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[摘要]贺州电厂装机容量为2×1045MW超超临界机组，循环冷却水采用当地龟石水库水为水源，水库水经絮凝沉淀直接进入循环水冷却塔。电厂自投产约8个月后，便发生循环水系统设备结垢、换热器产生大量生物粘泥的情况。后结合机组检修时观测的现状以及可靠的理论分析，指出了设计的不合理之处，制定出了合理的解决方案，并对循环水系统药剂招投标、运行与化学监督方面进行严谨科学的管理，很好的避免了故障的再次发生，有力保障了机组经济安全运行，同时对于同类型电厂循环水系统管理有一定的参考意义。
[关键词]循环冷却水 结垢 生物粘泥 浓缩倍率 解决方案
1问题的产生
贺州电厂2×1045MW超超临界机组循环水冷却水为龟石水库水，采用带自然通风冷却塔的二次循环水冷却系统，1机设1塔，热季循环水总水量为190436m3/h（两台塔），冬季循环水总水量为130276m3/h（两台塔）。循环水浓缩倍率按3.7进行设计，单塔补水量为1900 m3/h。循环水系统流程：冷却塔中的水经循环水泵提升至凝汽器，经过凝汽器热交换后的水回流至冷却塔。其中有一部分循环水作为开式水水源，经主机冷油器、氢冷器等机侧换热器后回至冷却塔。
循环水补水系统：补水水源一路为经净水站混合反应沉淀池处理后的水，一路为工业水回水；循环水处理系统：阻垢剂由计量泵打至循环水；杀菌剂每月定期冲击式投加。
#1机组投产8个月后进行解体检修时，发现主要问题有：
1） 凝汽器回水侧有结垢现象，情况如下：
2） 主机冷油器（板式换热器）上有大量生物粘泥，且有结垢现象；
3）氢冷器（管式换热器）结垢严重。
2原因分析
工业循环冷却水系统最容易发生的三种问题即是：腐蚀、结垢、生物粘泥。针对系统结垢与生物粘泥，逐项排查原因如下：
2.1引起系统结垢可能原因
（1） 浓缩倍率长期超标；
（2） 阻垢剂加药不正常、或药品质量不达标；
（3） 浓缩倍率设计值与水质情况、处理工艺不符，循环水处理工艺设计不当；
（4） 凝汽器胶球清洗装置不能正常投入，凝汽器不锈钢管壁不能保持光滑清洁；
（5） 循泵运行方式不当，循环水流速过缓；
（6） 循环水中微生物、藻类滋生，阻垢效果受到影响；
（7） 冷却塔运行不正常导致水温异常高；
（8） 补充水水质太差。
2.2原因分析确认过程
2.2.1浓缩倍率化验结果检查
机组调试阶段，浓缩倍率小于3；机组正常运行后，浓缩倍率按3～3.5控制，低于设计值3.7，此项理由排除。
2.2.2阻垢剂加药情况
综合分析每日加药记录、每月药品消耗记录，结合每周循环水水质查定报告，发现加药正常，循环水总磷基本稳定在2～3ppm之间，所以加药方式以及药品质量无问题。
2.2.3循环水系统总体设计方面
若设计时未充分考虑到水源的水质特点，可能会发生结垢的情况。对此，我们首先从理论上进行了细致分析，判断以现有的工艺进行处理时系统是否有结垢倾向：
2.2.3.1水样分析
2.2.3.2结垢倾向分析
判断水质结垢和腐蚀，都需计算饱和PH值，它是由盐类的溶解平衡推导出来的，为了工程上运用方便，利用常数表来计算。
当浓缩倍数K=1时，该水质为腐蚀性水质；当浓缩倍率接近3时，按第一种算法，未考虑阻垢剂、胶球清洗等外在因素影响，该水质理论上为结垢性水质。按第二种算法，考虑到阻垢缓蚀剂的作用，对结果进行了修正，更接近实际情况，经验饱和指数2.11/2.31接近2.5，基本在稳定范围内。
但是，实际运行是控制浓缩倍率在3.0～3.5之间，很容易出现经验饱和指数大于2.5的情况，就会有结垢倾向。因此对于此处在可能结垢边缘的水质，不采取预控措施就很容易发生结垢现象。
同时，龟石水库所处地理区域为溶岩地貌，碱度、硬度偏高，循环水PH亦较高（最高达9.2），针对此水质特点，若不采取预控措施，系统很容易产生碳酸钙沉淀，发生结垢现象。
2.2.4凝汽器胶球清洗装置运行情况
#1机组凝汽器胶球清洗裝置曾多次出现收球率很低的情况，不能正常投运。此项亦为引起结垢的重要因素。
2.2.5循泵运行方式
循泵运行方式要综合考虑机组负荷、天气状况、凝汽器真空度、厂用电率等方面因素，查阅运行记录分析，循泵未发生异常运行情况，此项对系统结垢未产生较大影响。
2.2.6循环水中微生物、藻类对阻垢效果的影响
检查发现夏季气温高时，循环水中微生物、藻类滋生异常快，频繁投加杀菌剂有时都很难控制住，导致冷却塔柱子上绿藻滋生。此等情况会对阻垢效果产生一定的影响。
2.2.7 冷却塔运行情况
经检查冷却塔布水装置与进出水温度情况，判定冷却塔运行情况正常。
2.2.8 补充水水质情况
补充水为混合反应沉淀池出水（水源为龟石水库），天气晴好时水质较好（浊度小于10NTU），遇到狂风暴雨天气时，水库水质异常差，导致沉淀池出水浊度较高（偶尔大于20NTU），不合格的水补入冷却塔对系统会产生一定影响，单非引起结垢的决定性因素。
综合以上推断后，总结出引起系统结垢的主要原因为：
（1） 水质特点决定了循环水系统有结垢倾向，但设计无预控措施；
（2） 胶球清洗装置不能正常投入，无法保证凝汽器管壁清洁光滑，会产生碳酸钙结晶的“晶种”，促进结垢； （3） 夏季微生物滋生过快，影响阻垢剂效果；
（4） 偶尔不合格补充水进入冷却塔，会对水质造成一定影响。
2.3 产生生物粘泥主要原因
经研究发现，产生生物粘泥的主要原因为龟石水库水体的轻度富营养化。
贺州电厂水工设计以及各技术协议采用的水质全分析报告为2007年与2008年水质分析资料，但实际上，经查阅当地有关报道，目前龟石水库水质已逐年下降：
2011年《广西壮族自治区环境状况公报》指出：龟石水库水质为轻度富营养化程度，与去年相比，龟石水库水质有所下降。
2012年3月7日《贺州日报》刊登了《我市将新建城区供水水源工程》一文指出“据近三年水质监测统计，龟石水库水质逐年下降，洪水期和枯水期多次出现劣于ⅲ类水质”。
水质下降其主要表现应为水体营养化，水体营养化是指水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使水体中的藻类以及其它水生生物异常繁殖、水体透明度和溶解氧下降，造成水质恶化，使水域生态和功能受到阻碍和破坏。实际上，水体营养化的发生原因除了外来营养物如各类废水、污水等输入水体有直接关系外，水体中生物群落结构的破坏，导致其自净能力降低，也是加速水体营养化的一个重要原因，因为鱼类和其它许多水生生物都是天然水域中生物群落的重要组成。合理的生物群落结构，既是健康生态系统的良好指示，同时又对维护生态系统的稳定作用起到重要的保障作用，是水库生物自净的基础。一旦这种群落结构遭到破坏，水库的自净能力随之降低，从而使水体营养化的症状出现，龟石水库正是如此。
轻度富营养化的水，水中的微生物、动植物尸体，微小水生生物、分子较大的有机物（如腐殖质类）等，极易在换热器等“温暖适宜”的场所停留沉积，产生生物粘泥。1号机组拆下的板式换热器上清晰可见（见上文照片2）。
3整体解决方案
针对产生问题的各项因素，从技术改造与运行调整、专业管理方面分别采取以下对策：
3.1技术改造与运行调整方面
3.1.1 系统增加加浓硫酸装置，降低循环水PH值
两台冷却塔各增加一套浓硫酸添加装置，控制循环水PH在8.5～8.7之间，浓缩倍率控制在3.5～3.7之间。
3.1.2联系凝汽器胶球清洗装置厂家彻底查找原因，利用机组检修时机处理好正常投运；
3.1.3循环水泵严格按照设计工况运行；
3.1.4针对微生物滋生、产生生物粘泥并影响阻垢剂效果问题，采取如下对策：
3.1.4.1原水增加杀菌设备，降低原水富营养化程度。在混合反应沉淀池进水管道（离沉淀池越远越好以便充分反应）增加一套杀菌设备；
3.1.4.2夏季适当增加冲击式投加氯锭、异噻唑啉酮次数，控制微生物、藻类滋生；
3.1.4.3龟石水库水质逐年下降，水体表现轻度富营养化。而引起此问题的根源在于水体生物群落的破坏。经现场调研多次发现龟石水库管理很不到位，电鱼、毒鱼等情况日日可见，因此建议由公司层面向当地政府发函，建议其加强水库管理；
3.1.5加强混合反应沉淀池运行调整，保证合格水质。在遇水质恶化时冷却塔尽量少补多排，但前提是保证水位；
3.2专业管理方面
循环水处理主要涉及阻垢剂、氯锭、异噻唑啉酮三种药剂，商务在进行采购时，三种药剂常选择不同的厂家，在发生问题时几个厂家很容易出现互相指责、推诿的现象。因此，对循环水处理药剂招标时实行了总承包的模式，循环水药剂中标单位只有一家，该单位对整个循环水处理负全责，电厂对其加药、水质情况进行监督，此做法大大促进了药剂供应商积极去做好这项工作，改变了其只想卖东西的心态，于系统安全稳定运行大有裨益。
4 效果
按照以上解决方案进行改造优化后，取得了明显的效果，主要体现在：
4.1 系统运行半年以上凝汽器、换热器未发现结垢情况，凝汽器真空优良；
4.2 微生物、藻类得到有效控制，冷却塔不再有青苔滋生，板式換热器运行情况良好，无生物粘泥产生；
4.3 氢冷器无结垢现象发生；
4.4 循环水药剂供应商积极主动发动各种技术资源解决循环水系统日常运行出现的问题，及时调整水质，循环水日常化学监督报表、台账齐全。完善的专业管理监督体系对系统稳定运行发挥了重要作用。
5结论
（1）以溶岩地貌水库水做水源的循环水处理系统，应设加酸装置，以降低PH防止系统结垢。在循环水处理工艺设计时，须恰如其分的把握当地水质特点；
（2） 凝汽器胶球系统必须要正常投运；
（3）循环水微生物的滋生要透彻分析根源，找出解决问题的根本方法；
（4）保证优良补充水水质对循环水处理至关重要；
（5）完善的专业监督管理体系对于循环水系统经济稳定至关重要；
（6）在循环水处理涉及多种药品时，循环水处理药剂的招标宜按总承包的模式进行。
参考文献
[1] 周柏青，陈志和.热力发电厂水处理（上册）[M].4版.北京：中国电力出版社，2009：265-340
作者简介：金刚刚，男，应用化学学士，武汉大学在读工程硕士，华润电力贺州有限公司化学工程师
[关键词]循环冷却水 结垢 生物粘泥 浓缩倍率 解决方案
1问题的产生
贺州电厂2×1045MW超超临界机组循环水冷却水为龟石水库水，采用带自然通风冷却塔的二次循环水冷却系统，1机设1塔，热季循环水总水量为190436m3/h（两台塔），冬季循环水总水量为130276m3/h（两台塔）。循环水浓缩倍率按3.7进行设计，单塔补水量为1900 m3/h。循环水系统流程：冷却塔中的水经循环水泵提升至凝汽器，经过凝汽器热交换后的水回流至冷却塔。其中有一部分循环水作为开式水水源，经主机冷油器、氢冷器等机侧换热器后回至冷却塔。
循环水补水系统：补水水源一路为经净水站混合反应沉淀池处理后的水，一路为工业水回水；循环水处理系统：阻垢剂由计量泵打至循环水；杀菌剂每月定期冲击式投加。
#1机组投产8个月后进行解体检修时，发现主要问题有：
1） 凝汽器回水侧有结垢现象，情况如下：
2） 主机冷油器（板式换热器）上有大量生物粘泥，且有结垢现象；
3）氢冷器（管式换热器）结垢严重。
2原因分析
工业循环冷却水系统最容易发生的三种问题即是：腐蚀、结垢、生物粘泥。针对系统结垢与生物粘泥，逐项排查原因如下：
2.1引起系统结垢可能原因
（1） 浓缩倍率长期超标；
（2） 阻垢剂加药不正常、或药品质量不达标；
（3） 浓缩倍率设计值与水质情况、处理工艺不符，循环水处理工艺设计不当；
（4） 凝汽器胶球清洗装置不能正常投入，凝汽器不锈钢管壁不能保持光滑清洁；
（5） 循泵运行方式不当，循环水流速过缓；
（6） 循环水中微生物、藻类滋生，阻垢效果受到影响；
（7） 冷却塔运行不正常导致水温异常高；
（8） 补充水水质太差。
2.2原因分析确认过程
2.2.1浓缩倍率化验结果检查
机组调试阶段，浓缩倍率小于3；机组正常运行后，浓缩倍率按3～3.5控制，低于设计值3.7，此项理由排除。
2.2.2阻垢剂加药情况
综合分析每日加药记录、每月药品消耗记录，结合每周循环水水质查定报告，发现加药正常，循环水总磷基本稳定在2～3ppm之间，所以加药方式以及药品质量无问题。
2.2.3循环水系统总体设计方面
若设计时未充分考虑到水源的水质特点，可能会发生结垢的情况。对此，我们首先从理论上进行了细致分析，判断以现有的工艺进行处理时系统是否有结垢倾向：
2.2.3.1水样分析
2.2.3.2结垢倾向分析
判断水质结垢和腐蚀，都需计算饱和PH值，它是由盐类的溶解平衡推导出来的，为了工程上运用方便，利用常数表来计算。
当浓缩倍数K=1时，该水质为腐蚀性水质；当浓缩倍率接近3时，按第一种算法，未考虑阻垢剂、胶球清洗等外在因素影响，该水质理论上为结垢性水质。按第二种算法，考虑到阻垢缓蚀剂的作用，对结果进行了修正，更接近实际情况，经验饱和指数2.11/2.31接近2.5，基本在稳定范围内。
但是，实际运行是控制浓缩倍率在3.0～3.5之间，很容易出现经验饱和指数大于2.5的情况，就会有结垢倾向。因此对于此处在可能结垢边缘的水质，不采取预控措施就很容易发生结垢现象。
同时，龟石水库所处地理区域为溶岩地貌，碱度、硬度偏高，循环水PH亦较高（最高达9.2），针对此水质特点，若不采取预控措施，系统很容易产生碳酸钙沉淀，发生结垢现象。
2.2.4凝汽器胶球清洗装置运行情况
#1机组凝汽器胶球清洗裝置曾多次出现收球率很低的情况，不能正常投运。此项亦为引起结垢的重要因素。
2.2.5循泵运行方式
循泵运行方式要综合考虑机组负荷、天气状况、凝汽器真空度、厂用电率等方面因素，查阅运行记录分析，循泵未发生异常运行情况，此项对系统结垢未产生较大影响。
2.2.6循环水中微生物、藻类对阻垢效果的影响
检查发现夏季气温高时，循环水中微生物、藻类滋生异常快，频繁投加杀菌剂有时都很难控制住，导致冷却塔柱子上绿藻滋生。此等情况会对阻垢效果产生一定的影响。
2.2.7 冷却塔运行情况
经检查冷却塔布水装置与进出水温度情况，判定冷却塔运行情况正常。
2.2.8 补充水水质情况
补充水为混合反应沉淀池出水（水源为龟石水库），天气晴好时水质较好（浊度小于10NTU），遇到狂风暴雨天气时，水库水质异常差，导致沉淀池出水浊度较高（偶尔大于20NTU），不合格的水补入冷却塔对系统会产生一定影响，单非引起结垢的决定性因素。
综合以上推断后，总结出引起系统结垢的主要原因为：
（1） 水质特点决定了循环水系统有结垢倾向，但设计无预控措施；
（2） 胶球清洗装置不能正常投入，无法保证凝汽器管壁清洁光滑，会产生碳酸钙结晶的“晶种”，促进结垢； （3） 夏季微生物滋生过快，影响阻垢剂效果；
（4） 偶尔不合格补充水进入冷却塔，会对水质造成一定影响。
2.3 产生生物粘泥主要原因
经研究发现，产生生物粘泥的主要原因为龟石水库水体的轻度富营养化。
贺州电厂水工设计以及各技术协议采用的水质全分析报告为2007年与2008年水质分析资料，但实际上，经查阅当地有关报道，目前龟石水库水质已逐年下降：
2011年《广西壮族自治区环境状况公报》指出：龟石水库水质为轻度富营养化程度，与去年相比，龟石水库水质有所下降。
2012年3月7日《贺州日报》刊登了《我市将新建城区供水水源工程》一文指出“据近三年水质监测统计，龟石水库水质逐年下降，洪水期和枯水期多次出现劣于ⅲ类水质”。
水质下降其主要表现应为水体营养化，水体营养化是指水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使水体中的藻类以及其它水生生物异常繁殖、水体透明度和溶解氧下降，造成水质恶化，使水域生态和功能受到阻碍和破坏。实际上，水体营养化的发生原因除了外来营养物如各类废水、污水等输入水体有直接关系外，水体中生物群落结构的破坏，导致其自净能力降低，也是加速水体营养化的一个重要原因，因为鱼类和其它许多水生生物都是天然水域中生物群落的重要组成。合理的生物群落结构，既是健康生态系统的良好指示，同时又对维护生态系统的稳定作用起到重要的保障作用，是水库生物自净的基础。一旦这种群落结构遭到破坏，水库的自净能力随之降低，从而使水体营养化的症状出现，龟石水库正是如此。
轻度富营养化的水，水中的微生物、动植物尸体，微小水生生物、分子较大的有机物（如腐殖质类）等，极易在换热器等“温暖适宜”的场所停留沉积，产生生物粘泥。1号机组拆下的板式换热器上清晰可见（见上文照片2）。
3整体解决方案
针对产生问题的各项因素，从技术改造与运行调整、专业管理方面分别采取以下对策：
3.1技术改造与运行调整方面
3.1.1 系统增加加浓硫酸装置，降低循环水PH值
两台冷却塔各增加一套浓硫酸添加装置，控制循环水PH在8.5～8.7之间，浓缩倍率控制在3.5～3.7之间。
3.1.2联系凝汽器胶球清洗装置厂家彻底查找原因，利用机组检修时机处理好正常投运；
3.1.3循环水泵严格按照设计工况运行；
3.1.4针对微生物滋生、产生生物粘泥并影响阻垢剂效果问题，采取如下对策：
3.1.4.1原水增加杀菌设备，降低原水富营养化程度。在混合反应沉淀池进水管道（离沉淀池越远越好以便充分反应）增加一套杀菌设备；
3.1.4.2夏季适当增加冲击式投加氯锭、异噻唑啉酮次数，控制微生物、藻类滋生；
3.1.4.3龟石水库水质逐年下降，水体表现轻度富营养化。而引起此问题的根源在于水体生物群落的破坏。经现场调研多次发现龟石水库管理很不到位，电鱼、毒鱼等情况日日可见，因此建议由公司层面向当地政府发函，建议其加强水库管理；
3.1.5加强混合反应沉淀池运行调整，保证合格水质。在遇水质恶化时冷却塔尽量少补多排，但前提是保证水位；
3.2专业管理方面
循环水处理主要涉及阻垢剂、氯锭、异噻唑啉酮三种药剂，商务在进行采购时，三种药剂常选择不同的厂家，在发生问题时几个厂家很容易出现互相指责、推诿的现象。因此，对循环水处理药剂招标时实行了总承包的模式，循环水药剂中标单位只有一家，该单位对整个循环水处理负全责，电厂对其加药、水质情况进行监督，此做法大大促进了药剂供应商积极去做好这项工作，改变了其只想卖东西的心态，于系统安全稳定运行大有裨益。
4 效果
按照以上解决方案进行改造优化后，取得了明显的效果，主要体现在：
4.1 系统运行半年以上凝汽器、换热器未发现结垢情况，凝汽器真空优良；
4.2 微生物、藻类得到有效控制，冷却塔不再有青苔滋生，板式換热器运行情况良好，无生物粘泥产生；
4.3 氢冷器无结垢现象发生；
4.4 循环水药剂供应商积极主动发动各种技术资源解决循环水系统日常运行出现的问题，及时调整水质，循环水日常化学监督报表、台账齐全。完善的专业管理监督体系对系统稳定运行发挥了重要作用。
5结论
（1）以溶岩地貌水库水做水源的循环水处理系统，应设加酸装置，以降低PH防止系统结垢。在循环水处理工艺设计时，须恰如其分的把握当地水质特点；
（2） 凝汽器胶球系统必须要正常投运；
（3）循环水微生物的滋生要透彻分析根源，找出解决问题的根本方法；
（4）保证优良补充水水质对循环水处理至关重要；
（5）完善的专业监督管理体系对于循环水系统经济稳定至关重要；
（6）在循环水处理涉及多种药品时，循环水处理药剂的招标宜按总承包的模式进行。
参考文献
[1] 周柏青，陈志和.热力发电厂水处理（上册）[M].4版.北京：中国电力出版社，2009：265-340
作者简介：金刚刚，男，应用化学学士，武汉大学在读工程硕士，华润电力贺州有限公司化学工程师