当前，我国燃煤火力发电厂大部分采用干除尘，湿排灰方式，输灰系统存在的严重结垢问题一直困扰着水力输灰系统稳定、安全运行。为了解决这一问题，人们提出了许多防垢措施，取得了一些进展，但目前采用的方法存在着许多局限性。例如灰水回用，回收系统形成大量的垢，可认为其中的碳酸盐已大量析出，从理论上讲该水再用于冲灰可以防止结垢，但运行结果表明结垢问题仍然存在，关键是对碳酸盐的来源问题未能充分认识。本次研究通过对比实验，探讨了碳酸盐的来源问题，揭开了一些谜团，希望本工作能为今后的防垢措施提供一些帮助。
1 结垢机理
灰管中结垢的主要原因是在水力冲灰情况下，灰中的fCaO逐渐溶出，Ca2＋和OH－与灰浆中所含的碳酸盐（H2CO3，HCO3－，CO32－）反应形成CaCO3沉淀。反应式如下：
fCaO+H2O→Ca2++OH- (1)
其中，碳酸盐的来源有两种说法：（1）来源于冲灰原水中；（2）大气中的二氧化碳的影响［1～3］。对于前者，无须置疑；对于后者，其影响程度将在实验部分给予讨论。另外，我们还认为，灰中还有一部分碳酸盐来源于灰中碳酸盐的溶出。为证实上述想法，我们做了一些实验。
2 实验部分
2．1 仪器与试剂
选2个电厂的原灰（A与B），用去离子水做冲灰原水，碘量瓶做反应器，用康式振荡器来模拟灰浆的流动情况，用标准0．005 mmol／LEDTA溶液滴定灰水中的Ca2＋（采用紫脲酸铵指示剂法），用标准0．01 mmol／LHCl溶液，采用双指示剂法测定灰水中的碱度，计算碳酸盐浓度［4］。
2．2 实验方法
选用不同的水灰比（51和101），在敞口和密闭碘量瓶中（主要考虑空气的影响）放入康式振荡器振荡，于不同时间下（20 min、60 min）模拟流动灰浆。取上清液，用标准EDTA和HCl溶液分别滴定Ca2＋和碱度。
3 数据分析与讨论
3．1 二氧化碳对Ca2＋的影响
从表中数据可看出，对于同一灰水比，敞口试样的Ca2＋浓度明显低于闭口试样的Ca2＋浓度，尤其对于浓浆灰水，水灰比为51的敞口试样Ca2＋浓度为1．42 mmol／L，而闭口试样Ca2＋浓度却为2．26 mmol／L，差值0．84 mmol／L；当水灰比变为101时，敞口试样的Ca2＋浓度为1．42 mmol／L，闭口试样的Ca2＋浓度为2．03 mmol／L，其差值变为0．61 mmol／L。随着时间的变化，二氧化碳对Ca2＋的影响越来越明显，60 min后，其差值竟变为1．93 mmol／L。这说明敞口试样中大量的Ca2＋已经生成沉淀，析出。由于敞口试样空气中二氧化碳的大量溶入，导致了Ca2＋浓度的大量降低；而闭口试样无二氧化碳的影响，在形成沉淀的同时，灰中fCaO的溶出弥补了沉淀的Ca2＋的影响，故没有明显的变化。所以，回水或灰浆的输送一定要注意空气中二氧化碳的影响。
3．2 二氧化碳对碳酸盐的影响
从二氧化碳对碳酸盐的影响可看出大气对灰浆稳定性的影响。在较短时间内，2种试样碳酸盐的浓度几乎没有差别，尤其是对稀浆而言，两者之差仅为0．36 mmol／L。但是，随着时间的延长，其影响变得非常突出，在60 min后，两者之差高达4．31 mmol／L，并且已有大量的Ca2＋沉淀析出。敞口的碳酸盐含量基本无变化，这说明虽然有一部分碳酸盐已形成沉淀，但空气中二氧化碳已经溶入，形成碳酸盐，弥补了这部分，故总量无明显变化。
从以上2组数据可以看出，敞口试样比闭口试样的钙离子浓度低，碳酸盐含量高是由于空气中的二氧化碳溶入造成的。
3．3 二氧化碳对pH的影响
从表1中的pH可以看出，由于二氧化碳的影响，敞口试样的pH均低于闭口试样的pH，并且随着时间的延长，其影响越来越明显，两者之差由20 min的0．10到60 min的0．27，可见二氧化碳对灰浆的影响是很明显的，且对浓浆的影响更加明显，这与浓浆的高碱性和高pH有关。
3．4 不同灰种受二氧化碳的影响
灰种不同受二氧化碳的影响也不同。对于表1的灰种，若无二氧化碳的影响，1 h之内碳酸盐浓度可达6．60 mmol／L，而表2的灰种最高只能达到4．93 mmol／L，并且随着时间的延长，其浓度亦下降，这与他们的Ca2＋浓度有关。表2的灰种Ca2＋浓度最高可达5．60 mmol／L，而表1的灰种Ca2＋浓度最高仅达2．79 mmol／L，但是，由于二氧化碳的影响，表2的灰种pH大大下降，降幅高达0．94，并且HCO－3已经出现，这与灰种本身的特性有关（如fCaO的含量等）。
从上面的结果可以看出，若原灰浆的碱度大，pH高，则二氧化碳对它的影响就更加明显。
3．5 灰浆中碳酸盐的溶出
空气中的二氧化碳影响暂且不论，闭口试样瓶中的碳酸盐从那里来的呢？由于碘量瓶的瓶盖事先涂好凡士林，可以防止空气中的二氧化碳的溶入，可以认为空气的影响为零，另外，表3数据表明，去离子水的碱度很小，仅为0．79 mmol／L，故其影响也可以忽略不计，唯一可以解释的理由是灰中引入的，由粉煤灰成分分析可知，粉煤灰中含有一部分碳酸盐［5］，在用水溶解时，这些碳酸盐中的一部分可以溶出。从表1中还可以看出，经过一段时间的溶出，在结垢的同时，碳酸盐浓度降低（由5．75 mmol／L下降到2．29 mmol／L），fCaO却继续溶出（Ca2＋浓度由1．42 mmol／L上升到2．79 mmol／L）。这说明水力输灰系统中，即使用去离子水做冲灰原水，灰浆本身存在的结垢趋势也是无法避免的。
从表1与表2的对比可知，不同的灰种其溶出的碳酸盐含量是不同的（表1的最高含量达5．75 mmol／L，而表2的最高含量仅3．81 mmol／L）。这个结果可用以解释有的防垢措施（采用控制碳酸盐含量）在某些电厂可以达到防垢目的，而在某些电厂却是不可行的。
4 结论
（1）灰浆中碳酸盐来源：①冲灰原水中引入；②灰中引入；③大气中二氧化碳的影响。
（2）灰浆的浓度越高，碱度越高，大气中的二氧化碳的影响也越大，时间越长，二氧化碳的影响也越大。
（3）灰种不同，其碳酸盐含量也不同，这就要求电厂根据自己的实际情况采取相应的防垢措施。
参考文献
［1］朱志平．燃煤电厂灰水系统中CO2吸收速率的理论计算．热力发电，1994，（3）．
［2］W斯塔姆，J．J摩尔根．汤鸿霄等译．水化学——天然水体化学平衡导论．北京：科学出版社，1987．
［3］靳兴玉．燃煤电厂冲灰系统中灰—水—CO2体系变化规律研究．热力发电，1995，（4）．
［4］美国公共卫生协会等．宋仁元等译．水和废水标准检验法（第十五版）．北京：中国建筑工业出版社，1985．
［5］尹连庆．粉煤灰资源化工程．华北电力大学，1993．
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