燃烧电厂冲灰闭路循环系统的处理工艺及防垢机理研究

摘要

本文综述了目前国内燃煤电厂闭路循环系统的结垢现状及其危害，阐述了结垢的机理及影响因素。通过一系列的工艺研究，得到防止输灰管和回水管结垢的综合治理方法，其工艺流程为：通过X-荧光光谱(XRF)和X-射线衍射(XRD)对干灰进行分析；采用搅拌实验研究干灰中游离氧化钙(fCaO)的溶解行为；通过管前预结晶、絮凝沉降去除灰水中钙硬度；通过向絮凝沉降上清液中通入CO2模拟电厂炉烟处理进行纯碱再生研究及进行回水冲灰实验；向回水中添加腐植酸钠(HAS)、聚丙烯酸(PAA)作为阻垢溶垢剂。本文还通过扫描电子显微镜(SEM)、XRD等现代分析仪器进行垢相分析，研究HAS、PAA阻垢、溶垢机理。实验结果表明：
　　 (1)灰水比(质量比)对灰水的化学成分有很大影响。灰水比减小，pH、碱度和Ca2+浓度降低。
　　 (2)搅拌能够加速粉煤灰中可溶性物质的溶解，这种加速效应在搅拌20min后不再明显。灰水比为1:20，最佳搅拌速率为800r/min：灰水比为1:10，搅拌速率1200r/min，此时水中pH、碱度、电导率和Ca2+浓度均达到最大值。
　　 (3)灰水比分别为1:10和1:20时，向搅拌后混合液中加入Na2CO3，使Na2CO3与Ca2+浓度摩尔比为0.8:1，搅拌30min可将混合液Ca2+浓度降至15mg·L-1以下。
　　 (4)灰水比分别为1:10和1:20时，向经过Na2CO3处理后的灰水中投加聚丙烯酰胺(PAM)进行混凝沉降，PAM的最佳用量为0.5 mg·L-1，此时Ca2+、碱度均达到最小值。
　　 (5)在密闭容器中向混凝上清液中通CO26min可以使碱性物质全部转化为HCO3-，并溶入大量CO2，采用此水作为回水再溶灰可达到与投加Na2CO3相似的效果。并且多次回水吸收CO2气体后再冲灰不影响冲灰效果。
　　 (6)经过上述一系列的搅拌试验、投加Na2CO3管前预结晶、絮凝沉降等处理，回水中Ca2+浓度已经降至很低，但碱度仍然很高(灰水比为1:20时高达800 mg·L-1)，易吸收空气中CO2导致结垢，因此需向其中投加阻垢剂来抑止回水结垢。
　　 (7)HAS的阻垢效果虽然不如PAA好，但由于HAS阻垢后形成的CaCO3垢是呈絮凝状悬浮在水中的软垢，易随水冲出，且HAS具有耐一定硬度和碱度的特性，适合在回水水质中使用。
　　 (8)相同实验条件下HAS溶垢能力明显优于PAA，pH对阻垢剂的溶垢效果有一定的影响。pH增高，溶垢率下降。
　　 (9)HAS和PAA的阻垢溶垢机理明显不同。HAS的阻垢机理为羧基的络合增溶、凝聚与分散作用，溶垢机理为羧基的络合增溶和使CaCO3垢发生不破坏晶型的剥蚀性溶解。PAA的阻垢和溶垢机理均是使CaCO3垢发生晶格畸变。