电厂用循环冷却水阻垢剂性能研究与应用

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:为了降低电厂循环水凝汽器的腐蚀,减少循环水用水量,达到节能环保的目的,文章对循环水水处理药剂进行了有针对性的技术配方研究及优化,取得了良好的效果,研制出了XY-208缓蚀阻垢剂。采用XY-208缓蚀阻垢剂对循环水进行了静态烧杯试验、动态模拟试验、腐蚀挂片试验,根据试验结果验证了阻垢剂对循环水的阻垢缓蚀效果,分析了药剂工业应用的可行性。

  关键词:药剂鉴定;配方优化;静态模拟;动态模拟;工业可行性;

  早期的工业循环冷却水处理一般是通过加酸调节水的p H值为6.0~6.5来控制水的结垢,再通过投加缓蚀剂来控制腐蚀。为了节约用水,循环冷却水向高浓缩倍率技术发展,由单纯的加酸低p H运行控制,发展到了加阻垢缓蚀剂联合高p H等碱性处理方式,但这种方式更易使冷却系统产生结垢,因此必须依赖于高效阻垢缓蚀剂的开发和应用[1]。

  随着社会的发展,对于工业水循环中的水处理技术要求越来越高,并且对于阻垢剂的选择也提高了要求。阻垢剂是可以将循环水中致垢离子浓度维持在较高浓度,抑制水垢的生成,从而提高浓缩倍数[2]。作为一种重要的循环水水质稳定药剂,阻垢剂广泛应用于工业循环水处理系统。文章针对阻垢剂的作用机理以及应用进行阐述,并对其现场应用进行探讨[3]。北方电厂普遍使用的循环水缓蚀阻垢剂效果较差,循环水的浓缩倍率一直处在较低的水平,平均在3左右。循环水水量占电厂总水量的80%,浓缩倍率低,水的浪费很大,严重影响电厂的节水要求及零排放的实现。

  本文通过对几种药品的分析及阻垢效果对比,引入不同的功能基团,开发和研制高效及成本低廉的多功能复合水处理剂。1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(HEDP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)等有机磷化合物具有阻垢和耐腐蚀的双重作用,通过羧酸聚合物与丙烯酸(AA)、马来酸(MA))共聚合成了一种聚合阻垢缓蚀剂XY-2,使用碳酸钙沉积法对阻垢缓蚀剂进行分析,其对碳酸钙阻垢性能最高可达96.77%,对TP316L不锈钢有很好的缓蚀阻垢效果。本文取电厂在用循环水,采用新研发的缓蚀阻垢剂,通过动态、静态模拟分析了药剂的工业可行性,保持循环水浓缩倍率在5以上,不仅保证了循环水系统安全的运行,还达到了循环水节水的目标[4]。

1 循环水阻垢剂性能优化

  1.1 阻垢剂阻垢性能试验方法

  阻垢剂性能测定采用的试验方法为GB/T 16632—2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》,按如式(1)计算阻垢剂阻垢性能η(%):

  1.2 阻垢剂优化分析

  通过3种缓蚀阻垢剂对比,XY-208型缓蚀阻垢剂比原有缓蚀阻垢剂阻垢率提高了20%左右,大大提高了对凝汽器的防护作用,阻垢率试验数据如表1所示。

2 循环水系统补水水质状况

  本次循环水阻垢剂性能鉴定试验用水水质饱和指数如下[5]:

  L.S.I.=p H-p Hs>0结垢

  L.S.I.=p H-p Hs=0不腐蚀不结垢

  L.S.I.=p H-p Hs<0腐蚀

  p Hs=(9.70+A+B)-(C+D)

  水样饱和指数

  式中:A为总溶解固体系数;B为温度系数;C为钙硬度系数;D-M为碱度系数。

  经计算:L.S.I.=p H-p Hs=7.80-(9.70+0.12+1.98)+(2.06+2.26)=0.32>0,属于结垢水质。

3 静态模拟试验

  3.1 试验条件及方法

  设备及仪器:RCC-II型旋转挂片腐蚀试验仪;温度45±1℃;2 L玻璃烧杯若干;药剂:XY-2加药剂量10 mg/L(商品浓度,以补充水计),初始加入量为50×10-6;试验方法采用电力系统贯用的静态极限碳酸盐硬度法。试验中以ΔB≤0.20(参考ΔA≤0.20,ΔH≤0.20)为水质稳定性判断指标。

  3.2 静态试验结果

  加药浓度0 mg/L(空白)和10 mg/L阻垢效果图如图1和图2所示。

  由两条试验曲线对比可看出投加水处理剂后阻垢效果明显。投加药剂前,稳定的最高浓缩倍率(通常以氯离子计,下同)KCl=3.91,KJD=3.70,KCa=3.72,KYD=3.73;投加药剂后,稳定的最高浓缩倍率提高至KCl=5.25,KJD=5.05,KCa=5.04,KYD=5.05;可满足电厂对控制浓缩倍率5的要求[6]。

4 动态模拟试验

  4.1 试验条件

  试验装置:WKMZ-II型智能动态模拟装置;温度:45±1℃;流速:1.2~1.4 m/s;流量:636 L/h;试验用药:XY-2,10 mg/L (商品浓度,补充水计);初次投加量为50×10-6。腐蚀试验片:TP316L不锈钢管2个、TP316L标准试片各4个;试验用水:取自电厂提供的循环水补水,控制循环水p H值在8~9之间,以5%稀硫酸调节。

  实验分组:A组不加阻垢剂的空白试验,B组加XY-208阻垢剂的试验,加药量10 mg/L(商品浓度,以补充水计),两组试验均采用缓蚀阻垢加酸联合处理,以ΔB作为水质控制指标。

  4.2 阻垢性能试验结果

  A组不加阻垢剂的空白试验,试验结果如图3所示。

  由试验曲线5可看出,循环水空白实验KCl=3.87,KCa=3.67,KYD=3.68时,ΔB=0.20,ΔH=0.19,极限碳酸盐硬度为4.27 mmol,当浓缩倍率超过3.87以上时,就有结垢的趋势。

  B组采用阻垢剂加药剂量为10 mg/L(商品浓度,以补充水计)。试验结果如图4所示。

  由试验曲线6可看出,药剂稳定处理循环水KCl=5.52,KCa=5.32,KYD=5.33时,ΔB=0.20,ΔH=0.19,极限碳酸盐硬度为6.17 mmo L;KCl=5.65,KCa=5.44,KYD=5.45时,ΔB=0.21,ΔH=0.20,极限碳酸盐硬度为6.31 mmo L。

  4.3 试验试片腐蚀情况

  从试验开始时,于A组和B组动态模拟试验装置的腐蚀挂片试验管内分别悬挂TP316L不锈钢试片各2枚。试验结束时取出试片,按有关要求处理,称重并计算腐蚀速率[7],腐蚀速率为0.002 mm/a,远小于标准腐蚀速率。

5 结语

  (1)采用多种共聚物聚合法,成功制备出了XY-208缓蚀阻垢剂,并将其应用于工业循环水的阻垢。

  (2) XY-208缓蚀阻垢剂对Ca CO3均具有良好的阻垢效果,在阻垢剂用量为20 mg/L时,其阻碳酸钙垢的阻垢效率达到93.74%;其投加量为40 mg/L时,碳酸钙垢的阻垢效率达到96.77%。

  (3)通过静态试验、动态模拟试验、腐蚀试验开展效果验证,XY-208缓蚀阻垢效果优良,能广泛适用于工业循环水的冷却系统中。

  (4)阻垢剂可以满足工业企业循环水处理水质的实际情况,具有良好的阻垢性能,符合环保型水处理剂的要求。建议循环冷却水的运行状态控制在5倍浓缩倍率以上,以达到节水及循环水稳定运行效果[8]。

参考文献

  [1] 李贵民,贾慧,王洪亮.聚天冬氨酸阻碳酸钙垢的机理研究进展[J].内蒙古石油化工,2009(19):20-22.

  [2] 陈文松.阻垢剂的研究[J].水处理技术,2003, 29(2):5-7.

  [3] 王佳,田一梅,郭浩,等.再生水回用于循环冷却水系统阻垢缓蚀剂试验研究[J].给水排水,2012, 38(11):160-l64.

  [4] 程志权.绿色环保型水处理药剂的研究进展[J].消费导刊,2017(30):278.

  [5] 冯群伟,刘白山,夏琼.我国水处理剂的研究现状和方向[J].化学工程与装备,2009(10):135-136.

  [6] 严瑞瑄.水处理剂应用手册[M].北京:化学工业出版社,2003.

  [7] 魏宝明.金属腐蚀理论与应用[M].北京:化学工业出版社,1983.

  [8] 汤酞峰.循环冷却水阻垢缓蚀剂的研制[J].腐蚀科学与防护技术,2007, 19(6):4.

作者:杨少才 钟锐 姚振刚 单位:中电投东北能源科技有限公司 朝阳燕山湖发电有限公司

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