城市再生水在循环冷却水系统的应用

城市再生水在循环冷却水系统的应用

刘旭

天津中水有限公司 天津 300381

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摘要：伴随着国家经济的迅速发展，作为主要的基本能源产品的电力工业也一直保持着高速的发展，其中，火电发电量超过了80%。但是，我国北部地区的火力发电厂对水的消耗很大，因此，水资源的短缺已经严重影响了北部地区的电力产业的发展。应该采取一些行之有效的措施，在保证安全、经济运行的同时，还应该对水资源进行综合利用，使其发挥出最大的效益，进而实现节水的目标，推动首都经济、社会的和谐发展。

关键词：城市再生水；循环冷却水；系统

1循环冷却水系统简介

北京京能热电股份有限公司安装的是4×200MW采暖机组，凝汽器和副冷却装置的材料：1-3号机组，凝汽器的铜管为HSn70-1B，四号机组为HSn70-1A，泵送面积为B30；HSn70-1型主油冷却是1-4号机主油冷却，其材料为HSn70-1A型；发电机1-4及励磁冷却器材质：70-1A；锅炉辅助冷却装置：70-1A；循环冷却水管为碳钢结构。循环冷却水是由官厅水库的补充水，采用开式循环系统。采用加酸、阻垢缓蚀等措施对循环水中进行综合处理，可使循环水中的浓度值达到2.5~3.0。为了避免循环冷却水，尤其是铜管的腐蚀、结垢，在补给水中，持续加入6mg/L、2mg/L的阻垢剂和2mg/L的铜抑制剂，使得循环冷却水中的有机磷含量维持在1.6~2.0mg/L，铜抑制剂维持在1.4~1.8mg/L；依据循环水中的浓度，不断地添加硫酸，将循环水的碱性调节为8.2~8.6毫摩尔/升，pH值为8.7~8.9。针对循环冷却水系统中存在的微生物腐蚀问题，针对细菌、藻类的生长规律及季节性特点，采用非氧化杀菌剂（季铵盐、异噻唑啉酮），每10天1次，每次1.5吨。在循环冷却水中，灭菌剂的含量为50毫克/升；每15天一次，一吨，加入一次。通过撞击法加入杀菌剂。近十年来，受华北干旱、降雨少等因素影响，火力发电厂所依赖的官厅水库库容大幅降低。官厅水库的消失，对北京能源集团的生存与发展造成了很大的威胁。为解决京能能源面临的水资源短缺问题，保障京能能源可持续发展。

2.　再生水质量对循环冷却水系统影响

2.1氨氮的影响

(1)在该过程中，硝化反应引起系统的酸性腐蚀。其中，氨氮是再生水的重要组分。NH3+与NH4+之间维持着一种平衡关系，即NH4+→NH3+。二者的组分比例受溶液酸碱度的影响。pH越高，平衡就越往右边移，NH3就越多。反之，pH越低，NH4就越多。氨氮硝化分两个步骤：一是由硝化菌将氨氮还原成亚硝酸盐，二是由硝化菌将氨氮还原成硝酸盐，三是由硝化菌将氨氮还原成硝酸盐。2NH3+3O2硝化菌2HNO2+2H2O2HNO2+O2硝化菌2HNO3由反应式可知，在硝化过程中，氨氮将转变成硝酸与亚硝酸。在NO2、NO3浓度较低的情况下，其酸性对循环冷却水pH的影响较小。但在高浓度NO-2、NO-3条件下，循环冷却水pH值明显下降，且易发生腐蚀。(2)氨氮对循环水系统内的藻类生长有促进作用，对灭菌剂的消耗量和运行费用有一定影响。目前，京能热电公司对其循环冷却水的消毒、除藻均使用了氯基型消毒灭藻药剂。由于循环冷却水中含有大量的NH3-N，可与氯化物发生作用，产生大量的NH3-N，从而使水体中的NH4C含量下降。

2.2　微生物的影响

当采用循环水时，人们最关心的是微生物问题。污水中的悬浮固体、胶体、不溶性有机物质等微生物及杂质在污水中排出，形成了生物淤渣，给污水处理设施带来了很大的威胁。降低了冷凝管的水流横截面，增大了其流阻；凝汽器管道的导热系数降低，从而降低了系统的运行效率；其中最严重的就是在粘稠的浆液中，在金属表面上形成了一个氧气集中区，从而造成了金属的局部或点蚀。其中，硫酸盐还原菌、铁菌等是影响循环冷却水水质的重要微生物。该细菌在无氧、25-40℃、pH值5-5-9的环境下生长繁殖。全部侵蚀反应：4Fe+SO2-4+4H2O→FeS+3Fe(OH)2+2OH-铁菌的存活与增殖环境：铁离子与氧气是依靠其被氧化成高价离子而存活的。其腐蚀机制是：在沉积物中，亚铁离子需氧才能将其氧化成价离子，而在沉积物中则形成了较低的氧浓度，同时也为硫酸根还原细菌的生长创造了有利条件。同时，由于硫酸盐还原菌与铁生菌的存在，导致了碳钢的腐蚀加剧。

2.3溶解性固体和氯离子的影响

若循环冷却水中溶解性固形物及氯离子含量过高，则会对循环冷却水系统产生不良影响，如Ca2+、HCO3-等易使循环水结垢，Cl-、SO2-易使体系腐蚀。在再生时，不能很好地除去这些离子。当废水中的重金属超标时，应采取相应的治理措施。其中，Cl-、SO2-等强酸阴离子需采用昂贵的工艺才能有效去除。然而，由于再生水中可溶固形物及氯离子含量过高，使得再生水的处理费用大大提高，使得再生水的回用难度极大。点蚀是一种最细微的腐蚀方式，虽然其整体损耗极少，但是其穿透性却很高，可以在很短的时间内使凝汽器的管壁破裂。氯离子是引起铜管腐蚀的重要原因。在腐蚀过程中，首先要在金属衬底表面生成一层具有一定孔隙度的氧化亚铜薄膜。此现象一般是由于氧化层下面有一小部分固态Cu

2+，而氧化层下面的Cu2++Cl-+e发生了氧化反应；在此过程中，新形成的亚铜离子与基质金属反应形成了一种新的亚铜离子：Cu2++CuO→2Cu+的阴极反应，即Cu2++CuO→2Cu+的还原过程。

3.安全使用城市再生水建议采取的必要措施　

(1)进行了循环冷却水的阻垢、缓蚀和杀菌实验，并在实验结果的基础上进行了循环冷却的处理。(2)进行了循环冷却水的侧向流动过滤试验，确定了适宜的侧向流动过滤技术，以降低循环冷却水系统中的悬浮物质含量，避免了由于水流速度较慢或副冷却器中悬浮物质的积聚而引起的电化学腐蚀。(3)加强对透平机的保养与管理。(a)冬天时，应对循环冷却水泵的运转情况进行全面分析和合理调节，保证冷凝器的铜管水流速度不低于1米/秒，以避免悬浮物质的积聚。(b)加大对凝汽器胶球的清理力度，保证凝汽器胶球清理设备投放率达到100%，收放率达到95%以上。如果冷凝器胶球清洗机的投入量和收入量达不到要求，则要及时进行消缺。(c)在机组停止运行时，对冷凝器要做好防护。(4)在蒸汽透平冷凝器及机组副冷却器的管板处及水腔上涂一层涂料，以避免设备的腐蚀。（5）在机组检修期间，对水塔进行清理，以降低循环冷却水中的悬浮物，并为其提供一个良好的生长环境。(6)按照《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007的规定，对循环冷却水的悬浮物含量、腐蚀率、污泥热电阻值和生物污泥体积进行了测定。

4.结语

综上所述，在水资源日益匮乏的今天,节约用水和污水再利用已经成为必然趋势,使用城市再生水作为发电厂循环冷却水系统补充水,只要加强循环冷却水阻垢、缓蚀、杀菌灭藻处理,做好循环冷却水系统维护管理,就能够满足GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》要求,能够保证循环冷却水系统安全、稳定、经济运行。

参考文献：

[1]王玲玲.城市再生水用于循环冷却系统水中微生物腐蚀控制[D].天津大学,2012.

[2]刘政修.城市再生水在循环冷却水系统的应用[J].电力科学与工程,2008(06):19-22.