由冷却塔排放烟气脱硫净烟气对循环冷却水水质的影响及其对策研究

由冷却塔排放烟气脱硫净烟气对循环冷却水水质的影响及其对策研究 由冷却塔排放烟气脱硫净烟气对循环冷却 水水质的影响及其对策研究 由冷却塔排放烟气脱硫净烟气 ..,toJ-循环冷却水水质的影响及其对策研究 曾德勇,罗奖合 (1.华能北京热电厂,北京100023;2.西安热工研究院有限公司,陕西西安710032) [摘要]通过冷却塔排放湿法烟气脱硫净烟气,会使一定量的污染物进入循环冷却水系统,导致循环水 杂质增加,pH值降低,电导率升高,系统腐蚀速度加快.对此,防治措施为加入合适的化学药品,以及合理 选材和控制凝汽器管内流速,加强运行监测.此外,有条件的电厂应定期进行清理,必要时采用技术经济 合理的旁流处理形式. [关键词]烟塔;净烟气;排放;循环冷却水;水质 [中图分类号]TK284.9[文献标识码]A[文章编号]1002—3364(2005)03—0061—04 为防止大气污染,烟气脱硫(FGD)技术正在我国 一 些火电厂推广和应用.目前,众多脱硫技术中湿法 脱硫仍是主流.由于可节约投资和运行成本,越来越 多的电力公司开始关注脱硫后的烟气通过冷却塔排放 的技术(简称烟塔合一技术,德国1982年在Voiklin— gen实验电厂首次采用了这一技术).对此,有必要分 析研究该技术对循环冷却水水质的影响,并结合我国 国情寻求对策,以便正确引进这项技术. 1烟塔系统 本文称排烟冷却塔为烟塔.烟塔系统包括烟塔本 体,玻璃钢烟道,填料,循环冷却水等.经湿法FGD后 的净烟气通过玻璃钢烟道(FRP)进入自然通风冷却塔 塔心排放,国外也有采用沿烟道向上布置的分配箱分 段排放的方式,国内计划实施烟塔合一技术的某电厂 (以下简称HB电厂)排放方式采用前者. 在德国,FGD系统没有旁路,出现故障后机组停 运;机组多为纯凝汽式,并不大量供热,而且机组与冷 却塔为单元制布置,如2台机组的循环水和FGD净烟 气分别进入2台自然通风冷却塔冷却和排放. 收稿日期:2004—12—27 我国火电厂的脱硫系统一般设置有旁路系统, FGD系统故障时通过旁路排放烟气.HB电厂为供热 机组,冬季大量供热,循环水量大大下降,夏季少量供 热,循环水量急剧增加;机组与冷却塔之间为母管制布 置,5台机组的循环水通过2根母管分别进入4台自 然通风冷却塔,4台锅炉FGD的净烟气只进入其中一 个冷却塔排放. 2烟塔排放对循环冷却水水质的影响 2.1循环水系统浓缩倍率增大 烟气的排入会使冷却塔填料上方混合气体的密度 比原来的低,从而增大了塔内外气体的密度差,导致冷 却塔的通风量增加,冷却效率提高;烟气密度与填料上 方空气密度的差距越大,冷却效率提高的幅度越大, 因此会增加循环水的蒸发损失量.如果循环水的排污 水量仍然保持不变,循环水中的杂质和盐类的浓缩倍 率将增加.要维持循环水的浓缩倍率不变,就必须增 加排污水量,这将导致循环水的补水量增加. 2.2烟塔排放时的冷凝 烟气进入冷却塔,在上升排放过程中接触到温度 较低的湿空气,其中一部分水蒸气会冷凝成雾滴,它们 会在冷却塔壁面形成大液滴落入冷却塔水池,进入循 环水系统,这样其烟气中的可溶性气体和固体颗粒随 之进入循环水系统,造成循环水杂质和盐类浓度的增 加. 除烟塔带出部分污染物外,由于烟塔内的液态水 含量可达到350mg/m.,直径可大于lmm,这些液态 水在不断沉降的过程中会吸收污染物,pH值可降低 到2,甚至到l(表1).由于冷凝水中含有大量的污染 物,因此最终必有一定量的污染物进入到循环冷却水 系统中. 表1德国某电厂烟气冷凝水的成分分析 项目数值 氯化物/mg?L 硫酸根/mg?L一 硝酸根/mg?L一 氟化物/mg?L pH值 为了防止冷凝的酸液腐蚀烟塔塔壁,在烟塔内外 壁需采取防腐措施,水池也不例外. 2.3烟塔合一后带入到循环水系统的杂质含量 德国某电厂脱硫后的烟气及烟塔排放混合气体的 部分污染物浓度见表2. 表2FGD出口和烟塔出口污染物浓度 因NO微溶于水,故以NO为基准可计算出烟塔 入口FGD净烟气量与烟塔出口混合气体流量比例(不 考虑烟塔入口空气带入污染物),表2该数值约为 5.59,6,折算成净烟气,烟塔出口带出SOz,NO的浓度 约是净烟气S02,NO浓度的96,9O.按净烟气与 混合气体流量比例计算,三氧化硫比例偏高的原因可 能是二氧化硫在填料上方的空气中发生了氧化,但同 时也发生了转化,其它污染物也有部分溶解在水滴和 雾滴中. HB电厂根据相关计算和经验,对进入冷却塔的 污染物浓度的估计值见表3,CaSO.,CaS04,MgSO3, MgSO4的浓度由脱硫工艺决定.该厂烟塔进口FGD 净烟气与出口混合气体的比例约为l5,2O,初步 设计烟气的质量流量约为4700t/h(密度:1.3kg/ m3),假设其中2O污染物进入循环水,这样每小时 会有5.4kg粉尘,35.6kgSO2,10.8kgSO3,7.2kg HC1,7.2kgHF,2.O8kgNO2进入循环水系统,实际 运行时预计留在烟塔内的污染物比例可能会更高. 表3进入冷却塔的污染物浓度 l品气!一.脱硫塔的脱除率/%/不同污染物浓度rng?m 另外,据报道,在不利条件下,1台600MW燃用 褐煤机组FGD系统每天可将2t石膏带入到烟塔中, 大量的石膏沉积,在短时间内可导致机组停运.这些 石膏将粘结在收水器上,清除它们需停运设备,短期冲 洗可去掉8O,9O,但如果长期不冲洗,就会粘结 在收水器上.因此,在烟道内需配除水器,并设置沿气 流方向的顺向冲洗装置.冲洗掉的石膏和冷凝液经过 烟道的排水管道回到FGD系统.这台600MW机组 (WeisweilerG/H)的烟气量为4.9×10.m3/h,烟塔出 口混合气体流量为42×10.m3/h,烟塔的高度为120 m,基础直径94m,出口直径为61m,FGD出口烟气 量约为烟塔出口混合气体量的l2,而留在烟塔内的 ?? 57 巧d , 污染物量约为FGD出口的2. 按上述估算,HB电厂由于烟塔进口FGD净烟气 与出口混合气体的比例约为159/6,2O,留在烟塔内 的污染物量约为FGD出口的2.5,3.5(3左 右),则估算的循环冷却水水质见表4. 表4HB电厂留在烟塔内的污染物估算结果 表4的计算说明: (1)循环水系统排污率为0.5. (2)氮氧化物可溶物按29/6的二氧化氮计算,不考 虑一氧化氮的转化,在水中按硝酸根计算,不考虑亚硝 酸根. (3)硫氧化物溶于水后按硫酸根计算,不考虑亚硫 酸根. (4)烟尘在水中以悬浮物计算. (5)6000h为运行一年,100负荷的时间(每天 按24h计算). (6)如仅将硫酸盐折算成相应的酸类,则相当于每 天向循环水系统加了约7Okg硫酸,根据循环水运行 控制pH值(8.0,8.3)计算,循环冷却水pH值每天 将下降0.017~0.033左右. (7)将留在烟塔内的杂质折合成盐类,大约为2.4 (mg/L)/d,运行6000h后,循环冷却水电导率可上升 约860/~S/cm. 由于水的蒸发和污染物的溶人都是累计和持续作 用的,从表4可以看出,在运行一年后,即使有部分排 污,循环冷却水大部分指标已超过 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,悬浮物增加很 快,会超过填料允许的极限值(70mg/L).如不采取 措施,将导致循环水质的持续恶化,因此必须对循环 水加以处理. 3处理对策 对循环水系统带来的主要问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是凝汽器铜管腐蚀 加剧,循环水系统形成污垢和结垢的倾向增加,机组的 正常运行受到威胁,对此可采取以下措施. 3.1补充水处理 为了提高循环冷却水的碱度,维持循环冷却水的 pH值在8.0,8.3左右,必须适当提高循环冷却水补 充水的pH值,或者在循环冷却水中加入碱性物质. 补充水pH值提高的幅度和循环冷却水碱性物质的加 入量可根据具体情况进行调节. 3.2循环冷却水处理 德国电厂冷却水系统分为直流冷却和循环冷却, 对循环冷却水系统,其控制指标见表5. 表5开式循环冷却系统水质指标 从表5可以看出,国内标准某些指标较德国电厂 严格.德国电厂采取的措施_5]是: (1)加入硬度稳定剂,即阻垢剂,通常有无机磷酸 盐,有机磷酸盐,带极性基团的中性分子有机聚合物, 聚羧酸等,加入这些药品的目的是防止循环冷却水系 统结碳酸盐垢. (2)加入分散剂(阴离子或阳离子型),以分散悬 浮物,防止系统产生污垢. (3)如果有沉积,在机组检修时停运冲洗,为此专 门在烟塔底部设计有冲洗脏物的排放沟槽,冲洗废水 用污泥泵抽走. (4)如果凝汽器长期运行后结垢,必要时要进行 酸洗嘲. HB电厂由于循环水补水采用二级城市污水,因 此循环冷却水的腐蚀性较强,采用烟塔合一技术,冷却 水腐蚀性可能会加重.同时,因腐蚀产物增加,烟尘累 积等因素,在填料,水池甚至凝汽器的低流速部位产生 严重的污染物沉积及微生物粘泥,致使污垢和粘泥下 腐蚀加剧.对粘泥和污垢,可在停运时进行冲洗,但由于 该电厂的烟塔是全厂机组共用的,无法长期停运检修,因 此采用这一 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 不能有效控制循环冷却水的水质. 3.3循环冷却水系统的材料和流速控制 德国电厂除了在循环冷却水中添加某些药剂外, 还通过选择耐腐蚀材料来减缓系统腐蚀.如以河水作 为补充水的开式循环冷却水系统_5],当氯化物小于500 凝汽器管选择X5CrNi181O或CuZn28Snl; mg/L时, 端板和循环水管道选择St37—2或HII环氧树脂涂 层,或者CuZn30Pb0.5;水室选择St环氧化物,焦油树 脂或环氧树脂涂层;小管道用镀锌管,不锈钢管或厚壁 塑料管(如PP);管径大于200mm时,有的还用塑料 或橡胶内衬钢管,或玻璃钢管等. 德国电厂凝汽器管内冷却水流速一般为(1.5,2.7) m/s,当悬浮物含量较高时控制为(1.5,2.2)m/s,对B30 管道而言,控制流速为(2.2,2.4)m/s,以防止悬浮物 沉积. 国内电厂凝汽器管材一般选择铜管,水室为碳钢, 且有的刷了涂料;进出水管道用普通碳钢,内刷防锈 漆,小直径管内没有防腐层.因此,在材料的选择上, 国内电厂与德国电厂差异较大.对新建机组考虑在系 统选材上尽量符合水质要求,但对改造机组,只能采取 其它措施来减缓烟塔的腐蚀问题,如采用加入带渗透 和清洗功能的缓蚀剂的办法. @{热力发电?2005(3)I 国内电厂凝汽器管内流速一般为(1,2)m/s,有 的电厂采取少开循环水泵的方式节能,因此流速有时 小于lm/s.HB电厂实际流速仅为(O.67,1)m/s. 因此循环冷却水中同样的悬浮物含量,在德国电厂可 能不会发生沉积和形成污垢等问题,或者即使沉积,仍 然可以利用机组停运进行清理}但对于国内电厂,低流 速可能会引发严重的沉积问题.对此,在进行循环水 系统管理时应引起足够重视,即必须根据技术经济比 较,适当提高流速. 3.4循环冷却水系统的监测 德国电厂对循环水系统的监测分连续监测和人工 连续监测的项目有温度,电导率,pH值;人工 监测. 监测的有补充水的P碱度,M碱度,硬度,氯化物,硫 酸盐,总磷,铜,铁,悬浮物等. 国内电厂一般均采取人工监测方式,有些电厂分 析项目增加了余氯. 3.5其它措施 由于国内电厂循环冷却水系统存在差异,结合 HB电厂计划实施的烟塔工程的具体情况,以及污染 物在循环冷却水系统中的累积情况,有必要采取以下 措施对循环冷却水进行净化处理. (1)每年停运一次未排放FGD净烟气的冷却塔, 彻底放空水池的存水,检查系统和填料的脏污情况,必 要时进行冲洗,确保污染物在循环冷却水中的累积量 不超过水质控制的最高限值. (2)对循环水补水进行深化处理,如德国电厂将 各种排水经处理后,再经过反渗透(RO)处理补充到循 环冷却水系统,但对此需要进行技术经济比较. (3)采用简单的旁流处理_1],结合上述措施共同 进行,即设计一个容量不太大的旁流处理系统,用在无 法向冷却塔大量补水时,如每年的高负荷期间,根据冷 却塔群的运行情况,在负荷较低时,不断更换冷却水. 此 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 也要进行技术经济比较,以确定旁流处理系统 的容量和冷却塔群换水的频次和容量.在缺水地区和 补充水源较特殊(~nSb充水为城市污水)的电厂,不适 宜采取大量换水的方式,建议采取旁流处理的方式. 旁流处理的容量和型式可根据有关试验研究确定. HB电厂处于空气中含尘量相对较高的市区,是 一 个循环水补水为二级城市污水的电厂.为了控制循 环冷却水中的菌藻量,减缓微生物腐蚀,控制pH值, (下转第73页) 公司已开始在一台200Mw机组锅炉上采用T23材 料,预计材料用量约100余t. 从以上可以看出,在(200~300)MW机组锅炉上 使用T23材料代替G102及T91材料,不仅可以满足 性能要求,又可以创造巨大的经济效益,同时为将来向 更大容量锅炉的发展打下良好基础. 5结论 (1)T23钢具有与G102相当的材料性能,且其焊 接性能及冷加工工艺性能均比G102好,薄壁管焊前 不需预热,但在生产中需进行焊后热处理. (2)T23钢在(200,300)MW机组锅炉受热面 上不仅完全可以替代G102,而且可以部分代替T91. T23替代G102既能满足性能要求,又可以大幅度降 低材料采购成本. (3)T23钢应用前景广阔,但其焊材还需进一步 的开发和完善,以提高焊缝综合性能. [参考文献] [1]水冷壁和过热器用新材料一T23/T24管材手册[R].瓦卢 瑞克?曼内斯曼钢管公司,2004. [2]宝钢T23高压锅炉管评定试验阶段小结[R].宝山钢铁 股份有限公司钢管分厂,2004. [33周振丰,张文钺.焊接冶金与金属材料焊接性[M].机械 工业出版社,1988. [4]潘乾刚.HCM2S钢材在我国锅炉上的运用前景分析 [J].电焊机,2004,(5). [5]WalterBendick.Application/capabilityandweldingof modernheat—resistantsteels(T/P91;TP23;TP24)f0rthe maintenanceandrefurbishmentofpowerstationcompo— nents.2004. (上接第64页) 该电厂定期进行杀菌灭藻,此时悬浮物含量最高可达 60mg/L,而且有很多粘泥,加上凝汽器冷却水流速偏 低,实施烟塔合一工程后又无法停运检修冲洗.因此, 采用旁流处理系统[1,既可大量减少二级城市污水深 度处理的费用,又可有效清除杀菌灭藻时剥离的悬浮 物,同时还能去除FGD带入的大量烟尘,石膏等杂质. 4结论及建议 (1)FGD出口净烟气通过冷却塔排放,会升高循 环水系统的浓缩倍率,并在循环冷却水系统中留下一 定量的污染物,使循环水中的杂质增加,pH降低,加 剧系统腐蚀. (2)加入合适的化学药品,合理选材和控制凝汽 器管内流速;加强运行监测,有条件的烟塔应定期进行 清理,对悬浮物含量高,粘泥量大的系统,建议采用技 术经济合理的旁流处理形式,以减缓循环冷却水系统 的腐蚀. [参考文献] [1]GBSOO5O一95,工业循环冷却水设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 [S]. [2]GB5OO46—95,工业建筑防腐蚀设计规范[S]. [3]中国环境影响评价法与规划,设计,建设项目实施手册 (第二卷)[M].中国环境出版社,2002. [4]国电热工研究院.利用城市污水作为电厂循环水的补充 水的研究报告JR].1995. [5]国家电力公司.火电厂水务管理[M].1998. [6]杨东方.火电厂循环冷却水处理[M].中国电力出版社, 2002.