城市中水回用于电厂循环冷却水的阻垢和缓蚀试验研究(3)

２．１阻垢

２．１．１循环冷却水系统结垢机理

电厂循环冷却水通过凝汽器水温上升，回到冷却塔中喷淋散热，部分水分蒸发而使水温下降，在循环过程中水中的一部分碳酸氢根离子变成碳酸根离子，同时ｐＨ值上升，含盐量增大，这样就造成碳酸钙在水中的量逐渐增多，超过它的溶解度，以过饱和的状态存在于水中。

而循环冷却水要实现高浓缩倍率运行，必然在高含盐量条件下运行，盐类溶液结垢物质有一个逆着溶解度曲线的问题，也就是说，结垢的碳酸钙物质的溶解度随着水温的上升而下降。水的温度在传热表面或其附近时，是大于在大部分系统中的温度，在这些区域中，某些物质（如：ＣａＣ０３、ＣａＳ０４ ２Ｈ２０、Ｓｉ０２等）的溶解度是很小的，而这些物质就趋于沉淀和结垢。

高浓缩倍率运行下的循环冷却水系统主要特点为结垢物质过饱和度增大，含盐量增大，此时水溶液的比重、粘度（流动性）也有变化；另外一特点，就是受空气中不溶的悬浮固体物颗粒影响也较敏感，结垢趋势增大，这就是经常检查管子时发现有污垢的原因，高浓缩倍率运行循环冷却水系统污垢沉积更突出。

２．１．２阻垢剂的作用机理

为了控制硬垢的生成，有多种方法配合，使用阻垢剂是其中最常用的方法之一，关于阻垢剂对污垢的抑制作用的机理，可分为下面三种类型：第一种为低剂量效应；第二种为分散作用；第三种为品格畸变作用。

（１）低剂量效应。阻垢剂和水中的金属离子形成一种可溶性的稳定螫合物或络合物，这样就避免了金属离子和阴离子结合为垢类物质。这些阻垢剂在冷却水中发挥非化学计算当量的作用，一份药剂和碱土金属成垢量的克分子比为ｌ：３００～１０００。

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（２）分散作用。用阴离子或非离子型的聚合物把形成垢的悬浮颗粒包围起来，使其带有足够的相同电荷，依靠静电作用，颗粒间互相排斥，从而失去了粘结能力，使成垢颗粒稳定在分散状态。起分散作用的阻垢剂主要表现在防垢官能团上有差异，对Ｃａ２＋、Ｍ矿＋等离子有极好的络合能力，并对这些盐类也有很好的去活化作用，而且能和已形成的ＣａＣ０３晶体中的Ｃａ２＋进行表面螯合，起到螯合增溶的效果，避免了大颗粒晶体硬垢的形成和沉积，能够产生严重的晶格畸变的作用，能够使ＣａＣ０３颗粒变得非常的不规则，也就使成垢物质最不易沉积和结垢，所形成的垢疏松，呈“雪片状＂，在冷却水池被除去。

（３）晶格畸变作用。阻垢剂掺杂在已形成的晶体结构中，使规则的晶体结构发生畸变，晶体颗粒不再增长于固体表面成垢，而悬浮在流动水中。ＣａＣ０３晶体为正六面体，加了阻垢剂后，ＣａＣ０３晶体均发生了畸变，抑制了晶体的生长速率，畸变程度越严重，阻垢效果就越好，发生畸变后，ＣａＣ０３晶体颗粒越不规则，越不易沉淀形成硬垢。２．１．３阻垢剂的分类

由阻垢剂的发展过程可将其分为：

（１）聚磷酸盐。常用的聚磷酸盐有长链状阴离子的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。其作用机理据认为是聚磷酸盐在水中生成的长链的阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同时这种阴离子易于和Ｃ０３２－离子置换，这种置换发生在分散于水中的全部钙离子层上，从而防止了碳酸钙的析出。也有人认为，微量聚磷酸盐抑制和干扰了碳酸钙晶体的正常生长，使晶体在生长过程中被歪扭，从而使晶体长不大，不能沉积形成水垢而分散于水溶液中。还有人认为，加入少量聚磷酸盐之所以能有效地阻止碳酸钙等的沉淀，是由于有效地控制了晶核形成的速度。

（２）有机膦酸。常用的有氨基三甲叉膦酸（Ａ１眦Ｐ）、乙二胺四甲叉膦酸（ＥＤＴＭＰ）、羟基乙叉膦酸（ＨＥＤＰ）、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸（ＤＴＰＭＰ）。有机膦酸阻垢机理比较复杂，说法也有多种，目前大致有以下两种：

一种是晶格畸变论。碳酸钙垢是结晶体，它的生长是按照严格顺序，由带正电荷的Ｃａ２＋与带负电荷的ｃ０３２。相撞才能彼此结合，并按一定的方向成长。在水中加入有机膦酸时，它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ｃａ２＋鳌合，抑制了晶格向一定的方向成长，因此使晶格歪曲，长不大，也就是说晶体被有机膦酸表面活性剂的分子所包围而失去活性。对其他晶体也是一样。

另一种是增加成垢化合物的溶解度。有机膦酸在水中离解出Ｈ＋而本身成带负电的阴离子，能与ｃａ２＋、Ｍ矿＋等金属离子形成稳定的络合物，从而提高了沉淀晶粒析出的过饱和度，即增加了其溶解度。

（３）膦羧酸。如ＰＢＴＣＡ，即２．膦酸基丁烷．１，２，４．三羧酸。由于ＰＢＴＣＡ分子结构中同时含有磷酸基和羧基两种基团，在这两种基团的共同作用下，使得ＰＢＴＣＡ能在

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高温、高硬度和高ｐＨ值的水质条件下，具有比常用有机膦酸更好的阻垢性能。与有机膦酸相比，ＰＢＴＣＡ不易形成难溶的有机膦酸钙。同时它还有缓蚀作用，特别是在高剂量使用时，它还是一种高效缓蚀剂。

（４）有机膦酸酯。是具有以下结构的含磷阻垢剂：

ＲＯＰＯ（ＯＨ）２或（ＲＯ）２ＰＯ（ＯＨ）

由醇和磷酸或五氧化二磷或五氯化磷反应制得。采用不同的配比磷酸一酯、磷酸二酯。以及环保型的多元醇磷酸酯。由于它与聚磷酸盐一样，分子中磷原子都是通过Ｐ．Ｏ键与其它原子联系在一起，因此尽管它比聚磷酸盐水解慢些，但仍存在着聚磷酸盐的两大缺点。另外，它的水溶性受Ｒ基的影响较大，抑制碳酸钙垢的效果差。

（５）聚羧酸。聚羧酸是一类聚电解质，在水中它可以部分电离出质子，生成带负电荷的．ＣＯＯ’基团。后者又可以与水中垢粒子表面的阳离子产生螯合作用。未电离的羧基还可以通过氢键与垢粒子发生吸附作用，最终阻抑了垢粒的生长荷聚集。与有机磷酸相比，聚羧酸（ＰＣＡ）不能生成有利的五原子或六原子环结构，也不易形成稳定的多环空间构型，所以它们与Ｃａ２＋的螯合稳定常数也比有机膦酸低得多。另一方面，聚羧酸所具有的柔性链结构使它们可以在固体表面多点螯合或同时吸附多个微小垢粒，形成这类阻垢剂所特有的分散性能。使用最多的聚羧酸是丙烯酸的均聚物和共聚物以及以马来酸为主的均聚物和共聚物，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、马来酸．丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸．马来酸共聚物。新型的无磷聚羧酸阻垢剂，以聚烷基环氧羧酸盐和聚天冬氨酸为代表，属环境友好型阻垢分散剂。

（６）天然分散剂。主要有木质素、丹宁、淀粉和纤维素。

２．１．４阻垢率的影响因素

２．１．４．１浓缩倍率对阻垢率的影响

循环冷却水在换热浓缩过程中，随着水分的蒸发，水中溶解性固体会残留在水中，而且有一定浓度的浓缩。对于理想情况，对一个循环冷却水系统而言，应是随补充水带进系统的溶解性固体等于排出系统的溶解性固体，即从物料衡算的角度以数学公式表示为：

Ｍｃｍ＝（Ｂ＋Ｌ）Ｃｃ（２一１）

式中：Ｍ——补充水水量，ｍ３／ｈ；

Ｂ——排污水量，ｍ３／ｔｌ；ｃ。。ｌ－补充水中溶解性固体浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｉｒ渗漏水及风吹损失水量，ｍ３／ｈ；

浓缩倍率Ｋ＝ｃｃ／ｃｍｃ广循环水中溶解性固体浓度，ｍｇ／Ｌ。

但在实际应用中，上式中的各参数的分析和确定比较复杂，难以实现，因此在实际

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生产过程中，一般通过分析循环水和补充水中某种不易挥发，不易沉积而且不往水中添加的离子的浓度（如Ｃｌ。、Ｎａ＋等 …… 此处隐藏：2455字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……