北京二热循环水加药方案.doc

北京热电厂循环水系统可行性方案北京澳科特水处理技术有限公司2007年8月24日1前言32高浓缩倍数水处理技术简介33北京热电厂循环水系统工况条件及水质条件531循环水系统工况条件532循环水系统补充水分析数据见下表64冷却水处理方案的确定思路65药剂配方试验851试验依据852静态试验9511实验条件9512阻垢率的计算9513试验结果9514试验结果分析10522试验条件115.23试验结果的表示和计算115.24试验结果115.25腐蚀试验结论125.3动态模拟试验125.3.1动态模拟试验的原理125.3.2动态模拟试验采用的金属材质125.3.3动态模拟试验工艺参数125.3.4动态模拟评价装置135.3.5动态模拟试验方法和步骤135.3.6试验控制指标和分析频率145.3.7试验结果145.3.8试验结果分析及结论156循环冷却水系统日常运行操作方案1561水处理药剂的确定1562循环冷却水处理日常运行处理：16621日常运行16622分析监测项目及频率（见下表）16623加药方式1763水处理日常监测17631循环冷却水系统分析监测项目及频率：参见6.2.217632其他日常监测17633记录数据和日常报告17634控制指标18在线pH值控制系统19示踪型水处理药剂及监控系统19监控装置的构成20在线检测原理21投加量精度控制21循环冷却水系统在线自动监控技术22药剂介绍25示踪型阻垢分散剂25AKT-107D型高效阻垢缓蚀剂251 前言北京热电厂有2套V94.2型燃气蒸汽联合循环机组，循环水补水来源于吴家村中水处理厂，夏季循环水量约为46000吨/小时，冬季循环水量约为30000吨/小时，循环冷却水系统凝汽器主管材质为316L不锈钢。由于补水采用中水水质，水质的变化幅度大，且水中残留的有机物会为菌藻提供营养物，使得日常的杀菌灭藻难度增大。针对现场情况我公司建议贵厂需要在系统的日常运行中引入示踪型药剂及在线监控系统，将示踪型阻垢分散剂与在线自动监控系统结合，即时地检测循环水中的有效药剂含量并及时加以调整，同时也可根据现场腐蚀和结垢的实际情况，调整设定参数，保证系统的正常运行，从而避免了传统检测干扰的情况，而且日常的循环水控制更加的人性化，利于循环水系统的整体运行。在水资源越来越匮乏的北京，节约用水成为一大城市主题。而且为适应日益严重的水危机，循环冷却水高浓缩倍数运行已成为国际及国内研究推广的热点，也是我国将来大力扶持的水处理高新技术。 因此针对贵厂循环水系统实际情况，确定系统所能达到的最高运行浓缩倍数以合理利用有限的水资源显得尤为重要。下面我们简单介绍一下循环水高浓缩倍数处理技术。2 高浓缩倍数水处理技术简介随着我国工业的发展，淡水耗量急速增加，我国北方地区更是面临严重的水源紧缺状况。在城市用水中，工业用水约占总用水量的6080，而工业冷却水用量占整个工业用水量的7080。我国城市工业万元产值耗水量达340立方米，是发达国家的1020倍，耗水量高，重复利用率低，是我国工业系统水资源利用的突出问题。采用清洁生产工艺，发展新型的节水技术，对于传统产业，是缓解淡水不足的一个重大举措。因此，节约工业冷却水，使有限的水资源得到最大限度的利用，是工业领域节水工作的重中之重。但目前采用循环冷却水的企业其循环冷却水浓缩倍数大多在1.52.5倍之间，有的甚至更低，因此在节水方面仍有很大潜力。但是提高循环冷却水系统的浓缩倍数势必增加水处理的难度，要求承担水处理技术开发和服务的企业具有相当的技术实力和丰富的现场服务经验。天津化工研究设计院国家工业水处理工程技术研究中心与北京澳科特水处理技术有限公司一起已成功推广了多个高浓缩倍数运行的示范企业，并取得显著的经济效益和社会效益。在工业循环冷却水系统的运营管理中，浓缩倍数是判定系统运行状态的一个重要技术指标。提高循环冷却水的浓缩倍数可以大量减少补充水量和排污水量，节水效果十分显著，具有明显的经济效益和社会效益。据计算，采用循环冷却水处理技术后，当浓缩倍数达到2.0倍时与直流水相比，可节约淡水95以上，如果将浓缩倍数从2.0倍提高至4.0倍时，在此基础上又可节约淡水35左右。因此实现高浓度倍数运行是循环冷却水处理的发展方向。近年来，美国、日本等水处理技术发达的国家在冷却水处理化学品及应用技术研究方面，已趋向适用于高浓缩倍数，环境友好及易于在线监控的成套技术研究。国内高浓缩倍数冷却水处理技术开发也成为企业关注的热点，希望借此提高水的重复利用率，提高的经济效益。我们近年来，一直致力于循环冷却水高浓缩倍数运行处理技术和新型水处理化学品的研究，开发成功了一批具有优异缓蚀、阻垢、杀菌灭藻的水处理剂及配套应用技术，并已在大型循环冷却水系统应用成功；开发的具有国际水平的示踪型水处理药剂及在线监控系统也已在天津石化公司乙烯厂、宝山公铁股份有限公司、河北兴泰发电有限责任公司等大型循环冷却水系统得到很好的应用。我们提供的循环水高浓缩倍数技术在现场实施后，可达到下列水处理技术指标：（1） 腐蚀率： 0.005mm/y（2） 污垢热阻 ： 3.44104 m2K/w（3） 异养菌总数： 5105个/ml （夏天） 1105个/ml （冬天）（4） 粘附速率 ： 20mcm本研究开发报告是依据厂方提供的循环冷却水系统运行工况及水质条件提出的，确定的水质稳定剂配方产品具有良好的缓蚀阻垢及杀菌灭藻性能。因此，正确应用本技术，可取得节水、节能和稳定生产的良好效益。但应指出，良好水处理效果的取得，既要有先进的处理技术，更需要将此技术加以正确的实施，并在生产应用中进行严格的日常管理。为本技术应用获得成功提供可靠的保证。3北京热电厂循环水系统工况条件及水质条件31循环水系统工况条件系统名称工况条件热电厂循环水（2套系统合计）循环水量（m3/h）46000补充水量（m3/h）1060蒸发水量（m3/h）530风吹损失（m3/h）38排污水量（m3/h）492系统材质316L不锈钢32循环水系统补充水分析数据见下表分析项目结果单位分析项目结果单位PH（25）7.64硫酸根（SO42-）468.40mg/L全固溶物904.8mg/L氢氧根（OH-）0mg/L溶解固形物（TDS）870mg/L碳酸根（CO32-）0mg/L悬浮固形物34.8mg/L碳酸氢根（HCO3-）264.91mg/L电导率（25）1252s/cm酚酞碱度0mg/L化学耗氧量（COD）7.108mg/L全碱度(CaCO3计)217.36mg/L浊度0.01NTU全硬度(CaCO3计)355.31mg/L钙（Ca2+）84.22mg/L负硬(CaCO3计)0mg/L镁（Mg2+）35.21mg/L总磷1.71mg/L铁（Fe2+）0.06mg/L氯（Cl-）167.00mg/L4冷却水处理方案的确定思路系统补充水为高硬度、高碱度结垢型水质且水中存在一定的腐蚀性离子，含盐量高，氯离子偏高，随着水温、pH值的上升以及浓缩倍数的提高，结垢趋势将趋向严重，腐蚀在一定程度上将受到阻垢效果的影响，一方面影响系统的良好换热，另一方面因为高浓缩倍率下高数值的氯离子会对不锈钢管造成严重的腐蚀。也易产生垢下腐蚀，因此在确定水处理缓蚀阻垢剂及配套控制条件上一定要严格控制结垢，同时兼顾缓蚀；另外，循环水中过高的有机物含量，极易滋生菌藻粘泥，所以要采用多种高效杀菌灭藻剂配合使用，同时要严格控制粘泥沉积在凝汽器管壁上，既影响换热，又产生微生物腐蚀。目前循环冷却水处理阻垢方法大概有pH控制处理、炉烟处理、软化处理、阻垢剂处理、电磁防垢处理等。结合处理效果、经济实用性以及适应系统高浓缩倍数运行特点，我们选择pH控制与阻垢剂相结合的处理方法。pH控制处理方法是加入冷却水中的酸（一般用硫酸）将易形成水垢的Ca(HCO3)2转换成溶解度大的CaSO4；阻垢剂处理是通过加入循环冷却水中的阻垢剂对污垢的晶格歪曲畸变、分散和螯合等作用，阻止和减缓污垢的形成，阻垢剂间普遍存在着协同效应，一般是多种阻垢剂复配使用。循环冷却水缓蚀方法大概有外加电流阴极保护，牺牲阳极阴极保护、涂刷防腐涂料、采用耐蚀材质和投加缓蚀剂等，以投加缓蚀剂应用最为广泛且效果好，尤其对一些水流程复杂或换热设备陈旧的系统，缓蚀剂可随着水的流动到达任何需要提供保护的地方；另外投加缓蚀剂一般剂量不大，相对于其他方法而言，经济实用。我们也采用在阻垢剂内复配缓蚀剂的处理方法，同时考虑缓蚀剂的协同效应。至于杀菌灭藻方法目的是抑制循环水系统中的微生物繁殖以消除微生物污垢和微生物腐蚀，投加杀菌灭藻剂是控制循环冷却水系统微生物生长繁殖的最有效方法之一。考虑到细菌藻类的抗药性、粘泥剥离的需要以及特殊处理，可以定期或不定期投加非氧化型和氧化型杀菌剂。筛选缓蚀阻垢剂配方产品时：第一、要保证产品具有优良的阻垢性能和缓蚀性能，选定的阻垢分散剂不仅对碳酸钙垢具有优异的阻垢性能，而且对氧化铁、粘泥及水中浊度物质也有良好的分散作用；选定的缓蚀阻垢剂容易在金属表面形成一层薄而致密的防腐膜；第二、要保证产品在循环水中的稳定性，耐氯分解能力强，适应高浓缩倍数要求产品在水中停留时间长的特点；第三，尽量选用低磷环保型产品，随着工业的发展环境问题日益引起人们的重视。近年来由于江河污染，海水富营养化，赤潮现象屡见不鲜，世界各地禁磷呼声越来越高，因此选择低磷、无磷等环保型水处理药剂是今后冷却水处理技术的发展方向。阻垢药剂在阻垢性能上对水中的总硬度和总碱度都有一定的要求，一旦水中的总硬度和总碱度达到极限值，药剂的阻垢性能会急剧下降，在此条件下，生产装置中个别高温、低流速换热器就会出现严重的结垢现象。目前，国际上在对待高硬度、高碱度类型水质提高浓缩倍数的问题上，也是普遍采用优良缓蚀阻垢剂并辅助控制系统pH值的技术方案，效果不错。高硬度、高碱度结垢型水质在高浓缩倍数运行时，必须进行pH控制，目前的pH自动控制系统，一方面控制操作精度高，能精确保证系统的控制要求；另一方面可以减轻操作人员的劳动强度，减少人员操作的不确定性。优良缓蚀阻垢剂辅助pH控制的技术方案可明显提高恶劣水质的浓缩倍数，相对于低浓缩倍数下自然平衡pH值技术方案，可达到可观的节水、节药、增加经济效益的目的。综合上述考虑，我们确定采用含示踪药剂的优异缓蚀阻垢剂及示踪在线监控系统配合在线pH值控制系统对系统实施处理的方法。5药剂配方试验51试验依据l 关于改变循环水处理运行方式的可行性研究l 国电电力大同第二发电厂循环水运行方式调整试运行报告l 火力发电厂设计技术规程（化学部分）DL5000-2000l 锅炉用水和冷却水分析方法l 循环冷却水试验方法l 工业循环冷却水处理设计规范GB50050-1995l 火力发电厂循环冷却水用阻垢缓蚀剂DL/T806-2002l 水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法GB/T 18175-2000l 冷却水动态模拟试验方法HG/T 2160-1991352静态试验511实验条件（1）试验用药剂对比配方1#、对比配方2#、对比配方3#、对比配方4#、AKT-107D，上述配方均是针对热电中水质研制的试验配方。（2）试验药剂的质量浓度 30ppm、40ppm、45 ppm、50 ppm。（3）试验水质55倍浓缩，60。（4）试验pH值用硫酸溶液调节pH值在88.5之间。（6）试验时间24小时。512阻垢率的计算 式中：V0试验后空白中Ca2+所耗EDTA标准溶液的毫升数；V试验前空白中Ca2+所耗EDTA标准溶液的毫升数；V/试验后溶液中Ca2+所耗EDTA标准溶液的毫升数。513试验结果试验结果见表2。表2 静态阻垢试验结果序号药剂代号药剂浓度(ppm)阻垢率(%)1对比配方1#3083.354092.564595.315096.452对比配方2#3084.444090.524596.465097.123对比配方3#3086.344093.454595.115097.344AKT-107D3087.454096.724597.215098.12514试验结果分析从试验结果可以看出： AKT-107D阻垢性能优异。从技术考虑，在加酸控制碱度的条件下，循环水中药剂浓度在2025mg/l之间，可有效的控制现场循环水浓缩倍数在5.5倍以下运行。52挂片腐蚀试验521实验水质中水检测结果配水522试验条件温度： 60试片转速：约60r/min试验时间： 120h试验所用药剂：AKT-107D试件：现场使用的316L不锈钢试件加工方法：在车床上将管切成15mm的环，用400#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗，再用无水乙醇擦洗，干燥后称重备用。根据钢环的内外径和长度计算表面积。铜环试件的表面积： 12.43cm25.23试验结果的表示和计算以mm/a表示的腐蚀率,按如下公式计算：式中： W0试片试验前重，g； W试片试验后重，g； A试片的面积，cm2； 试片的密度，g/cm2； T试片的试验时间，h； 87600与1年相当的时间数，h/a；5.24试验结果腐蚀试验结果见表编号药剂浓度（mg/l）材质试前重（g）试后重（g）失重（g）腐蚀率（mm/a）1空白0316L5.43155.43130.00020.00112AKT-107D 30316L5.39565.39550.000150.000753AKT-107D 40316L5.61595.61580.00010.000554AKT-107D 50316L5.53735.5373005.25腐蚀试验结论从试验结果可以看出：在中水水质条件下，控制浓缩倍率在5.5以下，控制AKT-107D 4550ppm具有很好的缓蚀性能。5.3动态模拟试验5.3.1动态模拟试验的原理动态模拟试验是以饱和蒸汽作为热介质，在换热管中将管中的冷却水加热，相应的蒸汽被冷却，冷却水在塔中又被冷却至原来的温度，继续在管中与蒸汽换热，如此循环，从而最大可能的模拟循环水系统在现场的真实换热情况。5.3.2动态模拟试验采用的金属材质（1）换热器管试验样管材质：316L。（2）挂片腐蚀试片材质316L标准试片。5.3.3动态模拟试验工艺参数 流量： 1000L/h，相当于流速0.67m/s蒸汽温度： 981给定入口温度： 35.0试管有效长度： 500mm 试管规格： 251mmpH值：加酸调pH值8.0-8.5浓缩倍数：5.55.3.4动态模拟评价装置图1 现场动态模拟试验装置图5.3.5动态模拟试验方法和步骤（1）按照水质报告配水（2）药剂浓度按照阻垢缓蚀剂AKT-107D为10ppm，示踪阻垢剂12ppm（3）高效生物抑制剂在试验中期投加一次高效生物抑制剂，按系统保有水量计，控制产品浓度100mg/l。5.3.6试验控制指标和分析频率试验从正常运行开始，控制循环水中药剂含量5 mg/l（总磷含量46mg/l）。试验中降低碱度控制指标如下：动态模拟试验控制指标序号项目控制指标1Ca2+（以Ca2+计）550mg/l2总碱度 9.0mmol/l3电导率 6500s/cm4浓缩倍数5.55pH88.56浊度 10mg/l 5.3.7试验结果试验挂片腐蚀情况试验共进行485小时，水中不锈钢挂件均光亮无点蚀，试件腐蚀率见下表：动态模拟试验试片腐蚀率试片材质腐蚀时间(h)平均腐蚀率（mm/a）表面状态316L4850.0008光亮无斑点0.0009光亮无斑点316l4850.001光亮无斑点O.OO09光亮无斑点试管污垢热阻及管内结垢分析年污垢热阻值铜试年污垢热阻值不同浓缩倍数下的污垢热阻值测定值如下：表6 不同浓缩倍数下的污垢热阻值序号浓缩倍数污垢热阻值（10-4M2.K/W）131.22351.8342.14452.3552.6655285.3.8试验结果分析及结论采用模拟水质，通过动态模拟试验评定，当多功能阻垢缓蚀剂AKT-107D控制4055mg/l,浓缩倍数可以达到5.5倍，年污垢热阻值和铜腐蚀率远小于国家标准: 合金腐蚀率0.005mm/a；污垢热阻值3.4410-4M2K/W。因此，根据现场的经验，在加酸控制碱度79mmol/l条件下，现场控制AKT-107D 2025mg/l可以控制在浓缩倍数5.5倍下稳定运行。6循环冷却水系统日常运行操作方案61水处理药剂的确定根据系统补充水水质特点以及系统工况条件，确定采用高效示踪阻垢分散剂、阻垢缓蚀剂对系统进行日常缓蚀阻垢处理；采用两种氧化型杀菌灭藻剂与两种非氧化型杀菌灭藻剂对系统进行日常杀菌灭藻分散粘泥处理；同时采用添加工业浓硫酸对系统pH值实现控制。 62循环冷却水处理日常运行处理：621日常运行当系统浓缩至规定倍数后，转入日常运行操作，系统恢复正常补排水量。（1） 示踪阻垢分散剂 使用浓度1214ppm缓蚀阻垢剂 使用浓度1012ppm。（2） 杀菌灭藻剂的日常使用方法：(a) 非氧化性杀菌灭藻剂： 使用浓度 50ppm夏季：两次月春、秋、冬季：一次/月 最好采用两种交替投加(b) 稳定性二氧化氯溶液杀菌灭藻剂：使用浓度 50 ppm 两次/月(c) 氯系杀菌灭藻剂： 使用浓度 25ppm 一次/两天投加杀菌灭藻剂时应减少排水和补水，保持药剂运行24小时后，恢复正常补排水控制。622分析监测项目及频率（见下表）序号项目分析频率补充水循环水1pH一次/周一次/4小时2电导率一次/周一次/天3Ca2+一次/周一次/天4Mg2+一次/周一次/天5Cl-一次/周 一次/班6浊度一次/周一次/天7总碱度一次/周一次/天8有机膦（以PO3-4计）一次/班9浓缩倍数（以Cl-计）一次/班623加药方式（1）示踪阻垢分散剂、阻垢缓蚀剂 。均采用连续自动加药，这样的话，药剂在水中混合均匀，且不易产生大的波动。（2） 杀菌灭藻剂：采用冲击式投加，加药点为冷却塔池中的湍流区。63水处理日常监测631循环冷却水系统分析监测项目及频率：参见6.2.2632其他日常监测（1）腐蚀挂片监测腐蚀情况和粘泥附着情况（2）冷却塔池及塔壁菌藻粘泥滋生情况（3）缓蚀阻垢剂加药情况是否正常（4）杀菌灭藻剂使用情况（5）现场换热设备工作情况在运行过程中，应特别注意水中的异味，浊度，塔壁的粘泥及腐蚀挂片表面状况等。633记录数据和日常报告应将循环冷却水系统日常运行操作及分析数据做好记录，并保持原始记录数据的完整性，实行专业归档、专人管理，这些都是现场水处理调节的主要依据。634控制指标序号项目控制指标1Ca2+（以Ca2+计）550mg/l2总碱度 9.0mmol/l3电导率 6500s/cm4浓缩倍数5.55pH88.56浊度 10mg/l 8Cl- 1000mg/l附件在线pH值控制系统在线pH值控制系统由pH值控制器、pH值在线测量电极配备通用型流量电磁控制阀组成，适用于污水工程、废水处理和工艺技术、冷却水监控、游泳池工程等pH值测量、控制过程。系统描述：pH值在线测量电极检测的介质pH值并将信号传送到安装在现场的pH值控制器；pH值控制器完成信号处理、显示、变送输出功能，同时控制器进行PID运算后再将调节输出信号传送给安装在管道上的通用型流量电磁控制阀。选型时应根据特定选型表同时选用控制系统的三部分产品。示踪型水处理药剂及监控系统在循环冷却水系统中加入的水处理缓蚀阻垢剂，在水中药剂的浓度目前通常使用人工分析检测含磷组份的方法，而对其中通常使用的聚合物类药剂不加测定，分析步骤繁琐耗时，且易受干扰和不易准确测定出聚合物类药剂的浓度，难以保证药剂的浓度处于最佳运行范围。示踪型水处理药剂，因其聚合物结构中含有荧光基团，在水中药剂的浓度可通过荧光检测迅速而准确的获得，能恰到好处地监控加药量，确保既不过量又非不足，从而使过去测定受到限制的聚合物类药剂监测成为现实，进而与自动化设备配套，实现水处理药剂在线分析和自动加药，使水处理技术进入更新的发展阶段。该项技术能指导用户合理投加药剂，减少分析量，提高劳动效率，降低开支。该技术是将荧光物与聚合物合成为一体，可直接测定循环水的荧光强度而准确得知其中聚合物类药剂的含量。示踪物质过去由混配到药剂中使用，发展到合成到药剂分子结构中，这是新的突破。如何将示踪基团合成到不同聚合物的分子结构上及制造出相匹配的监控设备是在线监控技术的关键。通过示踪技术实现在线监控必须具备以下特点：l 药剂具有优异的阻垢性能（碳酸钙、磷酸钙、氧化铁等）；l 示踪物质的上链率应大于90%；l 检测系统具有良好的重现性和稳定性；l 能准确反映水中药剂的有效浓度；l 检测数据受冷却水工矿条件变化影响小；l 能够查询药剂浓度的历史记录，采集处理及打印数据；l 实现计算机远程控制。天津化工研究设计院国家工业水处理工程技术研究中心，近年来对示踪型阻垢分散剂及在线监控系统进行了大量的实验室研究，现已完成中试及动态模拟试验研究，其药剂产品已申请中国发明专利。药剂产品阻垢性能及与其它药剂配伍性能良好，监控装置抗干扰能力强，稳定性好，已成功应用于多套循环冷却水系统的日常处理，使用效果极佳。我中心研制出的在线监控装置配合示踪型药剂的使用，能够连续即时准确地检测出聚合物含量，通过智能化芯片的运算，根据设定值范围，有效地控制经济合理的添加量，并驱动加药泵自动加药。在正常加药量时，控制精度为设定值的10%范围内，并且具有很好的稳定性和远程监控功能。监控装置的构成下图所示为监控装置的基本组成。 循环冷却水主水管道 储药罐- 计算机远程控制监 控系 统 加药泵 清洗标定机构 示踪型水处理药剂在线监测系统在线检测原理加有示踪型药剂的原水经过取样器流动池时,在一定波长单色光的照射下示踪基团被激发,发出具有特征光谱的光,其波长是很稳定的。示踪基团当合成到阻垢剂或絮凝剂等聚合物分子结构上之后其光谱特性会发生变化，对于不同类型的示踪型药剂，应选用不同的激发光源，以达到实际检测精度的要求。为了实现现场检测的要求，本装置光源选在一定的波长下，配合激发发射带通分色组件,可以很好地检出光信号。通过光电转换后，得到的电信号经单片机处理后显示并输出驱动加药泵控制加药，或通过RS-485通讯接口传送给上位计算机，经过应用软件的处理，显示加药量变化曲线及统计数据，并可实现远程监控操作。 检测原理示意图投加量精度控制 根据工艺设计的加药量要求，加药泵受控于检测输出的电信号，控制加药量。当达到设定值后，通过PID算法调节加药泵在设计加药量的5范围内变化，这样可以避免加药量的急剧变化和由于冷却水系统补排水量变化和设备故障使循环系统缺药造成损害，而通常通过常规分析所能达到的控制精度一般在30%左右。控制加药曲线如图3-3所示。 监控加药效果示意图循环冷却水系统在线自动监控技术循环冷却水系统在线自动监控技术主要包括以下内容：l 电导自控系统：控制排污（浓缩倍数）。通过在线的电导测试系统，即时测定补充水及循环水中的电导率并通过自控装置，及时调整排污量，达到控制浓缩倍数的目的，使整个循环水系统保持