張志國(guó)，蘭夢(mèng)

（中電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心，鄭州 450001）

火電廠循環(huán)冷卻水全自動(dòng)化處理方案

張志國(guó)，蘭夢(mèng)

（中電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心，鄭州 450001）

針對(duì)火力發(fā)電廠常規(guī)循環(huán)冷卻水處理工藝存在的加藥精確度差、水質(zhì)分析及監(jiān)測(cè)不及時(shí)、濃縮倍率不穩(wěn)定等問(wèn)題，提出了循環(huán)冷卻水全自動(dòng)化處理方案：自動(dòng)投加阻垢緩蝕劑和殺菌劑，自動(dòng)控制冷卻水排污，在線監(jiān)測(cè)pH值、金屬腐蝕速率、濁度、污垢熱阻、污垢沉積速率、補(bǔ)水量及加藥量，出現(xiàn)問(wèn)題前、后能及時(shí)做出預(yù)判和處理。實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水全自動(dòng)化處理后，可提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，節(jié)約水資源，降低運(yùn)行成本，提高運(yùn)行管理效率。

循環(huán)冷卻水；自動(dòng)化控制；濃縮倍數(shù)；污垢熱阻

0 引言

火力發(fā)電廠是用水大戶，隨著節(jié)水及環(huán)保要求的不斷提高，減少工業(yè)外排水量已是必然趨勢(shì)。循環(huán)冷卻水占整個(gè)電廠用水的比例達(dá)80%以上，循環(huán)冷卻水排污水在電廠外排水中占有較高的比例，因此，做好循環(huán)冷卻水處理將成為整個(gè)企業(yè)節(jié)水、排水的重點(diǎn)課題。

在火電廠敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水通過(guò)冷卻塔時(shí)不斷被蒸發(fā)，水中鹽的質(zhì)量濃度也不斷增加。為維持各種礦物質(zhì)和離子的質(zhì)量濃度穩(wěn)定在某一個(gè)范圍，必須對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充一定量的新鮮水，并排出一定量的濃縮水。為了減少外排水，提高濃縮倍率成為一種重要的節(jié)水手段。隨著濃縮倍率的提高，水中雜質(zhì)的濃縮程度也越來(lái)越高，一些溶解度不高的鹽類將會(huì)析出；其他鹽類如氯化物、硫酸鹽等的質(zhì)量濃度也會(huì)增加，加速系統(tǒng)中的金屬腐蝕；循環(huán)冷卻水中微生物的大量繁殖將在換熱面產(chǎn)生生物沉積物，導(dǎo)致?lián)Q熱器管道堵塞和垢下腐蝕，威脅電廠的安全生產(chǎn)，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失：因此，對(duì)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)提出了更高的要求。

1 常規(guī)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)

循環(huán)冷卻水處理的目的是最大限度地防止和減緩冷卻水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和微生物生長(zhǎng)等。常規(guī)的循環(huán)冷卻水處理方式是循環(huán)水處理工藝與排污相結(jié)合，循環(huán)冷卻水處理工藝為加硫酸、阻垢緩蝕劑和殺菌劑。

循環(huán)冷卻水加硫酸一般采用連續(xù)投加方式，加酸點(diǎn)無(wú)嚴(yán)格限制，可加在循環(huán)冷卻水補(bǔ)水中，也可加在循環(huán)冷卻水泵的入口管道中［1］，目的是將水中的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘妓猁}硬度，防止生成碳酸鈣水垢。

循環(huán)冷卻水中加入殺菌劑，能夠殺死微生物或抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，一般采用連續(xù)投加氧化性殺菌劑和沖擊式投加非氧化性殺菌劑兩種方式。常用的氧化性殺菌劑有氯氣、次氯酸鈉、三氯異氰脲酸和二氧化氯等；常用的非氧化性殺菌劑有季銨鹽、酚類、戊二醛和異噻唑啉酮衍生物等。

循環(huán)冷卻水加阻垢緩蝕劑一般為連續(xù)投加方式，阻垢機(jī)理一般有螯合增溶、晶格畸變、分散、溶限效應(yīng)，緩蝕機(jī)理為形成鈍化膜、沉積膜或吸附膜。緩蝕阻垢劑有效成分多為磷（膦）酸鹽（聚磷酸鹽、正磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽）和各種低分子聚合物。

排污是循環(huán)冷卻水處理過(guò)程中關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)之一，它能平衡循環(huán)冷卻水質(zhì)，避免發(fā)生結(jié)垢或腐蝕。

在循環(huán)冷卻水處理過(guò)程中，通常講“三分藥劑，七分管理”，化學(xué)藥劑雖然起到了非常關(guān)鍵的作用，但在日常的監(jiān)督和運(yùn)行控制中，不可能完全依賴藥劑的效果。能否取得好的循環(huán)冷卻水處理效果，還是靠現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程管理和監(jiān)督管理，如果管理跟不上，使用再好的水處理藥劑也不會(huì)取得好的水處理效果。管理到位主要體現(xiàn)在：藥劑按照要求（數(shù)量、頻率）進(jìn)行投加；水質(zhì)分析及監(jiān)測(cè)及時(shí)，調(diào)整到位；出現(xiàn)問(wèn)題前、后能夠及時(shí)做出預(yù)判和處理等。

目前國(guó)內(nèi)循環(huán)冷卻水處理主要存在如下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）藥劑大都采用人工配制、投加的方式，存在滯后及加藥誤差。

（2）循環(huán)冷卻水項(xiàng)目監(jiān)測(cè)大都采用人工化驗(yàn)方式，存在分析數(shù)據(jù)延后的情況。

（3）循環(huán)冷卻水處理效果評(píng)價(jià)依靠停機(jī)檢查；凝汽器腐蝕評(píng)定通過(guò)定期掛片監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腐蝕程度。

（4）循環(huán)冷卻水排污依靠人工控制，不易精細(xì)管理，導(dǎo)致濃縮倍率不穩(wěn)定。

隨著水資源的日益匱乏，越來(lái)越多的電廠將中水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水。中水水質(zhì)差且不穩(wěn)定，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水處理在腐蝕監(jiān)測(cè)、藥劑質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)及濃縮倍率計(jì)算等方面產(chǎn)生了新的問(wèn)題。

面對(duì)以上問(wèn)題，有必要在數(shù)據(jù)處理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、在線分析、排污控制等方面進(jìn)行自動(dòng)控制，尤其是循環(huán)冷卻水水質(zhì)指標(biāo)與腐蝕、結(jié)垢狀況建立內(nèi)在關(guān)系的閉環(huán)控制自動(dòng)加藥系統(tǒng)［2］，可以實(shí)現(xiàn)精確、快速的管理與控制，彌補(bǔ)人工管理的不足，提高運(yùn)行管理效率。實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水處理過(guò)程的全自動(dòng)化與精細(xì)化管理，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)防垢、防腐起到積極作用，保障循環(huán)水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 循環(huán)冷卻水自動(dòng)化處理方案

循環(huán)冷卻水自動(dòng)化處理原理為：根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率、補(bǔ)充水電導(dǎo)率自動(dòng)計(jì)算濃縮倍率，根據(jù)濃縮倍率控制排污電動(dòng)閥自動(dòng)排污，使?jié)饪s倍率穩(wěn)定在控制范圍內(nèi)；通過(guò)流量計(jì)在線監(jiān)測(cè)補(bǔ)充水量，控制磷系阻垢緩蝕劑計(jì)量泵；通過(guò)熒光示蹤技術(shù)在線監(jiān)測(cè)循環(huán)冷卻水中藥劑的質(zhì)量濃度，從而控制無(wú)磷阻垢緩蝕劑計(jì)量泵；通過(guò)在線監(jiān)測(cè)循環(huán)冷卻水中的氧化還原電位（ORP）來(lái)控制氧化性殺菌劑（如二氧化氯）輸送泵，保持循環(huán)冷卻水中游離余氯的質(zhì)量濃度；通過(guò)在線監(jiān)測(cè)污垢熱阻、污垢沉積速率、碳鋼腐蝕速率、不銹鋼腐蝕速率、循環(huán)冷卻水濁度、循環(huán)冷卻水溫度等參數(shù)，達(dá)到全面了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況的目的。循環(huán)冷卻水自動(dòng)化處理方案為：選擇合適的控制器，通過(guò)可編程的系統(tǒng)操作軟件來(lái)設(shè)置工藝流程畫面，顯示各種采集參數(shù)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水處理的自動(dòng)控制。

2.1 自動(dòng)投加阻垢緩蝕劑

設(shè)置兩種自動(dòng)投加阻垢緩蝕劑模式：一種模式是以循環(huán)水補(bǔ)水量來(lái)控制磷系阻垢緩蝕劑的投加；另一種模式為使用熒光示蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)磷阻垢緩蝕劑的投加。

（1）在各循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水管道上加裝流量計(jì)，設(shè)定好小時(shí)補(bǔ)水量（經(jīng)驗(yàn)值）及對(duì)應(yīng)的加藥量，以1 h為1個(gè)加藥計(jì)算周期，當(dāng)實(shí)際補(bǔ)水量累積到該值時(shí)啟動(dòng)計(jì)量泵，達(dá)到對(duì)應(yīng)的加藥量后計(jì)量泵停止。

（2）考慮今后將中水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，為消除中水中含磷量的影響，使用熒光示蹤技術(shù)測(cè)量無(wú)磷阻垢緩蝕劑的質(zhì)量濃度，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投加。

2.2 自動(dòng)投加殺菌劑

（1）為保證循環(huán)水處理的殺菌效果，在線監(jiān)測(cè)ORP值。特別是針對(duì)中水回用水質(zhì)，通過(guò)設(shè)定ORP上、下限值，自動(dòng)控制氧化殺菌劑泵連續(xù)投加，對(duì)循環(huán)冷卻水進(jìn)行微生物控制。

（2）為了達(dá)到更好的微生物控制效果，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)也需要定期投加非氧化型殺菌劑，可通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)自動(dòng)沖擊式投加非氧化型殺菌劑。

2.3 自動(dòng)控制循環(huán)冷卻水排污

通過(guò)在線測(cè)量循環(huán)冷卻水和補(bǔ)充水的電導(dǎo)率，自動(dòng)計(jì)算循環(huán)冷卻水濃縮倍率，根據(jù)濃縮倍率自動(dòng)控制循環(huán)冷卻水排污，實(shí)現(xiàn)連續(xù)排污，解決濃縮倍率不穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)達(dá)到節(jié)水的目的。

2.4 在線監(jiān)測(cè)pH值自動(dòng)加酸

在線監(jiān)測(cè)pH值，控制加酸泵的啟停，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加酸。運(yùn)行一段時(shí)間后，pH設(shè)定值可參照碳鋼腐蝕速率、污垢熱阻、濃縮倍率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.5 在線監(jiān)測(cè)金屬腐蝕速率

通過(guò)監(jiān)測(cè)碳鋼、不銹鋼腐蝕速率，實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)金屬材質(zhì)的腐蝕情況，根據(jù)腐蝕情況調(diào)整處理措施，避免系統(tǒng)腐蝕超標(biāo)，同時(shí)可為及時(shí)調(diào)整加藥方案及濃縮倍率提供參考依據(jù)。

2.6 在線監(jiān)測(cè)濁度

濁度是循環(huán)水水質(zhì)控制的重要指標(biāo)之一，當(dāng)水的濁度高達(dá)一定程度時(shí)，懸浮物會(huì)因?yàn)榱魉俳档投趽Q熱器的表面沉積，引起結(jié)垢。通過(guò)濁度儀實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)冷卻水系統(tǒng)濁度，以便及時(shí)采取對(duì)策。

2.7 在線監(jiān)測(cè)污垢熱阻、污垢沉積速率

污垢熱阻與污垢沉積速率在線監(jiān)測(cè)非常重要，是及早發(fā)現(xiàn)結(jié)垢和污垢沉積的有效手段，是保證凝汽器換熱效率的前提條件。通過(guò)模擬換熱器監(jiān)測(cè)的進(jìn)口溫度、出口溫度和蒸汽溫度來(lái)計(jì)算污垢熱阻和污垢沉積速率，可以及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。

2.8 在線監(jiān)測(cè)實(shí)際補(bǔ)水量、加藥量

將原有的補(bǔ)水流量計(jì)測(cè)量值通過(guò)儀表遠(yuǎn)傳，在加藥泵出口設(shè)計(jì)加藥流量計(jì)，將加藥實(shí)際測(cè)量值遠(yuǎn)傳，能夠精確掌握系統(tǒng)補(bǔ)水量和加藥量。

3 循環(huán)冷卻水自動(dòng)化處理效果分析

實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水的全自動(dòng)化處理后，可提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，避免結(jié)垢、腐蝕、微生物超標(biāo)，保持換熱效率；可以節(jié)約水資源，減少循環(huán)水排污量，節(jié)省化學(xué)品消耗量，降低運(yùn)行成本；可以提高運(yùn)行管理效率，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人工成本，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水處理過(guò)程的精細(xì)化管理。實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水自動(dòng)化處理后，將會(huì)使循環(huán)冷卻水的化學(xué)處理提高到新的水平，滿足不斷提高的節(jié)能、環(huán)保和安全運(yùn)行要求。

［1］李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制［M］.2版.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［2］羅獎(jiǎng)合，李營(yíng)根，郭懷保.我國(guó)火電廠循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展［J］.熱力發(fā)電，2003，32（8）：9－11.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 621.8

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1674－1951（2016）02－0063－02

張志國(guó)（1982—），男，山東鄆城人，工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)管理工作（E-mail：zzg6565686＠sina.com）。

2015－11－10；

2016－01－10