余热发电循环水阻垢器的开发及应用

    技术简介

    该技术运用结晶学原理，研制出了利用物理方法阻止水垢生成的纳米防垢金属陶瓷材料及阻垢器。在余热发电循环水系统使用阻垢器后，不需再添加阻垢剂、灭藻剂等化学药品，即可保证余热发电系统的正常运行和发电量。该技术已申请了国家发明专利保护，属于高新技术，技术查新证明该技术在水阻垢工业应用领域属于首创。每年降低发电成本约14万元（4.5MW机组），避免了添加化学药品造成的水污染，减轻了工人的劳动强度。

    背景简介

    余热发电系统汽轮机冷凝器的冷却水一般都是循环利用。随着纯水的不断蒸发，循环冷却水中钙、镁离子的浓度会越来越高，直至结晶形成水垢沉淀在凝汽器冷却水管的管壁上。水垢的质地比较致密，导热系数低，大大降低传热效率（据试验研究，0.6 毫米的薄垢就可使传热效率降低 20％以上）和发电量。为了解决这一问题，目前一般采用软化水法、超声波水处理法、化学加药法阻垢。

    （1）软化水法：该种水处理方式是通过离子交换或者反渗透的方式除去绝大部分水中的钙、镁离子，以防止水垢的形成，由于软化水法耗水数量大、电耗高，而且要添加各类化学物质，在水量较大的情况下难以承受其成本且由于有废水排放，对环境也造成较大影响。

    （2）超声波水处理法：超声波脉冲水处理防垢法是利用超声波在媒质中传播时，使媒质产生的受迫振动所形成的一系列超强物理效应来实现防垢与除垢作用的，属于纯物理方式。从工业应用来看，耗电成本较高，使用效果受到质疑。

    （3）化学加药法：化学加药法是指向水系统中投入缓蚀剂和阻垢剂，这是目前工程中应用较广的方法，常用的缓蚀剂和阻垢剂有：六偏磷酸钠、硫酸锌、钼酸钠、HEDP羟基亚乙基二膦酸、EDTP乙二胺四亚甲基膦酸、聚丙烯酸等。投药法防垢缓蚀的效果较好，可同时投加杀菌灭藻的药剂，对冷却水系统来说，是一种理想的水处理方式，但存在着运行成本较高，耗水严重、环境污染、维护成本高等缺点。

    技术详情

    水垢的主要化学成分是CaCO3，属同质多晶型晶体。根据结晶学原理，CaCO3的结晶过程受水体表面张力、活性和PH值等环境因素的影响，可生成方解石、文石和球霰石三种不同的晶型结构。方解石质地坚硬，形成的水垢不易清除，而文石和球霰石质地松软，在水中主要以水渣的形式存在，可在排污时随水排出，而不会附着在管壁表面。

     根据这一原理，技术研发部门研制出了能够改变水体性质的纳米防垢金属陶瓷材料，该材料是以优质的天然含硼材料为主，与其他材料复合而成，具有活化水、改变水体表面张力和PH值、防垢、除垢、除藻和水质净化等功能。将纳米防垢金属陶瓷材料制成球形颗粒，装入具有进出水口的罐体中即构成阻垢器。

     循环水通过阻垢器时，水在阻垢器内以设计流速冲刷纳米颗粒并使其处于湍动状态，若干纳米颗粒的湍动在水流中形成一个“无源”电场，该电场提高了水体的活性和PH值、降低了水体的表面张力，抑制了方解石的生成，使CaCO3的结晶主要以文石和球霰石的形式存在并定期随排污水排出，阻止了水垢的形成。

    应用效果

    在余热发电循环水系统使用阻垢器一年多来，在不添加任何化学药剂、不增加动力和循环水排污量的情况下，凝汽器的真空度和端差与使用阻垢器前、添加化学药剂时的结果基本一致，从而保证了余热发电系统的正常运行。另外，我们曾两次打开凝汽器的观察孔，目测与循环冷却水接触的管道内壁和器壁，不仅没有新的水垢产生，而且原有少量的旧垢也被清除掉了，即与循环冷却水接触的管道内壁和器壁更干净了。

     公司的应用实践证明，该阻垢设备可以在余热发电循环水系统推广使用。也可以在其他发电等行业的循环水系统推广使用。

    经济简析

     项目总投资需要约25万元，回收期2年以内。

     在使用阻垢器前，在余热发电循环水系统需添加磷酸盐类缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂及粘泥剥离剂3种化学药剂，平均每月的药剂添加费用为1.2万元，使用阻垢器后省去了这笔费用。

    2014年：1.2万元/月×9个月=10.8万元

    2015年：1.2万元/月×4个月=4.8万元