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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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