云浮发电厂两台125 MW机组除尘系统设计为水膜除水器。从1990年到1998年6月没有发生冲灰系统结垢现象。1998年6月1号机组大修时将1号机组水膜除尘器改为电除尘器,运行1个月后,发现冲洗泵本体、泵进出口阀和管道以及抽气器部分严重结垢,垢厚约50 mm,甚至在更换新泵运行1星期,就得停泵清垢,大大影响了机组的安全运行。为解决此问题,摸清结垢情况,缩短结垢速度,我们和南京环保研究所人员一起共同进行了技术探讨。
云浮发电厂两台125 MW机组除尘系统设计为水膜除水器。从1990年到1998年6月没有发生冲灰系统结垢现象。1998年6月1号机组大修时将1号机组水膜除尘器改为电除尘器,运行1个月后,发现冲洗泵本体、泵进出口阀和管道以及抽气器部分严重结垢,垢厚约50 mm,甚至在更换新泵运行1星期,就得停泵清垢,大大影响了机组的安全运行。为解决此问题,摸清结垢情况,缩短结垢速度,我们和南京环保研究所人员一起共同进行了技术探讨。
1 冲灰系统结垢原因
电厂的燃煤是一种含有多种矿物质的混合物,而CaCO3是其中之一,它在燃煤中的分布及含量因煤种的不同而不同。当煤在锅炉中燃烧时,CaCO3将发生分解反应生成活性CaO而转入粉煤灰中。当用水冲灰时,活性CaO将与水作用生成可溶性的Ca(OH)2而进入水中,同时使灰水pH值逐渐升高,即含有一定量的HCO-3,通常在水中的存在形式为Ca(HCO3)2,它与Ca(OH)2将发生化学反应生成CaCO3。CaCO3是一种难溶化合物,其溶度积为[Ca2+]×[CO2-3]=4.8×10-9。当上述反应进行到一定程度,水中的[Ca2+]×[CO2-3]>4.8×10-9时,CaCO3就会结晶析出。这种晶体如果附着在冲洗泵、管道和阀门上,就会形成致密坚硬的垢。在没有改电除尘前,冲灰水在冲灰的同时,水与烟气接触,使烟气中的酸性气体(CO2,SO2,氮氧化物等)也溶入灰水中,使灰水呈酸性,因此,不会结垢。当1台锅炉的水膜除尘器改造为电除尘(1998年6月)且两台机组都投入运行时,1号电除尘器碱性灰浆水同2号水膜除尘器的酸性灰水发生中和反应,使得排水pH值为9.0~9.5,Ca2+的质量浓度为300 mg/L。通过晶种试验发现,这样的水结垢倾向较小,但当灰场回水与循环排污水(pH为8.7左右)混合后,混合水中的各种成分就需要达到新的平衡,这就使结垢速度加快。
当1号机组单独运行时,由于灰浆水中不再有酸性气体的溶入,使得灰浆水中的pH值(12左右)较高,而且还会不断地循环浓缩,直至达到某个动态平衡。这类灰水中的碱度主要表现为OH-,容易吸收大气中的二氧化碳,特别是当回水泵入口处密封不严而有空气进入时,就会大大增加结垢的可有。另外,雨水中也会带入一定量的溶解二氧化碳,也会使灰水结垢。
2 水质稳定性试验及防垢对策
2.1 冲灰系统的水质稳定性试验方法
灰水回收继续用于冲灰,并能持续稳定运行,就要判断冲灰水质是否稳定。判断水质稳定的方法,国内外有关专家做了许多工作,提出了如下一些判定方法:
a)饱和指数(又称郎格里尔指数)法
IB=pHYU-pHB,
式中 IB——饱和指数;
pHYU——运行温度下测得的pH值;
pHB——当此水被CaCO3饱和时的pH值,pHB的值可以根据水分析数据进行推算。
如果计算得饱和指数IB为零,则表示水质是稳定的。IB为正表示有析出CaCO3的倾向;IB为负,有溶解CaCO3作用。一般来说,IB在±0.25~0.30的范围内,可认为是稳定水。
b)稳定指数(又称雷兹纳尔指数)法
Iw=2pHB-pHYU,
式中 IW——稳定指数。
当IW>8.7时,为对含CaCO3的材料腐蚀性严重的水;当IW=8.7~6.9时,为对含CaCO3的材料腐蚀性中等的水;当IW=6.9~6.4时,为稳定水;当IW=6.4~3.7时,为结垢的水;当IW<3.7时,为结垢严重的水。
c)晶种法
此方法正确、快速、简便且适用于现场的判别。即取水样200~300 mL于500 mL具磨口塞的三角瓶中,再加0.2 g磨细的活晶种。摇匀放置,期间定期遥匀,待1 h左右,分别测定加晶种水样与不加晶种水样的钙离子的质量浓度,用钙离子的质量浓度差Δρ(Ca2+)来判断水质的稳定性,一般认为:Δρ(Ca2+)<0,水质有腐蚀性;Δρ(Ca2+)=0,水质稳定;0<Δρ(Ca2+)≤2,水质有轻微的结垢现象;Δρ(Ca2+)>2,数值越大,结垢倾向越严重。
2.2 冲灰水的稳定性试验
我们对灰场排水与循环水水质及混合水进行混合试验(晶种法),其结果见表1和表2。
表1 灰场排水与循环水水质
水 样
pH值 c(OH-)/
(mmol.L-1) c(CO2-3)/
(mmol.L-1) c(HCO-3)/
(mmol.L-1) ρ(Ca2+)/
(mg.L-1)
灰场排水(2台锅炉同时运行) 9.22 0 0.40 0.15 296
灰场排水(配电除尘的锅炉单独运行) 11.94 6.60 0.40 0 332
循环排污水 8.77 0 0.40 2.7 62
表2 混合水的稳定性试验(晶种法)结果 mg/L
项 目
ρ(Ca2+) Δρ(Ca2+)
60%灰水+40%循环水排污水计算值(2台锅炉同时运行) 203
15
60%灰水+40%循环水排污水加晶种后实测值 188
70%灰水+30%循环水排污水计算值(配电除尘的锅炉单独运行) 252
64
70%灰水+30%循环水排污水加晶种后实测值 188
试验表明灰场排水水样(两机组同时运行及配电除尘的锅炉单独运行)具有很轻微的结垢倾向,但是灰场排污水中混入循环水排污水后,混合水具有明显的结垢倾向,特别是高pH、高碱度、高钙灰水中混入循环水后,混合水极不稳定。
2.3 对策
目前灰水回收系统的防垢方法很多,凡能降低CaCO3过饱和度,抑制或延缓晶体生成的方法均能达到防垢的目的。除了对运行工况进行适当的调整(如避免两种不同的水相混合)以外,目前应用较多的方法有加酸和加阻垢剂两种方法。其它如炉烟法、干冰法、晶种过滤法及静电防垢方法受客观条件的限制,在电厂中应用极少。考虑到云浮发电厂的设备情况、加酸量以及对加酸点附近的腐蚀和安全问题,我们选用了加阻垢剂方法。我们用晶种法来筛选阻垢剂,即测定其阻垢效果,试验方法如下:
取灰场排水水样,并立即分析pH、酚酞碱度、全碱度、Ca2+。然后取500 mL水样倒入500 mL的烧杯(或合适的容器)中,加一定剂量的某种阻垢剂。将此烧杯置于磁力搅拌器上,待混匀后加入0.2 g晶种。记录时间,继续搅拌。待30 min(大约为灰水在冲灰水系统的停留时间)后取水样过滤,测定Ca2+。计算出阻垢剂的阻垢率η,计算式为
式中 ρ阻(Ca2+)——添加阻垢剂后某时间灰水中Ca2+的质量浓度,mg/L;
ρ未(Ca2+)——未添加阻垢剂后某时间灰水中Ca2+的质量浓度,mg/L;
ρ0(Ca2+)——原灰水中Ca2+的质量浓度,mg/L。
在试验中,我们选取武汉凯迪公司的KD-102和江苏武进精细化工厂的JC-332(钠盐)+JC-334(钠盐)阻垢剂进行阻垢效果试验,两厂生产的阻垢剂对云浮发电厂灰水水质的阻垢效果都良好,但KD-102加药方式简单,所以我们最终选择了该种阻垢剂。加药系统如图1。
图1 冲灰水加药系统图
该加药系统结构简单、方便,投资少,只需5000元左右。加药的质量浓度在灰水中为1.0~1.5 mg/L。加药点选在灰场回水泵房。监测方法简单,只需每天观察一下加药设备运行是否正常,没有堵塞现象即可。另每星期监测一次灰水中的总磷量,使其保持在规定的浓度范围。
3 结语
从1998年10月开始加药以来,灰水回收系统运行很正常,没有任何降低出力的现象。要保证冲灰水回收系统不结垢,除添加阻垢剂外,还要做好运行调整,尽量减少冲灰水量(云浮发电厂灰水比为15∶1),以减少向系统中提供总碳酸盐碱度,使碳酸盐碱度在冲灰及灰浆输送过程中反应比较彻底,所生成的碳酸钙容易随同粉煤灰一起沉淀在灰场。这样灰场排水的碳酸盐碱度小,回水的结垢倾向自然就小。另外,灰水比小,则灰浆水的冲刷力也大,结垢物质就不易在灰浆泵或管中沉积。