提高冷却水浓缩倍率的技术优化

尽管冷却水的供水方式由直流改为循环可以大大减少新鲜水的用量，但作为火力发厂中用水量最大的一个水系统，循环水补充水量仍然相当可观，采用各种先进技术降低补充水量，仍是电厂节水工作的重中之重。

1.综合处理技术

在前一节已经论证了提高浓缩倍率实现减少补充水量的原理。实际操作中发现，单靠采用内部处理很难获得高浓缩倍率，要想使浓缩倍率有大幅提高，必须进行综合处理。

综合处理是指外部处理和内部处理联合处理、几种水质稳定剂复合处理的方法。综合处理中应注意以下问题。

(1)选用适当的水质稳定剂组合。冷却水处理中所用的缓蚀剂、阻垢剂、分散剂、杀生剂等化学品统称之为水质稳定剂。采用复合配方，将防腐、防污和防垢综合考虑，是提高循环冷却水的浓缩倍率的有效途径。

进行阻垢缓蚀剂配方的筛选，必须考虑其组分间的配伍、相容、增容性能。实践表明，在高浓缩倍率运行条件下，应使用低磷配方；还有如不加酸调p H，只投加阻垢缓蚀剂和杀生剂进行水质稳定处理，极限浓缩倍率很难超过3.8，经济浓缩倍率一般为2.5～3.4。为获得更高的浓缩倍率，加酸是必不可少的。反之也是一样，只加酸不加稳定剂，所能稳定的循环冷却水的浓缩倍率也难以达到理想的水平。所以，现在火力发电厂多采用加酸和几种阻垢剂复合使用的做法。比如火力发电厂循环水水处理设计中主要采用的工艺之一——加酸处理和磷酸盐阻垢剂处理复合使用，就是先对补充水加酸使其碳酸盐硬度降至阻垢剂所能稳定的极限碳酸盐硬度与浓缩倍率的比值，然后再用阻垢剂 (一种或几种)处理，这样做能进一步提高浓缩倍率，降低排污率和补充水量、减少药剂消耗量。实践证明，是一种经济实用的方法。

随着水处理技术的发展，现在已经开发有多种性能优良的复合型缓蚀阻垢剂，代替过去单一效能的产品。比如一种JC-463型缓蚀阻垢剂，是有机磷、共聚物和铜缓蚀剂的复合配方。

(2)对适量的补充水进行软化/脱盐处理。对部分或全部补充水进行软化/脱盐处理，即外部处理，降低循环水成垢离子浓度 (Ca2+)，对提高循环冷却水浓缩倍率十分有益。但从经济性上讲来看，只能采取对部分补充水进行处理的方案，否则，高昂的处理设备投资和运行成本将使外部处理失去可行性。

具体处理多大比例，需要通过试验确定。比如有的电厂让60%～80%的补充水通过弱酸离子交换器，然后与未经离子交换器的补充水混合，并同时投加低剂量的阻垢剂，使浓缩倍率达到了5左右，冷却系统的排污率可小于1%。近年来自动反洗过滤的出现，对部分循环水进行旁流自动过滤处理，也已用于提高电厂循环水的浓缩倍率。又如石灰处理和阻垢剂结合使用处理部分补充水，可以克服石灰处理由于极限碳酸硬度低而使浓缩倍率仍偏低的问题，在石灰处理的基础上加入一种或几种阻垢剂，如果阻垢剂选配的好，这种复合处理方法能通过加投少量的阻垢剂而换取浓缩倍率成倍提高的收益，从而大大减少补充水的用量。

(3)防垢和防腐蚀处理配合适量排污。适量排污有利于提高浓缩倍率，能够减轻防垢处理的负担，在排污水有条件再利用的情况下。将排污和内部处理以及外部处理相互结合，可以获得经济有效的节水效果。

(4)防垢和防腐蚀处理结合胶球清洗。基于火电厂凝汽器管为直管的特点，从20世纪50年代开始应用，现已普遍装设了凝汽器胶球清洗装置。虽然这种装置并不能代替防垢处理和防腐蚀处理，但是它和防垢处理和防腐蚀处理的适当结合，可以获得更好的效果，有利于提高换热效率，减少冷却水量。(www.xing528.com)

总之，在水资源日趋紧张的情况下，过去以加大用水量而省略水处理的做法越来越行不通。为适应缺水地区用水的压力，冷却水的利用正在向着使用较低质量的水源和提高浓缩倍率的趋势演变，尽量少排污甚至零排污。在处理技术上，已从单纯防垢处理发展到防垢同时防腐、防生物污染的处理方式。当水质较差，水源短缺或用水量大时，循环冷却水外部处理法和锅炉补充水预处理在条件合适时可结合进行。通过处理方法的合理优化，可显著降低补充水的碳酸盐硬度，提高循环冷却水的浓缩倍率，达到节约用水的目的。需要指出的是，浓缩倍率的提高受制于极限碳酸盐硬度，而且当浓缩倍率提高到一定程度时，降低补充水率的作用会逐渐趋缓，如图5-9所示。

图5-9　浓缩倍率和补充水量的关系

从图(5-9)可以看出，在浓缩倍率小于3.5倍的时候，补充水量和排污水量随浓缩倍率的提高而快速下降，而当大于3.5倍以后，补充水量和排污水量的下降幅度变化不大。因此在进行水处理工艺设计时要多方面进行经济技术比较，优化水处理工艺流程，用较少的投资获取较大的收益。

2.性能优良的冷却水稳定剂

水质稳定剂的研究开发、生产是提高循环水浓缩倍率的基础。先进的、性能优良、价位适中的水质稳定剂的开发和应用一直是水处理界关注的热点。

例如全球最大的化学水处理公司纳尔科公司开发的循环冷却水的水质稳定剂含磷酸盐，不含重金属和无机物，适用于碱性环境和较宽的p H值范围。纳尔科生物指数曲线与氧化剂用量两者存在一定相关性，使一直令人头疼的微生物问题，控制得很好，氧化性杀生剂用量减少近1/2。铜的腐蚀速率也明显下降，如图5-10所示。

图5-10　纳尔科生物指数与氧化剂用量关系

华电淄博热电有限公司的65MW 机组，循环冷却水补水取自地下水，钙硬度达到700mg/L左右，是其他大部分电厂补水钙硬度的4倍以上。补水水质的恶劣，系统只能在低浓缩倍率下运行，造成新鲜水用量很大。使用了纳尔科公司的产品以后，实施的方案采用了专有的聚合物技术来保持热交换器表面高度的清洁，并使得水中的矿物质离子在饱和状态下也保持可溶状态，即保证了产品组合对系统阻垢和防腐的高效性，使系统的循环冷却水浓缩倍率达到4倍，钙硬度达到2600mg/L以上。据初步估算，2台65MW的机组可节约补水超过10万t/月，每月不仅节约水费30多万元，还减少排污10万t。