火力发电厂工业冷却水系统工艺分析

1 　火力发电厂凝汽器采用不锈钢管的原因

近年来新建电厂凝汽器采用不锈钢材质呈上升趋势,如河北南网已建的邯峰发电厂、国华定洲电厂、邯郸热电厂技改工程、石家庄热电厂技改工程,在建和拟建的衡兴电厂、西柏坡发电厂扩建工程、邢台发电厂扩建工程、邯郸热电厂扩建工程、华峰沧洲热电厂等皆采用和计划采用不锈钢管材。导致上述情况的原因是河北地区缺水,电厂被迫采用各种节水技术提高循环水的浓缩倍率, 导致循环水含盐量升高、水质腐蚀倾向加重;或电厂被迫使用城市污水厂的中水作循环冷却水的补充水,而中 水的腐蚀性较强,传统的铜管材已无法满足凝汽器耐腐蚀性能的要求,因此纷纷采用不锈钢管材代替铜管材制做凝汽器。

由于受节水技术的制约及当时电厂装机容量小、水价低, 我们国家在上个世纪90 年代以前对 电厂的节水工作关注较少,电厂的循环水浓缩倍率普遍较低, 循环水处理工艺一般都采用具有缓蚀、 阻垢剂作用的三聚磷酸钠。此阶段的国内电厂, 除河北南网上安发电厂采用TP2316 不锈钢外, 其它所有以淡水作循环冷却水的电厂皆采用铜合金管制 作凝汽器。针对当时一些电厂发生的铜管腐蚀问题,电厂采取了选择更适合自身水质特性的铜合金 材质和亚铁成膜技术加以解决,并取得了良好的效果。从90 年代初开始, 新的性能更好的复合式有 机阻垢缓蚀剂在电力系统得到应用,结合加酸处理使循环水的浓缩倍率大幅度提高,此阶段由于受水 费上涨和水源短缺的影响,电厂开始普遍推广使用复合式有机阻垢缓蚀剂。

循环水浓缩倍率的提高使循环水的含盐量对应提高,而循环水含盐量的提高使水质的腐蚀性增 强。为了防止铜管的腐蚀,循环水处理药剂中添加了BTA(苯骈三氮唑) 、TTA(甲基苯骈三氮 唑) 、MBT(巯基苯骈噻唑) 等铜缓蚀剂,同时一些电厂仍采用亚铁成膜保护措施。但是由于复合式 有机阻垢缓蚀剂配方的不同、各厂水质不同以及各电厂为了更好地节水采用的辅助处理方法不同(如 加H2SO4 调pH法、弱酸树脂交换法、石灰处理法等),因此铜管的腐蚀问题在一些电厂时有发生。为了研究循环水药剂对凝汽器铜管腐蚀的影响,1997年河北省电力试验研究所与上海电力学院一 起进行了该项课题研究, 研究结果证实了目前电力系统使用的循环水阻垢剂中,一部分复合单体药剂 对铜、锌、铁离子可发生强烈的络合反应,因此当药剂浓度达到一定值后,(或加药方式、运行方式 不合理时)将会发生铜管腐蚀问题。随着节水工作的深入,循环水的浓缩倍率越来越高, 凝汽器的铜 管腐蚀问题也越来越突出,在一些电厂凝汽器铜管的腐蚀问题已经变成制约提高循环水倍率的瓶颈。 因此一些新建电厂考虑节水工作的需要,铜合金材料已不能满足高浓缩倍率条件下的耐腐蚀要求,因 此开始选用合适的不锈钢管材制作凝汽器,如国华定洲发电厂和石家庄热电厂技改工程等。

城市污水的回用是导致目前火力发电厂普遍采 用不锈钢制作凝汽器的另一动力, 由于污水处理厂 处理后的中水含盐量一般较自然界的淡水含盐量 高, 特别是中水的高氨氮含量和高有机物含量将会 对铜合金材料构成严重腐蚀威胁, 分析原因如下。 其一, 中水的高含盐量是导致铜合金材料腐蚀的重 要原因。其二, 电厂的循环水温度十分有利于细菌 的繁殖, 中水的高耗氧量说明水体含有细菌赖依生 存繁殖的养料, 细菌在铜管表面的繁殖将导致大量 分泌物吸附在铜管表面, 使铜缓蚀剂无法起到缓蚀 作用, 同时部分细菌在铜管表面的繁殖生成物将会 进一步加速铜管的腐蚀。此外中水的高氨氮含量也 是导致铜管腐蚀加剧的重要原因。

1996 年河北省电力试验研究所在进行邯郸热 电厂技改工程凝汽器选材研究时发现, 虽然邯郸污 水处理厂的中水与滏阳河水含盐量基本相同, 但中 水对HSn7021A , HSn7021B , B30 , B5 , B10 等铜 合金管材的腐蚀性远远大于滏阳河水。综上所述, 以中水作火力发电厂的循环水, 凝汽器管材使用不 锈钢材质更安全。

2 　工业冷却水系统采用闭式循环的合理性

通过前面的分析我们了解到, 为了防止由于中 水回用和提高循环水浓缩倍率导致的凝汽器的腐蚀 泄漏, 目前一些新建的火力发电厂凝汽器使用了不 锈钢管材。但需要指出的是为了防止不锈钢管材的 腐蚀, 必须保证不锈钢管材表面的清洁, 防止循环 水系统缺氧。因此保证循环水胶球清洗系统正常运 行和保证循环水的较高流速是防止不锈钢管材腐蚀 的重要条件。同时应根据水质条件通过试验选择相 应型号的不锈钢管材。

根据目前国内几大发电机和汽轮机厂家的介 绍, 采用不锈钢管材生产氢冷器、空冷器、冷油器 和水冷器(本文简称“四小器”) , 厂家尚有困难因此目前“四小器”仍采用铜合金管材制造。

正如前文所述, 为了防止循环水中铜管材的腐 蚀, 循环水系统中必须投加铜缓蚀剂。而BTA铜 缓蚀剂的缓蚀机理是与铜管表面的氧化亚铜共同作 用完成。为了保证该保护膜的完整性, 循环水中的 BTA含量必须维持在一定水平,根据研究结果该 保有量应不低于1mg/L 。但BTA对不锈钢几乎没 有缓蚀作用,而以不锈钢制作凝汽器的电厂,从凝 汽器防腐考虑不需要添加任何缓蚀剂,因此在“四 小器”采用循环水直接冷却的电厂, BTA 的添加 仅仅是“四小器”铜管防腐的需要。以一个2 × 300 MW 电厂为例, 当循环水浓缩倍率控制在310 时,2台循环水的补充水量为1600t/h ,每天补水 量为38400t。如果每年运行按320 d 计算, 则消 耗水量为12288000t,以循环水补充水BTA 量为 0135mg/ L计( 浓缩3 倍后的B TA 量为 1105mg/L),则年消耗的BTA 量约为413t,如 果BTA价格按60000元/t计算, 则需消耗资金 2518万元/ a 。

需进一步说明, 当循环补充水为中水时,“四 小器”铜管表面更易形成粘泥沉积,而“四小器” 无法进行胶球清洗,因此一旦沾泥在铜管表面沉 积, 则B TA 的缓蚀作用很难发挥,同时粘泥的沉 积为细菌的繁殖创造了条件,因此“四小器”铜管 的腐蚀将会进一步加剧。另外,循环水浓缩倍率的 提高使水的含盐量上升,将进一步加剧铜管的 腐蚀。

3 　结论

通过上述分析我们可得出如下结论:“四小器” 冷却管一般由铜合金管制造;BTA的添加仅仅是 “四小器”铜管防腐的需要,而对凝汽器的不锈钢 管没有作用;循环水浓缩倍率的提高和中水的使用 使“四小器”铜管的腐蚀倾向加剧,BTA的添加 并不能保证铜管不发生腐蚀。

鉴于上述原因, 在以中水作循环水补充水的电 厂或循环水含盐量较高的电厂, 工业冷却水系统宜 采用闭式循环工艺, 闭式循环水利用开式循环水进 行冷却, 冷却器可以采用不锈钢制造, 如此开式循 环水中不需要再添加B TA , 因此可大幅度降低循 环水的运行成本, 同时又可投用胶球清洗系统, 有 效防止不锈钢的腐蚀; 另一方面, 闭式循环水系统 可以更换为含盐量较低的水、同时配合B TA 的使 用可有效解决“四小器”铜管的腐蚀问题。

　辅助模块的功能主要是对模拟屏遥测表计的数 据源进行动态更新。考虑到模拟屏遥测表计是单数 据源的元件, 当某一厂站母线检修或联络线一侧开 关被旁带时, 如果该数据点恰好是遥测表计的数据 源, 则遥测表计内容无法反映现场真实情况。该模 块就是通过一些判据来判断电压和线路潮流数据的 正确性来动态的修改表计数据源, 实现表计的多数据源功能。

4 　结束语

调度模拟屏控制系统是电力系统及其它相关行业广泛应用的系统。基于TCP/ IP 网络传输的控制 系统采用智能化设计, 将功能分布、设备分散的各 个功能单元通过网线连接起来、开放式的结构使系 统的扩充维护十分方便。控制软件提供的运行、测 试、修正等功能确保了模拟屏的正常运行, 简化了 对模拟屏的日常维护压力。本文介绍的模拟屏控制 系统已经成功运行在山西省电力调度(交易)中心,效果良好。