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循环水培训教材

发布时间：2011/4/6 阅读次数：7468 字体大小: 【小】【中】【大】

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的脱碳作用，导致凝汽器铜管结垢。为了防止循环冷却水系统结垢，要对循环水进行处理。一般常见的处理方法有两种：一种是外部处理，即在补充水进入冷却系统以前，就将结垢物质除去或降低，如底部排污法、沉淀法和离子交换法。另一种是内部加药处理，它是将某些药剂加入冷却水中，使结垢性物质变形、分散，稳定在水中，如加酸处理、炉烟处理和投加阻垢剂处理等。

1．控制循环水的浓缩

（1）循环水的平衡。在循环式冷却系统中，循环水由凝汽器流出后，经过冷却塔（或喷水池），经冷却后，用循环水泵打回凝汽器再次利用，循环水在这种流程中，有以下几种水量损失：蒸发、风吹、泄漏和排污等。为了使循环水保持一定的水量，循环水在运行中应不断加以补充，维持循环水水质平衡。

（2）浓缩倍率。在循环水的运行过程中，有些盐类不会生成沉淀物，如氯化物。所以它在循环水中的浓度和其在补充水中浓度之比就代表循环水在运行中蒸发而使盐类浓缩的倍率。通过调整试验控制好循环水的浓缩倍率，达到经济合理的运行。

（3）极限碳酸盐硬度。由于循环水在运行过程中不断的蒸发和浓缩，促进Ca(HCO₃)₂分解成CaCO₃析出。所为，当循环水浓缩到一定程度时，就会发生析出CaCO₃的反应。为了使冷却系统不结垢，应使循环水中碳酸盐硬度的浓缩现象有所限制。实践证明，对于每种水质都有维持在运行中不结垢的极限碳酸盐硬度H_T，如果运行中维持循环水的实际H_T低于此极限值，就不会有水垢生成。

极限碳酸盐硬度值H_T很难由理论推导算得，因为影响析出CaCO₃过程的因素很多，而且有些因素的影响程度是无法估算的，如水中有机物就会阻止CaCO₃的析出，但有机物种类不一，因此不同的水质有不同的影响程度。为此，在运行中H_T的值可由运行经验或通过调试求得；在设计工作中，最好用模拟试验求取。

由上述可知，为了阻止水垢的生成，办法之一是控制好循环水中盐类的浓缩倍率，使其碳酸盐硬度低于极限碳酸盐硬度，这就是说，控制好冷却系统的排污率，有可能做到不结垢。

如果排污率太大，所需的补充水量很大，以致水源的供水量不够，为了补充这些损失就必须对水质进行处理。

循环水的排污点通常设在凝汽器以后、冷却塔（或喷水池）以前，因为这里水温高，可以减轻冷却塔的负担。

浓缩倍率是循环冷却水运行工况的一个指标，如能维持较高的浓缩倍率，则可以降低排污率，补充水率也就较小，故可节约用水。但浓缩倍率的提高受限于极限碳酸盐硬度，而且当浓缩倍率提高到一定程度时，进一步提高导致补充水率的降低作用不很大。

2．水质净化法

防止循环水系统结垢的最彻底的方法为进行水质净化，以清除水中成垢物质。此类方法过去不常采用。因为循环水水量大，如进行净化处理，势必费用很大。现在随着净水技术的发展，其经济性有所提高，加之水源供水日趋紧张以及环境保护的需要（减少废水排放量），已使上述观念有所改变，进行循环水水质净化的已多起来。

（1）离子交换。有Na离子交换法处理循环水，以降低水的硬度，可以起防垢作用。此时，宜采用对流式设备和控制较高的出水硬度，以降低净水费用。但对于大型电厂来说，仍因处理水量大、设备众多、运行费用偏高和水中含盐量较大等原因而未能推广。用氢离子交换法处理循环水要比钠离子交换的优越，因为前者除了可去除水的硬度外，还可降低水的碳酸盐含量，与钠离子交换相比，需处理的水量较小。但是，如用强酸性离子交换剂，则因其酸耗较大和交换容量偏小而不经济。所以，在这里宜采用弱酸性阳树脂，此树脂既可除去水中的碳酸氢钙，又具有交换容量大和易再生的优点。

（2）石灰处理。经此法处理的水，虽然碳酸盐硬度可以降低，但它是CaCO₃的过饱和溶液，因此它在循环水系统中仍有可能出现CaCO₃沉淀。为了消除经石灰处理水的不稳定性，可以添加少量H₂SO₄，使水的pH值约为7，这称为水质再稳定处理。

石灰是一种廉价的工业原料，这是其有利条件，但因质纯的石灰不易获得，有加药系统难以正常运行的缺点。当用石灰处理循环水时，因水量大，处理后形成的泥渣较多，难以处置。

（3）零排污系统。最彻底的循环水处理方法是进行除盐处理，将其含盐量降到没有必要进行排污，所以此种处理系统称为零排污系统。此系统适用于水源供水量不足，或因工艺上有要求的场合，如为了防止设备腐蚀和产品污染等。零排污系统一般由软化、过滤和除盐三部分组成，可对部分循环水进行处理。

目前，国外采用的零排污系统多为用石灰苏打、石灰或弱酸性阳树脂进行软化，用反渗透或电渗析进行除盐。

3．水质调整处理

（1）加酸。循环水加酸处理的目的是中和水中的碳酸盐，这是一种改变水中碳酸化合物组成的防垢法。常用于这种处理的酸是硫酸（H₂SO₄），因为它价廉，且浓硫酸（70%~98%）对钢铁的腐蚀很小，易于贮存。至于盐酸（HCl），不仅因为它价格较高和对钢铁的腐蚀性强，而且由于氯离子被引入循环水，会促进铜管的腐蚀，因此不常应用。

硫酸和碳酸氢钙的反应式为

Ca(HCO₃)₂+ H₂SO₄→ CaSO₄+ 2CO₂ + 2H₂O

所以，加酸的作用就是把碳酸氢根的碱性中和掉。但加酸的量并不需要使循环水中的碳酸氢根全部中和，只要使循环水中留下的碳酸氢盐不结垢即可，也就是说要维持循环水中的碳酸盐硬度不超过它的极限碳酸盐硬度。加酸量最好用实验求得。

采用这种方法时的加酸地点，从防垢来说，没有特殊的要求，不论在何处都可以。有时考虑到水中如保留有游离CO₂，使其极限碳酸盐硬度的值有所提高，可将酸加在循环水泵前的补充水水流中。但从减轻凝汽器铜管腐蚀方面考虑，宜将酸加在送入冷水塔（或喷水池）的循环水中。因为游离CO₂对于铜管的腐蚀有促进作用，特别是当循环水的含盐量很大时。所以酸加在冷水塔前，就可使循环水中的游离CO₂在凝汽器前除去。此外，在加酸系统中虽然常设有混合器，但在加酸处还是有出现混凝土和铜管局部酸性腐蚀的可能，这也应加以考虑。

从理论上讲，硫酸处理法可以适用于各种水质，而且无需排污，但实际上，为了防止循环水含盐量过高而引起钢管腐蚀，以及有冷却水漏入凝汽器的蒸汽侧而污染凝结水，有时还是有必要和循环水排污结合起来使用的。

加酸处理时，按理应控制循环水的碱度，但因碱度和pH值有一定的关系，所以在取得一定经验后也可监督pH值，通常它应在7.4~7.8之间。

此外，必须注意，水中SO₄²^—含量过多会发生腐蚀混凝土的问题。运行经验证明，对于已经用不加酸的水运行了很长时间的设备，通常没有这种危险，因为其表面已生成一层碳酸钙。对于新建的厂，可在混凝土壁上加铺化学性稳定的水泥。

4．阻垢处理

某些化学药剂只需少量添加到冷却水中，就可以起到阻止形成水垢的作用，这称为阻垢处理，所用药剂称为阻垢剂。早期采用的阻垢剂有聚磷酸盐和天然的或改性的有机物，如丹宁、木质素和纤维素等。近年来，广泛地使用了人工合成的磷酸和聚羧酸等有机化合物。

（1）阻垢性能。各种阻垢剂虽具有不同的性能，但它们在阻垢方面有许多共性。有许多阻垢剂在其加药量很低时就可稳定水溶液中大量钙离子，在它们之间不存在化学计量关系，而且当它们的剂量增至过大时，其稳定作用使不再有明显的改进。

各种阻垢剂的阻垢效果都随水温的增高而下降，它们各有其临界温度，超过此温度，阻垢作用消失。

被处理水的水质对阻垢剂的阻垢效率有较大影响。大致情况为：水中中性盐、Mg²⁺含量增大时，阻垢效率增高；补充水的碳酸盐硬度增大时，循环水的极限碳酸盐硬度也增大，但循环水的允许浓缩倍率减小；补充水中HCO₃^—或Ca²⁺过多，会使极限碳酸盐硬度降低；各种阻垢剂都有其适用的pH值范围。当循环水中加有阻垢剂时，如其浓缩倍率过大，以致水中碳酸盐硬度超过容许的极限值时，仍然会有CaCO₃沉积物生成，但此沉积物的晶态发生了变化，往往变得疏松，较易除去。

（2）阻垢原理。阻垢处理不是单纯的化学反应，它包括若干物理化学过程，用以解释的有晶格畸变、分散与絮凝等理论。

晶格畸变理论认为，阻垢剂干扰了成垢物质的结晶过程，从而抑制了水垢的形成。如当溶液中CaCO₃的过饱和度很大时，由于其结晶的倾向加大，微晶可以在那些没有吸取阻垢剂的慢发育表面上成长。从而把活性点上的阻垢剂分子上覆盖起来，于是晶体又会增长。但此时生成的晶体受阻垢剂的干扰，会发生空位、错位或镶嵌构造等畸变。

有些阻垢剂在水中会电离。当它们吸附在某些小晶体的表面时，其表面形成新的双电层，使它们稳定地分散在水体中。起这种作用的阻垢剂可称为分散剂。分散剂不仅能吸附于颗粒上，而且也能吸附于换热设备的壁面上，因而阻止了颗粒在壁面上的沉积，而且一旦发生沉积现象，沉积物与接触面也不能紧密相粘，只能形成疏松的沉积层。

有些阻垢剂为链状高分子物质，它们与水中胶体或其他污物形成凝絮。凝絮的密度较小，易被水流带走，因此可阻止它们在冷却水系统中沉积。用作絮凝剂的高分子一般为相对分子质量为10⁶ ~ 10⁷的链状聚合物，在它的长链上有许多具有吸附能力的基团。

（3）常见的阻垢剂。目前使用较广泛的阻垢剂有以下几种：

1) 聚磷酸盐。磷酸盐是一种比较复杂的化合物。其分子内有两个以上的磷原子、碱金属或碱土金属原子和氧原子结合的物质的总称。如三聚磷酸盐和六偏磷酸盐。

其阻垢机理是：其在水中生成的长链—O—P—O—P—阴离子，容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，并与晶粒上的CO₃²^—置换，阻碍碳酸钙晶粒的进一步长大。也有人认为，微量的聚合磷酸盐干扰碳酸钙晶体的正常成长，使晶体在生长过程中被扭曲，把水垢变成疏松、分散的软垢，还有人认为，由于聚合磷酸盐能与钙、镁离子螯合，形成单环或双螯合离子，然后依靠布朗运动或水流作用分散于水中。

微晶吸取水质稳定剂的反应主要发生在其成长的活性点上。只要这些活性点被覆盖，结晶过程便被抑制，所以阻垢剂的加药量不需很多，投加量为2 ~ 3mg/L。此种水质稳定剂具有加药剂量低，价格便宜，使用方便，阻垢性能较好等优点，但其在水中会发生水解，生成正磷酸盐。如三聚磷酸钠：

Na₅P₃O₁₀ + H₂O = Na₄P₂O₇ + NaH₂PO₄

Na₄P₂O₇ + H₂O =2Na₂HPO₄

水解后变成短链的聚合磷酸盐及一部分正磷酸盐，从而降低了阻垢能力。这种水解作用除了与pH值、时间和水温有关外，还与循环冷却水系统中微生物分泌的磷酸酶有关。

2）有机膦酸盐。有机膦酸盐用于工业冷却水系统，与无机聚合磷酸盐相比，具有化学稳定性好，不易水解，加药量低等特点。

有机膦酸盐可看作是磷酸分子中的一个羟基取代的产物，常用的有ATMP（氨基三甲叉膦盐）、EDTMP（乙二胺四甲叉膦酸盐），HEDP（1—羟基乙叉—1.1二膦酸）等。

上述三种物质它们都有较好的化学稳定性，不易被酸碱所破坏，不易水解成正磷酸盐，而且能耐较高的温度，也有一定的耐氧化能力。

其阻垢原理是：能与钙镁等金属离子生成很稳定的络合物，因而可以降低水中钙镁离子

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