水处理技术在火电厂的应用

【摘 要】水在热力发电厂中起着重要的作用，高质量的电厂水能保证机组的经济安全运行。本文主要对现有电厂水处理技术进行介绍与分析，为火电厂选择合适的水处理技术提供借鉴。

【关键词】水处理；火电厂；电厂水

火力发电厂是依靠水作为传递能量的介质进行发电，也是依靠水作为冷却介质来完成热量交换工作。因此，水在热力发电厂中起着重要的作用。水在火力发电厂过程中，主要有两个循环系统：一是动力设备中水汽循环系；二是冷却水循环系统。火力发电厂水处理的主要目的是，预防热力系统的结垢与腐蚀，保证机组的经济安全运行，可分为内冷水处理、凝结水处理、循环水处理。

1 内冷水处理技术

随着中国电力行业中高参数大容量机组的普遍投运，对内冷水水质要求越来越高，内冷水的品质日益成为影响机组安全运行的重要因素。为了保证发电机安全经济运行，内冷水应满足以下要求：为防止发电机线圈的短路，要求较低的电导率；不允许对发电机的空心铜导线和内冷水系统产生侵蚀；发电机冷却水中的杂质不能在空心导线内结垢，以免堵塞铜线棒降低冷却效果等[1]。

1.1 小混床处理法

发电机厂家配套的内冷水处理方法一般为小混床旁路处理法。其原理是取自内冷水循环量的8%-10%通过小混床旁路处理，除去内冷水中的铜离子和其他杂质离子，降低内冷水的导电率，同时除去内冷水系统中结垢物质以及腐蚀下来的杂质，确保内冷水系统电导率（25℃）≤2.0μs/cm，硬度<2.0μmol/L，Cu的质量浓度≤40μg/L，来满足机组的冷却要求和绝缘要求。但是，小混床采用普通树脂，出水pH值偏低，一般在6.5-6.8左右。实际运行中表明，如果内冷水系统的pH<7.0，那么系统中铜的质量浓度一般在100μg/L以上，如果系统不密闭，空气中的二氧化碳气体不断进入内冷水系统，pH会更低，最终导致铜腐蚀速率大大增加，腐蚀产物经小混床交换去除后，可能使内冷水系统中的铜离子合格，但实际上掩盖了内冷水不断对发电机定子线棒产生铜腐蚀的本质，使发电机运行存在极大的安全隐患。一般发电机都带有小混床处理系统，到目前为止，这种单一的小混床处理仍没有成熟的运行经验。

1.2 除盐水与凝结水协调处理法

为达到水质的要求，通过对定冷水系统协调补充除盐水和凝结水来调节内冷水系统的导电率和pH值，从而降低系统水对发电机定子线棒产生的铜腐蚀。但是，具体操作时会有以下矛盾：除盐水补充过多，电导率降低，但pH会低于7.0；凝结水补充过多，此时pH能满足7.0-9.0的要求，但电导率会超过2.0μs/cm。运行人员很难找到使凝结水和除盐水的用量达到最佳配比的点，再加上若凝结水补的过多时，由于含氨量大，可能会带来铜线棒氨蚀的隐患。这样对设备可靠性和运行指标控制的要求都很高，当某一环节出现问题，将会引起内冷水的电导率急剧上升，直接威胁机组的安全运行，因此要想使内冷水质长期稳定合格地运行，这种操作理论上行得通，但实际上是很难实施的。

1.3 加药处理法

一般小型机组采用加药处理法，其原理是在内冷水中投加低剂量的BTA、MBT等铜缓蚀剂。由于铜缓蚀剂的作用，有效阻止了铜线棒的腐蚀，该方法效果明显，铜离子浓度和电导率都有一定程度降低，但要稳定达标有困难，尤其是pH值仍不能达标，所以运行中仍采用不断换水的方式来保证电导率和铜离子浓度达标。另外，根据采用此工艺的发电机铜线棒过水通道沉积物的化学分析，缓蚀剂BTA与铜离子形成的络合物是沉积物的主要成分，说明采用投加铜缓蚀剂工艺处理内冷水的方法有可能造成内冷水通道堵塞。

2 凝结水处理技术

凝结水精处理是大容量、高参数发电机组中一种特有的水处理方式，它是指对蒸汽冷凝而成的凝结水进行处理，由于它是对比较纯净的水进行处理，因此又称为凝结水精处理。其目的主要是去除凝结水中金属腐蚀产物及微量的溶解性盐。凝结水精处理系统的正常运行，对保证机组水汽品质，提高机组热效率，缩短新机组的启动时间，节约启机费用等都具有重要的现实意义。

凝结水精处理工艺流程大致可以分为两类，一是在混床前加单独的前置过滤器；二是不设前置过滤器，只采用单独的空气擦洗高速混床或树脂粉末覆盖过滤器。第一类系统设置较为复杂，运行操作较麻烦，占地和投资也较大，第二类系统设置和运行操作则相对简单、占地和投资费用也较小。近年很多电厂在凝结水精处理方式上选择了高速混床或粉末树脂覆盖过滤器，尤其是粉末树脂覆盖过滤器在凝结水精处理中得到了很快的发展。

2.1 高速混床

高速混床是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中，运行前将它们尽可能地混合均匀。阴、阳树脂是相互混匀后，则阴、阳离子交换反应几乎是同时进行。也就是说OH型交换反应所产生的OH-与H型交换反应产生的H+都不会积累起来，基本上消除了反离子的影响，交换反应进行十分彻底，出水水质很高。由于凝结水系统的运行压力和温度较高、流速较快，高速混床的树脂必须具备的特殊性能：在水力学性能方面，要求粒度均匀，有良好的水力分层性能和较低的流体阻力损失；在物理性能方面应有较高的机械强度和抗渗透冲击力；在化学性能方面，要有较快的交换速度和较高的工作交换容量。

2.2 粉末树脂覆盖过滤器

粉末树脂覆盖过滤器与覆盖过滤器相同采用特制的外缠绕不锈钢的多孔管作为滤元，在滤元上铺覆滤膜形成均匀的过滤层，水流由滤元管外通过滤膜进入滤元管中，将凝结水中的腐蚀产物截留在滤膜表面，从而获得经过过滤的凝结水。水的过滤过程最初是依靠滤层表面滤料颗粒间小孔的机械阻留和滤料表面的吸附作用来完成的。当水中悬浮物被截留下来时，它们会彼此重叠、架桥而变成一层附加的滤膜，以后这层滤膜就起主要的过滤作用[2]。而粉末树脂覆盖过滤器是将颗粒很细（50μm以下）的阴、阳树脂粉以一定的比例混合后作为有过滤、吸附和离子交换作用的助滤剂[3]。

对于精处理系统，高速混床与粉末树脂过滤器在技术上都是可行的，两种系统各有其优缺点，因此在精处理系统选择上各厂应根据自己的实际情况，综合考虑各种因素后具体确定。

3 循环水处理技术

火电厂中耗水较多的系统是冷却水系统，循环冷却水排污损失占有很大的比重。循环水处理是水处理中的重要一环，做好水循环处涉及到水垢处理、污垢处理、腐蚀处理以及微生物粘泥等诸多环节。在当前，做好循环水处理工作具有重大的现实意义，能够很大程度上缓解用水压力。

3.1 循环水的防垢处理

循环水防垢处理主要有石灰沉淀法、加酸处理法、离子交换法、阻垢剂法。

3.1.1 石灰沉淀处理

石灰沉淀法是一种应用最广、最经济的防垢方法，但它要求石灰的纯度较高，最好达到80%-90%以上。石灰沉淀处理能有（下转第73页）（上接第128页）效的除去水中的游离CO2、碳酸盐硬度和碱度，并能有效的降低水中的活性硅化台物、铁离子及有机物等，改善了水质。故石灰沉淀处理可以使循环水的浓缩倍率明显提高，节约补充水量。

3.1.2 加酸处理

加酸处理是将水中的碳酸盐硬度转变为非碳酸盐硬度，反应生成的CO2，又有利于抑制碳酸钙水垢的析出。通常加H2SO4控制，pH在7.4-7.8之间。

主要化学反应为：

Ca（HCO3）2+H2SO4=CaSO4+2CO2+2H2O

反应的结果将水中的碳酸盐硬度转变为溶解度较大的CaSO4，反应生成的CO2有利于抑制碳酸盐水垢。

3.1.3 离子交换处理

在缺水地区的大型循环水冷却系统，其补充水系统用离子交换法比较适宜，可以大大提高循环水的浓缩倍率，节约补充水量，但投资较大。所采用的离子交换剂一般为弱酸性阳离子交换树脂，交换反应为：

2R-COOH+Ca（HCO3）2→（R-COO）2Ca+2CO2+H2O

反应的结果不仅降低了水中的碳酸盐硬度，同时降低了水中的碱度。因此这种处理方法比较适合原水中碳酸盐硬度和碱度均较大的水。

3.1.4 阻垢剂处理

阻垢剂处理法是一种有效提高循环水浓缩倍率的方法，只要投加少量的化学药剂就可以起到一定的防垢的作用。目前火力发电厂的循环冷却水处理中常用的阻垢剂有：聚合磷酸盐、有机膦酸盐等等聚合磷酸盐如焦磷酸盐、三聚磷酸盐、偏磷酸盐。循环冷却水中采用的是三聚磷酸钠和六偏磷酸钠聚合膦酸盐在低计量（2-4mg/L）时是一种有效的阻垢剂，在高浓度时是一种有效的中性介质的阴极缓蚀剂有机膦酸盐，它具有剂量低、化学性能稳定、阻垢性能好、耐高温、不易降解及与其他类型的阻垢剂产生协同效应等优点。

3.2 腐蚀控制

根据水质条件合理的选择管材是防止凝汽器损坏的重要措施。电厂中胶球清洗是一种凝汽器腐蚀和清洗污垢的有效办法，在冷却水的压差作用下，海绵胶球被挤入冷凝管中，随水流运动，胶球携带被擦拭掉的污垢挤出冷却水管。另一种腐蚀控制方法是用FeSO4的水溶液通过凝汽器铜管，在其表面形成含有铁化台物的保护膜。由于γ-FeOOH带有电负性，容易吸附在铜管表面带有正电的Cu2O膜上，从而达到防腐的目的。

3.3 微生物的控制

在微生物的控制方面，循环水中常采用化学药剂来控制微生物的滋生。这类化学药剂有杀生物剂和抑制生物剂。循环水处理中要求杀菌剂既能杀死或抑制所有微生物的生长与繁殖，并能降解为无毒性的物质，同时又不易与冷却水中的其他杂质发生任何反应。常用的氧化型杀生剂有Cl2、漂白粉、O3等，常用的非氧化型杀生剂有季胺盐、氯酚等。

4 结论

电厂水处理方式有很多种，只采用一种很难保证电厂水水质符合国家和行业的最新标准。将一些处理方式联合运用，可以提高电厂水水质，使之符合国家和行业的最新标准，从而保证发电机的安全经济运行。实际运行中，可根据机组的具体情况，选用合适的处理方式联合运用。

【参考文献】

[1]李中.大型发电机定子线棒腐蚀堵塞原因分析[J].华中电力，1999，12（5）：17-23.

[2]施燮钧，王蒙聚，肖作善.热力发电厂水处理[M].北京：中国电力出版社，1996：342-343.

[3]韩隶传.粉末树脂覆盖过滤器的机理和使用[J].热力发电，2003（08）.

[责任编辑：王静]