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海水与淡水冲灰系统灰水闭路循环结垢机理 |
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海水与淡水冲灰系统灰水闭路循环结垢机理 |
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作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 10:17:29 |
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庄贤盛 广东省电力试验研究所,广东广州510600
近年来,经济在快速发展,广东省火力发电厂装机容量和发电量也与经济同步增长,火力发电厂遍布全省各地,分布于内陆山区和沿海地区。对于火力发电厂的粉煤灰,除部分干出灰综合利用外,大部分仍是采用水冲灰送往灰场,冲灰水对水环境的污染日益严重。近年来,冲灰水闭路循环回收使用已在多个发电厂开始实施。广东省火力发电厂冲灰水有海水和淡水,由于冲灰水水质不同,灰在海水和淡水中的溶出特性不同,冲灰水实施闭路循环后,在闭路循环系统中结垢,垢的成分和防垢措施也有差异,本文就这方面的问题进行探讨,提出笔者的一些看法。 1 灰在不同水质中的溶出特性 1.1 海水和淡水的水质特征 海水和淡水的主要成分的含量相差很大,见表1。 解平衡,对冲灰系统的结垢有重要影响。 1.2 灰在不同水质中的溶出特性 为了了解海水冲灰系统和淡水冲灰系统的水质变化,现通过试验了解灰在不同水质中的溶出特性。 试验选用湛江发电厂粉煤灰,其主要成分如表2,用海水和除盐水作对比试验,灰水比为1∶20,在电磁搅拌下,测定不同时间的有关参量,数据见表3。
从表3可以看出,灰分别与海水和除盐水混合后,在除盐水中pH值变化快,而在海水中pH值变化较为缓慢;在海水中Ca2+溶出速度比在除盐水中慢,在海水中Ca2+的溶出量比在除盐水中小得多。 1.3 影响灰在不同水质中溶出特性不同的因素 从表3可以看出,灰分别与海水和除盐水混合后,pH值的变化与Ca2+溶出量基本吻合,这说明灰在不同水质中的溶出趋势基本相同,但在海水中,pH值变化量和Ca2+溶出量比除盐水小得多,这说明冲灰原水水质直接影响灰在冲灰过程中的溶出特性 。 海水中主要离子的质量浓度高出在淡水中数百倍乃至上千倍,相对于淡水而言,海水离子强度很大,再加上共离子效应,使灰在海水中的溶出量比在除盐水中要小得多。由于海水对酸碱度的变化有一定的缓冲作用,使得灰水pH值变化缓慢且变化量小 ,淡水冲灰灰水pH值可以达到11以上,而海水冲灰灰水pH值在10左右。 2 海水冲灰系统冲灰水闭路循环结垢机理 对于淡水冲灰系统的结垢机理,国内有关研究人员已经做了大量研究,全国多个电厂已经实施冲灰水闭路循环(淡水冲灰),并且有高效、经济的防垢措施。 对于海水冲灰系统,国内外的有关研究较少。以下通过对湛江发电厂海水冲灰系统闭路循环后,灰水的结垢机理和防垢措施的研究,找出适合海水冲灰灰水闭路循环系统的高效、经济的防垢措施。 2.1 海水冲灰系统灰水闭路循环灰水的水质变化 通过模拟试验,模拟海水冲灰系统灰水闭路循环。采用灰水比1∶20,补水率20% ,灰浆静置沉淀时间24 h,测定各次循环后冲灰水水质,见表4。 CaCO3的溶度积常数KSP=4.5×10-3(mmol/L)2,可见任何一次循环的冲灰水都有KCaCO3>KSP,即CaCO3为过饱和。很多文献都有记载,CaCO3在海水中就已经过饱和。 美国科学家提出的CaSO4指数为ICaSO4,当ICaSO4>0.5(g/L)2时,有CaSO4析出[1]。从以上判据可见,任何一次循环,灰水中的CaSO4也是过饱和的。 从模拟试验可以得出:任何一次循环的冲灰水中,CaCO3和CaSO4都是过饱和的,但是直到第11次循环才开始有垢析出。这主要是由冲灰水原水(海水)的水质特征决定的,由于海水离子强度大,从而使生成沉淀的离子活度减小,引起溶解度增加,这些均有利于防止CaCO3和CaSO4垢析出。 国内外对CaCO3和CaSO4结垢的条件判据研究很多,但误差都比较大,主要原因是CaCO3和CaSO4结垢除了与c(Ca2+)、c和ρ有关外,还与溶液中共存离子浓度有关系,所以应该采用活度代替浓度。西安热工所的研究[1]认为,ICaSO4>2(g/L)2时有垢析出,基本与本试验结果相吻合。 2.2 海水、淡水冲灰系统灰水结垢条件 海水和淡水的水质特征不同,因而,与淡水冲灰水系统相比,海水冲灰水系统灰水中结垢的离子允许有更高的浓度。从国内有关淡水冲灰水系统闭路循环灰水结垢的研究知道,对于淡水冲灰水系统,灰水结垢离子起始浓度小,灰水结垢早,有的原水冲灰在冲灰管就有垢析出,有的在二三次循环,最多四五次循环就结垢。而对于湛江发电厂海水冲灰水系统,至11次循环才开始有垢析出,主要原因可能是海水离子强度大,使结垢离子活度小,加上共离子效应,使得海水冲灰水系统相对于淡水冲灰水系统来说,灰水不易结垢。 2.3 防垢措施 2.3.1 垢的成分 通过以上试验可知:虽然相对淡水而言,海水冲灰水系统闭路循环后不易结垢,但经过多次循环后循环系统还是会结垢。 通过试验得知,湛江发电厂海水冲灰系统灰水闭路循环后,垢的成分如下:CaCO3占90.1%,CaSO4占5.4%,Mg2+占1.1%,其他为3.4%。以上数据说明,海水冲灰水系统垢的主要成分为CaCO3,需要注意的是,垢中还有CaSO4。所以,对于海水冲灰水系统,除了要防止CaCO3结垢外,还要防止CaSO4结垢。 2.3.2 防垢措施 目前国内投放工业应用的冲灰水系统阻垢方法主要有加酸法、电磁法和阻垢剂法 。由于阻垢剂法具有成本低、运行操作简单和效果稳定等优点,所以在电力系统中得到广泛使用。但目前现有阻垢剂主要都是应用在淡水冲灰水系统。对于海水冲灰水系统 ,由于海水中质量浓度高,易形成CaSO4垢,垢中含有5%的CaSO4,所以,对阻垢剂阻垢性能要求更高。 通过阻垢优选试验,得到适合湛江发电厂海水冲灰水系统的高效、经济的复合阻垢剂,阻垢率达99%以上。 3 结论 a)通过灰在海水和除盐水中的溶出特性试验,得出相对于除盐水,灰中结垢离子(主要是Ca2+)在海水中的溶出量要小得多,pH值变化范围也小,pH最高在10左右。 b)通过海水冲灰水系统灰水闭路循环模拟试验,得出灰水中CaCO3、CaSO4都处于过饱和状态,过饱和程度要比淡水冲灰水系统大得多。 c)在海水冲灰水闭路循环系统中,经过多次(11次)循环后,灰水产生结垢,垢的成分除了占90%的CaCO3外,还有占5%的CaSO4,对阻垢剂要求更高。通过试验得到高效、经济、阻垢率达99%以上的复合阻垢剂。
参考文献
[1]赵建祖.海水循环冷却防垢技术的研究[R].西安:西安热工研究所,1993.
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