(1.西安熱工研究院有限公司,陜西 西安 710032;2.東北電力大學(xué),吉林 132012;3.鄒平縣東方化工有限公司,山東 鄒平;4.華能楊柳青熱電有限公司,天津 300042;5.華能銅川電廠,陜西 銅川 727100)
1 阻垢技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
有機膦酸自 20 世紀(jì) 60 年代引入國內(nèi)循環(huán)水處理領(lǐng)域,由于其熱穩(wěn)定性好、耐水解、阻垢性能優(yōu)異而被廣泛應(yīng)用[1].目前有機膦酸(ATMP、HEDP)及其鹽仍然是最廣泛應(yīng)用的阻垢劑,但其不能有效抑制膦酸鈣垢、鋅垢以及氧化鐵沉淀等。含磷化合物是微生物的營養(yǎng)源之一,易滋養(yǎng)菌藻,使環(huán)境水體營養(yǎng)化,從而造成水體污染[2]。有機膦系列阻垢劑在火電廠循環(huán)水系統(tǒng)使用,系統(tǒng)易滋生菌藻,產(chǎn)生粘泥,引發(fā)對銅合金、不銹鋼等凝汽器管的腐蝕。目前對循環(huán)水系統(tǒng)排污水已限制磷的排放,因此開發(fā)和應(yīng)用低磷或無磷、環(huán)境友好型的綠色阻垢劑已成為國內(nèi)外研究和發(fā)展的方向。
為控制低pH值下循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕,目前普遍采用堿性冷卻水處理法[3]。在堿性處理條件下循環(huán)水及其處理技術(shù)有以下發(fā)展趨勢。
(1)為節(jié)約用水,循環(huán)水向高濃縮倍率技術(shù)發(fā)展,循環(huán)水水質(zhì)一般具有高硬度、高 pH 值得特點。
(2)為節(jié)約潔凈水源,中水會用于循環(huán)水系統(tǒng)成為當(dāng)前循環(huán)水用水的發(fā)展方向,新建大容量火力發(fā)電廠將
使用中水作為電廠建設(shè)立項的必要條件。中水作為補充水時,微生物及有機類物質(zhì)含量高,宜采用低
磷阻垢劑。
2 新型阻垢劑 BHMTPMPA 結(jié)構(gòu)特點
根據(jù)國內(nèi)外對有機膦阻垢劑結(jié)構(gòu)和阻垢機理的研究,并按目前循環(huán)水技術(shù)發(fā)展的特點,國內(nèi)外相繼開發(fā)出了大分子有機膦酸,其分子式為C17H14O15N3P5,分子量為 685.00。
大分子有機膦阻垢劑分子結(jié)構(gòu)中,由于增加了-CH2-,分子量隨之增大,相對磷含量明顯降低;在-CH2-增加的同時,分子結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵阻垢作用的-PO(CH)2基團數(shù)量增加,阻垢性能得到顯著增強。不同有機膦阻垢劑分子機構(gòu)中磷含量見表 1。
BHMT 獨特的分子結(jié)構(gòu)使其能和多種金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。在水用也種,BHMT 能離解成 10 對
正負(fù)離子,可以和 2 個或多個金屬離子鰲合,形成 2 個或多個立體結(jié)構(gòu)大分子絡(luò)合物,松散于水中,破
壞水垢的正常結(jié)晶,從而抑制水垢的形成。
3 BHMT 阻垢性能試驗
采用動態(tài)模擬極限堿度法進行BHMT阻垢性能試驗 [5]
(1) 試驗水樣共選用 2 種,分別取自國內(nèi) 2 個火力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)補充水;試驗溫度為 45℃±1℃
[4] ;試驗用BHMT由濟源市清源水處理有限責(zé)任公司提供,其符合表 2 的指標(biāo)要求。試驗裝置工藝流程見圖 1。
先在循環(huán)水箱中注入試驗用水,按加藥劑量加入試驗用阻垢劑,攪拌均勻;再在補液槽中加入已按加藥劑量配置的試驗用水;開啟動態(tài)模擬試驗裝置總電源開關(guān),開啟循環(huán)水泵,調(diào)節(jié)流量計閥門,使循環(huán)水流量為 1000L/h;流量穩(wěn)定后,開啟換熱器冷卻水閥門及換熱器加熱開關(guān);設(shè)定循環(huán)水箱溫度為
45℃。試驗濃縮過程中邊濃縮邊補水,定期去氧,限定堿度 、氯根及硬度 ,直到求出極限濃縮倍率,停止試驗[5] 。
4 BHMT 阻垢性能試驗內(nèi)容及結(jié)果
冷卻裝置
4.1 BHMT 單體阻垢性能
分別在選用的兩水樣中加入 BHMT 單體 6mg/L(按產(chǎn)品計)進行阻垢性能試驗,試驗用水水質(zhì)及試驗結(jié)果見表 3。
由表 3 可見,在 2 種試驗水質(zhì)條件下,加入 BHMT6mg/L(按產(chǎn)品計)均可達到較理想的阻垢效果,
極限堿度分別可達到 9.01mmol/L 及 11.94/mmol/L。
4.2 BHMT 單體與傳統(tǒng)阻垢劑單體阻垢性能比較
對目前循環(huán)水處理普遍使用的有機膦類阻垢劑(ATMP、HEDP、EDTMPS、DTPMP) 、羧基膦酸阻垢劑(PBTCA)及逐漸推廣使用的多氨基多醚基膦酸阻垢劑(PAPEMP) 、環(huán)保型阻垢劑(PASP、PESA)與 BHMT 進行阻垢性能對比試驗。
在選用的兩水樣(水質(zhì)見表 3)中分別加入 BHMT 及其它阻垢劑 6mg/L(按產(chǎn)品計)進行阻垢性能試驗,結(jié)果見表 4。
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① 所選用阻垢劑除 PAA 有效含量為 48%, HEDP 活性組分為 60%的產(chǎn)品外, 其他均為符合相關(guān)
國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。
從表 4 可看出, 在 2 種試驗水質(zhì)及相同阻垢劑加入劑量條件下, BHMT 單體阻垢性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)有機膦阻垢劑 ATMP、HEDP、DTPMP 及環(huán)保型阻垢劑 PESA、PASP,并優(yōu)于羧基膦酸阻垢劑 PBTCA,略優(yōu)于大分子阻垢劑 PAPEMP。
4.3 BHMT 復(fù)配配方阻垢性能
BHMT 符合配方是以 BHMT 為主要成分,輔以其它成分復(fù)配而德/這些成分包括:目前循環(huán)水處理普遍
使用的有機膦類阻垢劑(ATMP、HEDP) 、羧基磷酸阻垢劑(PBTCA) 、聚合物分散劑、共聚物分散劑中的一種或多種阻垢劑。3 個符合配方(以下簡稱 BHMT-1,BHMT-2,BHMT-3)的 BHMT-1 中 BHMT含量較高, 約為 50% (質(zhì)量百分比, 下同) ; BHMT-2、 BHMT-3 中 BHMT 含量較低, 為 20%~30%; BHMT-1,BHMT-2,BHMT-3 中其它阻垢劑共 20%~50%;BHMT-1、BHMT-2、BHMT-3 固體含量相同,均約為 35%。試驗用水仍取自所選的 2 個火電廠,但由于季節(jié)影響,同一水源水質(zhì)較表 3、表 4 有所變化。試驗結(jié)見表5
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①傳統(tǒng)復(fù)合配方由有機膦、聚合物分散劑等復(fù)配而成,總固體含量約為 35%。
從表 5 可看出,在 2 種試驗水質(zhì)條件下,以 BHMT 為主的復(fù)合配方具有良好的阻垢性能,極限堿度
可達 11.50mmol/L, 極限濃縮倍率可達 4.40, 阻垢性能優(yōu)于傳統(tǒng)復(fù)配配方。 BHMT 復(fù)合配方性能受 BHMT在配方中含量大小影響較大,BHMT 含量高的符合配方阻垢性能明顯優(yōu)越。
4.4 試驗水樣磷含量分析
注: ①所選用阻垢劑除 HEDP 活性組分含量為 60%的產(chǎn)品外,其他均為符合相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品;
②傳統(tǒng)復(fù)合配方由有機膦、聚合物分散劑等復(fù)配而成,總固體含量為 35%。
從表 6 可得出,在相同加入劑量下,BHMT單體濃縮倍率每提高 1.0 時磷含量增加值較低,為
1.23mg/L(以PO 43- 計) ,與低磷阻垢劑PAPEMP相當(dāng),約為傳統(tǒng)有機膦阻垢劑ATMP、HEDP的 50%。復(fù)配配方中采用BHMT,濃縮倍率每提高 1.0 磷含量增加值較傳統(tǒng)有機膦復(fù)配配方降低 30%~50%。
5 結(jié) 論
(1) 在試驗水質(zhì)條件下,單體使用及在符合配方中使用,BHMT 均具有較好的阻垢效果。
(2) 在試驗水質(zhì)條件下,BHMT 單體阻垢性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)有機膦阻垢劑 ATMP、HEDP、DTPMP 及環(huán)保型阻垢劑 PESA、PASP,且優(yōu)于羧基膦酸阻垢劑 PBTCA,略優(yōu)于大分子阻垢劑 PAPEMP。
(3) 在試驗水質(zhì)條件下,BHMT 復(fù)合配方阻垢性能優(yōu)于傳統(tǒng)有機膦配方。
(4) 使用 BHMT 可明顯降低磷含量。使用單體 BHMT,達到極限濃縮倍率時試驗水樣中磷含量與低磷阻垢劑PAPEMP 相當(dāng),約為傳統(tǒng)有機膦阻垢劑 ATMP、HEDP 的 50%;復(fù)配配方中采用 BHMT,達到極限濃縮倍率時試驗水樣中磷含量較傳統(tǒng)有機膦復(fù)配配方可降低 30%~50%。
(5) BHMT 用于循環(huán)水,可有效提高循環(huán)水濃縮倍率,降低循環(huán)水的耗水率。
(6) BHMT 的使用可有效降低循環(huán)水排污水磷含量,有力環(huán)保;同時,可減輕磷系阻垢劑造成微生物增殖而
引起的腐蝕。
[參 考 文 獻]
[1] 郭軍科,楊紅民,磷系和含磷緩蝕阻垢劑的現(xiàn)狀及展望[ ].天津電力技術(shù),2002, (1).
[2] 宋彥梅,綠色阻垢劑的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用進展[ ].工業(yè)水處理,2005,25(9).
[3] 唐受印,戴友芝等.工業(yè)循環(huán)冷卻水處理[ ].化學(xué)工業(yè)出版社,2003.
[4] 葉文玉. 水處理化學(xué)品[ ].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[5] 高秀山,羅獎合,楊東方,等.火電廠循環(huán)冷卻水處理[ ].中國電力出版社,2001.
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