余熱發電循環水阻垢器的開發及應用

    技術簡介

    該技術運用結晶學原理，研制出了利用物理方法阻止水垢生成的納米防垢金屬陶瓷材料及阻垢器。在余熱發電循環水系統使用阻垢器后，不需再添加阻垢劑、滅藻劑等化學藥品，即可保證余熱發電系統的正常運行和發電量。該技術已申請了國家發明專利保護，屬于高新技術，技術查新證明該技術在水阻垢工業應用領域屬于首創。每年降低發電成本約14萬元（4.5MW機組），避免了添加化學藥品造成的水污染，減輕了工人的勞動強度。

    背景簡介

    余熱發電系統汽輪機冷凝器的冷卻水一般都是循環利用。隨著純水的不斷蒸發，循環冷卻水中鈣、鎂離子的濃度會越來越高，直至結晶形成水垢沉淀在凝汽器冷卻水管的管壁上。水垢的質地比較致密，導熱系數低，大大降低傳熱效率（據試驗研究，0.6 毫米的薄垢就可使傳熱效率降低 20％以上）和發電量。為了解決這一問題，目前一般采用軟化水法、超聲波水處理法、化學加藥法阻垢。

    （1）軟化水法：該種水處理方式是通過離子交換或者反滲透的方式除去絕大部分水中的鈣、鎂離子，以防止水垢的形成，由于軟化水法耗水數量大、電耗高，而且要添加各類化學物質，在水量較大的情況下難以承受其成本且由于有廢水排放，對環境也造成較大影響。

    （2）超聲波水處理法：超聲波脈沖水處理防垢法是利用超聲波在媒質中傳播時，使媒質產生的受迫振動所形成的一系列超強物理效應來實現防垢與除垢作用的，屬于純物理方式。從工業應用來看，耗電成本較高，使用效果受到質疑。

    （3）化學加藥法：化學加藥法是指向水系統中投入緩蝕劑和阻垢劑，這是目前工程中應用較廣的方法，常用的緩蝕劑和阻垢劑有：六偏磷酸鈉、硫酸鋅、鉬酸鈉、HEDP羥基亞乙基二膦酸、EDTP乙二胺四亞甲基膦酸、聚丙烯酸等。投藥法防垢緩蝕的效果較好，可同時投加殺菌滅藻的藥劑，對冷卻水系統來說，是一種理想的水處理方式，但存在著運行成本較高，耗水嚴重、環境污染、維護成本高等缺點。

    技術詳情

    水垢的主要化學成分是CaCO3，屬同質多晶型晶體。根據結晶學原理，CaCO3的結晶過程受水體表面張力、活性和PH值等環境因素的影響，可生成方解石、文石和球霰石三種不同的晶型結構。方解石質地堅硬，形成的水垢不易清除，而文石和球霰石質地松軟，在水中主要以水渣的形式存在，可在排污時隨水排出，而不會附著在管壁表面。

     根據這一原理，技術研發部門研制出了能夠改變水體性質的納米防垢金屬陶瓷材料，該材料是以優質的天然含硼材料為主，與其他材料復合而成，具有活化水、改變水體表面張力和PH值、防垢、除垢、除藻和水質凈化等功能。將納米防垢金屬陶瓷材料制成球形顆粒，裝入具有進出水口的罐體中即構成阻垢器。

     循環水通過阻垢器時，水在阻垢器內以設計流速沖刷納米顆粒并使其處于湍動狀態，若干納米顆粒的湍動在水流中形成一個“無源”電場，該電場提高了水體的活性和PH值、降低了水體的表面張力，抑制了方解石的生成，使CaCO3的結晶主要以文石和球霰石的形式存在并定期隨排污水排出，阻止了水垢的形成。

    應用效果

    在余熱發電循環水系統使用阻垢器一年多來，在不添加任何化學藥劑、不增加動力和循環水排污量的情況下，凝汽器的真空度和端差與使用阻垢器前、添加化學藥劑時的結果基本一致，從而保證了余熱發電系統的正常運行。另外，我們曾兩次打開凝汽器的觀察孔，目測與循環冷卻水接觸的管道內壁和器壁，不僅沒有新的水垢產生，而且原有少量的舊垢也被清除掉了，即與循環冷卻水接觸的管道內壁和器壁更干凈了。

     公司的應用實踐證明，該阻垢設備可以在余熱發電循環水系統推廣使用。也可以在其他發電等行業的循環水系統推廣使用。

    經濟簡析

     項目總投資需要約25萬元，回收期2年以內。

     在使用阻垢器前，在余熱發電循環水系統需添加磷酸鹽類緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑及粘泥剝離劑3種化學藥劑，平均每月的藥劑添加費用為1.2萬元，使用阻垢器后省去了這筆費用。

    2014年：1.2萬元/月×9個月=10.8萬元

    2015年：1.2萬元/月×4個月=4.8萬元