢剂协合处理的效果。 2.2.2 第2阶段:降低阻垢剂剂量后电子-化学协合处理系统运行试验

调试第2阶段时间为2014-03-25-04-06,将系统阻垢剂剂量降至50 kg/d,考查电子-化学协合处理效果,具体程序如下:

(1) 将电子水处理设备全部投入运行;

(2) 将阻垢剂剂量减至原来的2/3(即50 kg/d),控制每日的硫酸添加量,使循环水全碱度控制在7.0~8.0 mmo1/L;

(3) 降低循环水排污量,调节循环水浓缩倍率在4左右;

(4) 运行过程中每天取循环水及补充水进行检测分析,并记录取样时的凝汽器出入口循环水温度、排汽温度、凝结水温度、主蒸汽流量、返回凝汽器蒸汽流量、机组发电量,计算凝汽器温升、端差及汽耗率、浓缩倍率、结垢指数等;

(5) 运行10~15 d后,对凝汽器运行工况及循环水水质指标进行分析,考查电子水处理设备与中等剂量阻垢剂协合处理的效果。 2.2.3 第3阶段:稳定运行阶段试验

本阶段试验程序仍按第2阶段设置,目的是为了进一步检验电子-化学协合处理工艺及设备运行的稳定性、可靠性。 3 系统控制指标 3.1 全碱度

循环水全碱度应控制在7~8 mmol/L。 3.2 ρ(Cl^-)和ρ(SO₄^2-)

按照GB 50050-2007要求,为了保证316L不锈钢管不发生点蚀,应将ρ(Cl^-)控制在1000 mg/L (包括1000 mg/L)以下;同时为了防止SO₄^2-对冷却塔水泥构筑件的侵蚀,应将ρ(Cl^-)与ρ(SO₄^2-)的和控制在2500 mg/L (包括2500 mg/L)以下。 3.3 清洁系数

凝汽器清洁系数应保持在0.8~0.9。 3.4 循环水水质稳定状况判断指标^[8] 3.4.1 经验指标Δa、Δb

Δa、Δb的计算公式如下:

Δa=(Φ-钙硬_循环水)/钙硬_补充水,

Δb=Φ×钙硬_补充水-钙硬_循环水,

式中Φ-循环水浓缩倍率。

当Δa≤0.2时,系统处于不会结垢的亚稳定状态;Δa越大,水质越不稳定,结垢程度越严重。Δb≤ 0.5时,系统处于不会结垢的亚稳定状态;Δb越大,水质越不稳定,结垢程度越严重。本方法只适用于单一水源且水质变化不大的循环冷却水系统。

对于本次考查评价,认为在系统性能考查期间Δa、Δb合格率均≥90%或为负值,可判断为水质稳定,系统没有结垢倾向。 3.4.2 结垢指数PSI

当补充水水质波动较大,不能准确计算Δa、Δb时,应以PSI指标为准。由于5号机组循环水系统采用电子-化学协合处理工艺可提高循环水的极限碳酸盐硬度,因此当PSI≥4.24时,可判断系统循环水水质稳定,系统没有结垢倾向。 4 试验数据分析 4.1 补充水波动性分析

在循环水电子-化学协合处理系统调试过程中,对5号机组循环水系统补充水的全碱度、硬度、钙硬、ρ(Cl^-)等主要指标进行分析,具体数据如下:

(1) 补充水的全碱度为2.4~4.3 mmol/L,平均值为3.5 mmol/L,方差为0.046,变异系数为0.06;

(2) 补充水的硬度在5.8~7.2 mmol/L波动,平均值为6.35 mmol/L,方差为0.12,变异系数为0.06;

(3) 补充水的钙硬在2.8~4.0 mmol/L波动,平均值为3.49 mmol/L,方差为0.12,变异系数为0.10;

(4) 补充水的ρ(Cl^-)在108~140 mg/L波动,平均值为115 mg/L,方差为79.48,变异系数为0.08。

由此可见,调试运行期间,补充水水质比较稳定,故循环水水质稳定状况应主要依据Δa、Δb的数值进行判定;如果存在试验分析误差或者需要进行数据比对时,可采用PSI指数进行辅助分析。 4.2 循环水稳定性分析

在电子-化学协合处理系统调试过程中,对5号机组循环水水质进行分析,并计算相应的Δa、Δb以及浓缩倍率Φ,结果见图 2。

图 2(Figure 2)

图 2 电子-化学协合处理系统调试过程中循环水水质分析

结合数据及图例分析可以得出以下结果。

(1) 经计算,Δa的均值为-0.10,Δb的均值为-0.31,Δa、Δb的合格率为91.1%,因此判断在调试期间循环水水质稳定,没有结垢倾向。

(2) 调试期间,循环水的浓缩倍率Φ在2.32~4.21波动。由于系统庞杂且存在分析误差,故Φ与Δa、Δb没有明显的对应关系,即当Φ增大时,Δa、Δb不一定随之增大;当Φ减小时,Δa、Δb不一定随之减小;同一个Φ值可能对应多组Δa、Δb值。当Φ接近极值4.21时,Δa、Δb均没有超标,故认为当Φ达到4.21时,循环水水质仍处于稳定状态。 4.3 调试期间系统运行情况

工艺调试第1阶段,通过数据分析,判定自电子处理设备投用与全剂量阻垢剂进行协合处理后,循环水系统未发生拮抗现象。工艺调试第2阶段,通过数据分析,在保证循环水全碱度不大于8 mmol/L的情况下,在Φ达到4.21时系统处于不会结垢的亚稳定状态,循环水水质仍处于稳定状态。

因调试工期时间限制,本次检测未进行第3阶段的调试和考查。 4.4 凝汽器运行工况分析

在调试过程中,将5号机组凝汽器运行真空度、端差同2013年3、4月份同期(电子-化学协合处理系统未投运)情况进行对比,见图 3 、图 4。

图 3(Figure 3)

图 3 电子-化学协合处理系统投运前后凝汽器运行真空度对比

图 4 (Figure 4)

图 4 电子-化学协合处理系统投运前后凝汽器运行端差对比

从图 3可以看出,在相同的负荷变动条件下,2013年3-4月份机组凝汽器运行真空度在93.11%~96.93%波动,平均值为95.19%;2014年3-4月份凝汽器运行真空度在92.98%~96.76%波动,平均值为94.72%。可见,凝汽器运行真空度在电子-化学协合处理系统投运前、后变化情况相似,没有明显变化。

从图 4可以看出,在相同的负荷变动条件下,2013年3-4月凝汽器运行端差在2.75~6.71℃波动,平均值为4.29℃;2014年3-4月份5号机组凝汽器运行端差在1.77~5.93℃波动,平均值为3.93℃。凝汽器运行端差在电子-化学协合处理系统投运前、后变化情况相似。 5 结论及建议 5.1 结论

通过对某电厂电子-化学协合处理系统调试期间的性能测试,表明电子处理设备与全剂量阻垢剂协合处理具有良好的兼容性;将阻垢剂剂量降至原剂量的2/3时,在保证循环水全碱度不大于8 mmol/L的情况下,浓缩倍率Φ达到4.21时循环水水质仍处于稳定状态,说明电子-化学协合处理方法在保证循环水水质稳定的前提下可以显著降低阻垢剂的使用量。 5.2 建议

(1) 此次调试未对循环水电子-化学协合处理工艺的长期稳定运行效果进行考查,尤其是没有对Φ达到4.5~5.0时的处理效果进行考查。为了保证机组循环水系统的安全稳定运行,建议今后在保证循环水全碱度在7~8 mmol/L的前提下,对电子-化学协合处理工艺效果进行长期监测,尤其是当Φ达到4.5~5.0时;并结合凝汽器割管检查情况进行最终的运行效果判定。

(2) 从调试期间的水质测试)数据分析得到,Δa、Δb与Φ没有明显的对应关系,故在日常监测时应加强水质检测项目和频次,在严格控制全碱度的前提下,需以Δa、Δb或PSI作为判断循环水水质是否稳定的依据,切不可根据运行经验妄下结论。

(3) 由于凝汽器的运行参数如真空度、端差等受真空系统严密性、凝汽器运行水位、循环水流量及换热管内壁状况等诸多因素影响,加之本次调试时间有限,没有对系统的稳定运行阶段进行考查,因此本次系统性能测试试验中真空度、端差等参数不作为考核指标,建议今后应将凝汽器的运行参数也作为循环水运行工况质量改善效果的评价依据。

(4) 为保证凝汽器管材以及水塔水泥构筑件不受腐蚀,应严格按照《发电厂凝汽器及辅机冷却器管选材导则》《工业循环冷却水处理设计规范》的要求,将ρ(Cl^-)控制在1000 mg/L (包括1000 mg/L)以下;将ρ(Cl^-)与ρ(SO₄^2-)的和控制在2500 mg/L (包括2500 mg/L)以下。

(5) 因电子-化学协合水处理系统需要2种处理方法协同作用,故运行过程中应保证循环水的阻垢剂剂量和加酸量,切不可在未经试验论证的情况下随意调整阻垢剂剂量和加酸量;同时应经常监视设备机房的湿度、温度和每个组件的工作状态,保证合理的设备工作条件。

(6) 在系统运行过程中,如因补充水水质波动较大而导致无法采用经验指标Δa、Δb对循环水水质稳定状况进行判断时,采用结垢指数PSI进行判断。