云浮发电厂冲灰系统结垢原因分析及对策

　　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。