侯文龍,李皞,?？≌?/p>

(河北省電力研究院，石家莊市 050021)

0 引言

河北省某電廠一、二期工程共建4臺(tái)機(jī)組，為了減少排污、有效節(jié)約水資源，二期工程2臺(tái)機(jī)組的輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水源擬采用經(jīng)深度處理后的中水和第1期工程的循環(huán)水排水。輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備的材質(zhì)為317不銹鋼。由于中水和循環(huán)水排污水中雜質(zhì)含量較高、成分復(fù)雜，會(huì)促使系統(tǒng)材質(zhì)腐蝕，威脅設(shè)備的安全運(yùn)行［1］。為此，根據(jù)電廠實(shí)際處理工藝和要求，進(jìn)行了不同加藥量和不同濃縮倍率的混凝及電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，得出了詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。

1 試驗(yàn)方案

該電廠二期工程采用超臨界空冷機(jī)組，其輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)濃縮倍率為1.4，擬采用一期工程的循環(huán)水排水和經(jīng)深度處理后的廠外來中水，經(jīng)過石灰混凝和過濾后作為輔機(jī)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水。分別對(duì)電廠一期工程循環(huán)水排水水樣和循環(huán)水排水及深度處理后的中水按照22∶13的比例混合的水樣進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)分3個(gè)部分［2］:(1)混凝澄清試驗(yàn)［3-5］。通過調(diào)整石灰、聚鐵、助凝劑(聚丙烯酰胺)加藥量得到最佳的混凝效果。(2)動(dòng)態(tài)阻垢模擬試驗(yàn)［6-7］。調(diào)整按照上述步驟得到的混凝澄清出水的pH值，然后加入不同量的阻垢劑，通過動(dòng)態(tài)試驗(yàn)得到加入不同量阻垢劑時(shí)的極限濃縮倍率。(3)電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)。得到在不同濃縮倍率的條件下，濃水對(duì)317不銹鋼的腐蝕情況。

2 混凝澄清試驗(yàn)

混凝試驗(yàn)用水水質(zhì)簡(jiǎn)化分析如表1所示。

表1 混凝試驗(yàn)用水水質(zhì)簡(jiǎn)化分析Tab.1Simplified analysis of water quality in coagulation test

2.1 石灰加藥量試驗(yàn)

取一定量的試驗(yàn)用水，固定聚鐵和助凝劑加藥量分別為50 mg/L和2 mg/L。然后調(diào)整石灰加入量，攪拌澄清后取上清液化驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 石灰加藥量試驗(yàn)結(jié)果Tab.2Test results of lime dosage

從表2可以看出，對(duì)于一期循環(huán)水，石灰加藥量為400～500 mg/L時(shí)，硬度和堿度較低并且混凝效果較好，因此確定所配置的水中石灰最佳加藥量為450 mg/L;對(duì)于一期循環(huán)水和中水混合水，石灰加藥量為400～450 mg/L時(shí)堿度和硬度較低并且混凝效果好，因此確定石灰最佳加藥量為400 mg/L。

2.2 聚鐵加藥量試驗(yàn)

凝聚劑采用電廠生產(chǎn)用聚鐵。試驗(yàn)中，按照石灰加藥量試驗(yàn)結(jié)果確定一期循環(huán)水中石灰加藥量為450 mg/L，循環(huán)水和中水混合的水中石灰加藥量為400 mg/L，固定助凝劑加藥量為2 mg/L。改變聚鐵加藥量進(jìn)行加藥量的選定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

在最佳石灰加藥量情況下，固定助凝劑的加入量。對(duì)于一期循環(huán)水，當(dāng)聚鐵加入量為30～50 mg/L時(shí)，混凝效果好，出水澄清，確定聚鐵加入量為40 mg/L;對(duì)于一期循環(huán)水和中水混合水，聚鐵加入量為30 mg/L以上時(shí)，混凝效果較好，出水澄清，確定聚鐵加入量為30 mg/L。

2.3 助凝劑加藥量試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)確定的石灰和聚鐵加入量，對(duì)于一期循環(huán)水固定聚鐵加入量為40 mg/L、石灰加入量為450 mg/L;對(duì)于一期循環(huán)水和中水混合后的試驗(yàn)用水固定聚鐵加入量為30 mg/L、石灰加入量為400 mg/L。改變助凝劑的加藥量以確定最佳加藥量，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4試驗(yàn)結(jié)果表明，在確定石灰和聚鐵加藥量的條件下，2種水的助凝劑加入量均為1.0 mg/L時(shí)即可使出水達(dá)到較佳效果，加大助凝劑量對(duì)混凝效果的影響不大。

3 動(dòng)態(tài)阻垢模擬試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)用水

分別取200 L一期循環(huán)水排污水和一期循環(huán)水排污水與中水按照22∶13的比例配置的水進(jìn)行試驗(yàn)。按照混凝試驗(yàn)所確定的條件，即石灰最佳加入量依次分別為90 g和80 g，加入后混合均勻。待反應(yīng)完全且pH值穩(wěn)定后再將8 g和6 g聚鐵分別加入試驗(yàn)水中，攪拌均勻后再分別加入0.2 g助凝劑。經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬箪o置一段時(shí)間，待礬花完全沉淀后取上清液調(diào)整pH值至8.0左右后進(jìn)行過濾，過濾后的水為試驗(yàn)用水，其水質(zhì)如表5所示。

表5 混凝澄清水水質(zhì)Tab.5Quality of water from coagulation clarification test

3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用電廠實(shí)際生產(chǎn)用的水質(zhì)穩(wěn)定劑。按照3.0、5.0、8.0 mg/L的加藥量，對(duì)2種試驗(yàn)用水分別進(jìn)行3組動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置及流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置及流程Fig.1Experimental device and process

在冷卻水箱中注入15 L試驗(yàn)用水，加入相應(yīng)量的水質(zhì)穩(wěn)定劑，攪拌均勻。再在補(bǔ)水槽中加入10 L試驗(yàn)用水和相應(yīng)比例的水質(zhì)穩(wěn)定劑。試驗(yàn)濃縮過程中不排污，邊濃縮邊補(bǔ)水，直至達(dá)到極限濃縮倍率為止。

試驗(yàn)運(yùn)行中，定期測(cè)定系統(tǒng)中的Cl－、Ca2+等，補(bǔ)水加藥量分別為3.0、5.0、8.0 mg/L，保持換熱器循環(huán)水入口水溫為40℃，循環(huán)水流量穩(wěn)定，進(jìn)出口溫差為6～8℃，通過連續(xù)不斷地補(bǔ)入新水保證系統(tǒng)有一定的蓄水容積［6］。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果Tab.6Results of dynamic simulation test

4 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)用水

電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用水采用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過程中加藥量分別為3.0、5.0、8.0 mg/L，濃縮倍率分別為1.5、3.0的濃水。

4.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備用的317不銹鋼。將其加工成其中1個(gè)面的面積為1 cm2的方形試片，在工作面的背面焊上導(dǎo)線，用環(huán)氧樹脂封裝非工作面。試驗(yàn)前將工作面用砂紙磨光至無劃痕，然后用酒精或丙酮擦洗干凈放入干燥器中待用。

4.3 試驗(yàn)方法和儀器

電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)采用EgδG的M273A恒電位儀測(cè)定極化曲線，采用M352軟件進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試［8-10］。測(cè)試時(shí)以雙電橋飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，制成的試驗(yàn)材質(zhì)為工作電極。將雙電橋甘汞電極、鉑電極、待測(cè)的工作電極連接正確后浸泡于不同加藥量和濃縮倍率的水樣中，接通電源，設(shè)定參數(shù)，測(cè)試317試片在不同情況下的極化曲線。掃描速度為2.0 mV/s，試驗(yàn)水溫為20℃左右。腐蝕電化學(xué)參數(shù)為:自然腐蝕電流密度Ic(常稱為腐蝕電流密度)、腐蝕電位Ec、維鈍電流、擊破電位。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果

不同加藥量和濃縮倍率的電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。由表7可見，濃縮倍率1.5時(shí)水樣中分別加入3.0、5.0、8.0 mg/L阻垢劑的維鈍電流和擊破電位變化不大。從圖2極化曲線可以看出，在濃縮倍率為1.5，水中加入3.0、5.0 mg/L穩(wěn)定劑時(shí)曲線比較接近，處于鈍化狀態(tài);加入8.0 mg/L穩(wěn)定劑時(shí)，極化曲線出現(xiàn)活性溶解電流峰，金屬處于活化溶解狀態(tài)，此時(shí)金屬的鈍化膜是不穩(wěn)定的。從極化曲線和運(yùn)行費(fèi)用比較來看，循環(huán)冷卻水在濃縮倍率為1.5左右、水質(zhì)穩(wěn)定為3.0 mg/L時(shí)運(yùn)行較好。

由表7可以看出，濃縮倍率在3.04、加藥量在8.0 mg/L時(shí)維鈍電流最小，說明在此種濃縮倍率下運(yùn)行，8.0 mg/L的加藥量要比另2種加藥量水的腐蝕性小。從圖3可以看出，在濃縮倍率為3.0左右時(shí)，水中加入8.0 mg/L穩(wěn)定劑的曲線，帶有一定的鈍化區(qū)間，而且在陽極極化過程中，維鈍電流比另外2種濃度的水小得多。說明在此種濃度下，金屬在鈍化區(qū)內(nèi)的溶解速率較低，再鈍化的能力較強(qiáng)。

圖3 濃縮倍率為3.0時(shí)不同加藥量的極化曲線Fig.3Polarization curves of dosages with 3.0 doncentration ratio

5 結(jié)語

(1)本次試驗(yàn)得出的3項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)于具體的河北省某電廠而言是合適的。

(2)由于不同電廠的循環(huán)水排水和中水水質(zhì)以及冷卻水系統(tǒng)材質(zhì)不盡相同，故建議可參照本試驗(yàn)方案，進(jìn)行相應(yīng)的混凝澄清試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)阻垢模擬試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，以確定相應(yīng)的循環(huán)水控制工藝。

(3)由于本次試驗(yàn)為小型試驗(yàn)，循環(huán)水的實(shí)際運(yùn)行濃縮倍率，應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)阻垢模擬試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)兩者提供的數(shù)據(jù)綜合考慮，并結(jié)合實(shí)際情況予以調(diào)整，以達(dá)到既不使系統(tǒng)材質(zhì)發(fā)生腐蝕，又不產(chǎn)生結(jié)垢的目的。

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(編輯:楊大浩)