新型阻垢剂阻垢性能及其应用研究.pdf

第3 3 卷第2 期 2 0 1 3 年0 4 月 矿冶 工程 h 田匝门N GA N D 眦T A I J ，I 乃- G I C A I ．E N G n 蝴E 删G V 0 1 ．3 3 №2 A P r i l 2 0 1 3 新型阻垢剂阻垢性能及其应用研究① 曾娟，余侃萍，杨国超，肖国光 长沙矿冶研究院有限责任公司，澳南长沙4 1 0 0 1 2 摘要针对桃花江内陆核电站循环冷却用水低硬度、低碱度的水质特点，研制出一种新型阻垢剂H D 1 ，研究了其阻垢性能，并将 其应用于循环冷却水动态模拟系统，结果表明，在投加量为5m g ／L ，温度低于8 0 ℃，运行时间小于1 2h ，C 矿 浓度低于2 2 0m g ／L ， H c O ，一浓度低于6 0 0 耐L 的条件下，阻垢剂H D l 对碳酸钙的阻垢效率大于9 0 ％。动态试验中阻垢剂H D 一1 的污垢热阻、腐蚀速 率和阻垢效率分别为O ．0 0 0 0 r 7 1m 2 K ／w 、O ．0 0 3 6 眦n ／a 和9 7 ．6 9 ％，表明新型阻垢剂H D 一1 完全满足桃花江内陆核电站循环冷却水 系统的水质处理要求。 关键词阻垢剂；阻垢性能；循环水处理；动态模拟 中图分类号7 I 叼1 0 8 5文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 捌9 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 1 4 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 2 0 0 5 6 一0 3 蛐强S ‘址- i n h i 蜥伽附㈣a I l dA p p I i c a 6 蛐0 fs c a l e 蝴皿- 1 Z E N GJ u 肌，Y UK 锄一p i n g ，Y A N GG u o c h a o ，X L A OG u o g u a n g C l I l 口嶝施鼢∞砌加t 如咖旷胁l 垤 讹纪Z Z w 彰c o 删，C 玩咿I I l 口4 1 0 0 1 2 ，肌舰n ，醌i m A b ；t l 强c t I nv i 每wo ft l l ec h a r a c t e r i s t i c so fc i r c u l a t i n gw a t e ri nT a o h u a j i a n gI n l a I l dN u c l e a rP o w e rP l a n t ，s u c h 鹊l o w h a 耐n e s sa n da l k a l i n i t y ，an e wt y p eo fs c a l ei n h i b i t o r ，H D l ，w a sd e V e l o p e d 访mi t ss c a l e i n h i b i t i o np e r f b 珊a n c e s t u d i e d ．I t sa p p l i c 撕o nt od r I l 啪i cc i r c u l 撕n gc o o l i n gw a t e rs y s t e ms h o w e dt l l a t ，w i d lH D 一1d o s a g eo f5m ∥L ，C a “锄d H C 0 3 一c o n c e n t r a t i o nl e s s 山a n2 2 0m g ／La I l d6 0 0m ∥L ，r e s p e c t i v e l y ，如ro p e r a t i o nf o rl e s st | l a l l1 2h a tat e m p e r 8 ． t u r el o w e rt l l a I l8 0 ℃，t I I ei I l 王l i b i t i o ne 珏i c i e n c yo fc a l c i u mc a r b o n a t ec a ne x c e e d9 0 ％．n ed r I l 砌i ct e s td e m o n s n ．a t e s t l l a tt l l ef o u l i n gr e s i s t a I l c e ，c o n o s i o nr a t e 肌di I l l l i b i t i o n 面c i e n c ya r e0 ．删1m 2 K ／W ，O ．0 0 3 6m m ／a 卸d 9 7 ．6 9 ％，r e s p e c t i v e l y ，w h i c ht e s t i f i e st } I a t H D 一1c 锄f u l l ym e e tt l l ew a t e 卜t r e a t m e n tr e q u i r e m e n tf o rt h ec i r c u l a t i n g c o o l i n gw a t e rs y s t e mi n7 r a o h u a j i 趴gP l a I l t ． K e yw o r d s S c a l ei r I l I i b i t o r ；s c a l e i n h i b i t i o np e d ．0 唧a I I c e ；c i r c u l a t i n gw a t e rt I ℃栅e n t ；d y n 锄i cs i m u l a t i o n 在工业循环冷却水中，结垢是困扰系统正常运行 的一大难题【1 ‘2J 。锅炉在长期运行中易形成碳酸盐、 硫酸盐、硅酸盐等水垢，导致管道导热性变差、堵塞或 产生垢下腐蚀，影响系统的运行，使用阻垢剂已成为目 前控制结垢的最常用方法∞J 。桃花江内陆核电站 三 回路 循环冷却用水取自资江下游，据研究表明，循环 冷却水在运行过程中倾向结垢，主要产生碳酸钙 垢[ 4 ] 。本文针对桃花江内陆核电站三回路存在的结 垢问题，研制出一种新型有机膦酸类阻垢剂H D 一1 ，研 究其阻垢性能∞“J ，并通过模拟核电站循环冷却水系 统对新型阻垢剂进行阻垢性能的进一步测试，结果表 明，该阻垢剂阻垢效果良好，可为桃花江内陆核电站三 回路系统阻垢缓蚀剂提供新的选择。 1 实验材料及方法 1 ．1 实验药剂 阻垢剂H D ．1 液体，有效成分5 0 ％ 为实验室自 制药剂，氨基三亚甲基膦酸 A 7 r M P ，5 0 ％水溶液 和二 乙烯三胺五甲叉膦酸 D 口M P ，5 0 ％水溶液 产自阿拉 丁化学仪器有限公司。 1 ．2 实验方法 用去离子水、C a C l 和N a H C O ，配制C a 2 浓度为 o ．5m o L ／L 的溶液A 和H c 0 3 一浓度为0 ．5m o L ／L 的溶 液B ，取A ，B 各5 0m L ，向其中加入阻垢剂，然后在一 定温度水浴条件下，利用C O 曝气0 ．5h ，若损失水 分，用去离子水补充，于恒温培养箱中恒温一定时间， ①收稿日期2 0 1 3 旬l m 基金项目国家环保公益项目 2 0 l 1 0 9 0 5 1 作者简介曾娟 1 9 8 4 一 ，女，湖南益阻人，硕士，工程师，主要从事环境评价及废水治理研究工作。 万方数据 第2 期曾娟等新型阻垢剂阻垢性能及其应用研究 取出冷却，用0 ．4 5 “m 的滤头过滤后用E D l A 滴定 法[ 7 1 测定溶液中c a 2 浓度。分别考察阻垢剂用量、恒 温温度、恒温时间、C a 2 浓度、H C O ，一浓度等条件对阻 垢率的影响。 2 结果与讨论 2 ．1 阻垢剂投加量对阻垢率的影响 在溶液碳酸钙浓度为2 5 0m g ／L 、水浴温度4 0 ℃， 恒温时间8h 条件下，阻垢剂投加量与阻垢率的关系 见图1 。 誉 ＼ 鼍 螺 理 阻垢剂投加量／ n 喀L _ 1 图1阻垢剂投加量与阻垢率的关系 结果表明，在相同实验条件下，H D ．1 阻碳酸钙垢 效果优于工业循环冷却水常用阻垢剂A T M P 和 D 1 1 P M P ；随着阻垢剂投加量增加，阻垢率迅速上升，直 至投加量大于5m g ／L 后，阻垢率增加速度明显减缓。 多项研究表明旧J ，有机膦酸盐阻垢剂 如A T M P ， E D T M P 等 对大多数无机垢如碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙 等的阻垢机理主要为吸附机理，即优先吸附在某些特 定晶面的活性生长点而阻滞晶体的进一步生长，其吸 附属于L a n 舯u i r 单分子层吸附，即在一定浓度范围内 阻垢率随加药浓度的增加而上升，浓度到达某一个结 点后，阻垢率上升缓慢或基本为一个平台。实验的结 果与之一致。 2 ．2 温度对阻垢率的影响 改变水浴温度与阻垢剂投加量，保持碳酸钙浓度 2 5 0m g ／L ，恒温8h 的条件不变，温度与阻垢率的关系 见图2 。 结果表明，阻垢剂H D 一1 对C a C O ，的阻垢率随温 度的升高而降低。8 0 ℃时加入5m g ／L 的阻垢剂，阻 垢率仍有9 0 ％，阻垢剂H D 一1 适合温度小于8 0 ℃的冷 却水系统。 2 ．3 恒温时间对阻垢率的影响 在溶液碳酸钙浓度为2 5 0m g ／L ，投加阻垢剂5 m g ／L ，温度4 0 ℃的条件下，测定不同恒温时间下阻垢 剂H D 一1 对碳酸钙的阻垢效率的影响，结果见图3 。 琴 ＼ 锝 蜷 匝 零 ＼ 静 蜾 盟 阻垢剂投加量／ m g L - 1 图2 温度与阻垢率的关系 时间／h 图3 恒温时间与阻垢率的关系 由图3 可知，随恒温时间延长，阻垢剂的阻垢率 有一定程度的下降。当恒温时间小于1 2h ，时，阻垢率 在9 0 ％以上；恒温时间延长到2 0h 时，阻垢率有较明 显的下降，之后随着恒温时间进一步延长阻垢率变化 很小。因此对采用H D 一1 阻垢的循环水系统，恒温时 间不宜大于1 2h 。 2 ．4C a “浓度对阻垢率的影响 在溶液碳酸钙浓度为2 5 0m g ／L ，投加阻垢剂5 m g ／L ，温度4 0 ℃，恒温8h 的条件下，改变C a 2 浓度 以考察其对H D l 阻垢率的影响，结果见图4 。 逞 篓 盟 图4C a 2 浓度对阻垢率的影响 结果表明，H D 一1 的阻垢效率随c a 2 浓度的提高 而明显下降。当c a 2 浓度小于2 2 0m g ／L 时，阻垢率 万方数据 矿冶工程第3 3 卷 大于9 0 ％，C a 2 浓度增大到4 0 0 - ∥L ，阻垢率下降到 6 5 ％，之后随着c a 2 浓度的增大阻垢率下降趋势有所 减缓。由此说明，H D - 1 对C a 2 的容忍度不高，不适 合高钙水系统。 2 ．5 H C O ，一浓度对阻垢率的影响 在溶液碳酸钙浓度为2 5 0m g ／L ，投加阻垢剂5 m g ／L ，温度4 0 ℃，恒温8h 的条件下，改变H C 0 3 一浓度以 考察H C q 一浓度对H D 一1 阻垢率的影响，结果见图5 。 零 ＼ 静 蜷 西 H c 0 3 - 质量浓度／ I 哩L _ 1 图5H C O ，一浓度对阻垢率的影响 结果表明，随着H c O ，一浓度增加，阻垢率缓慢降 低。当H c O ，一浓度为6 0 0m g ／L 时，阻垢率保持在 9 0 ％，当H c O ，一浓度增大为9 0 0m g ／L 时，阻垢率仍 接近8 0 ％。这说明阻垢剂H D l 在高H c O ，一浓度下 具有优良的阻垢性能。 3 动态模拟试验 3 ．1 实验方法 为了进一步验证阻垢剂H D - l 是否符合现场运行 要求，设计了1m 3 ／h 核电循环冷却水模拟系统 见图 6 ，试验用水取自桃花江核电站取水口，模拟现场条件， 热交换后冷却水水温保持在3 6 4 0 ℃之间，同时在冷 却循环水中挂铜片和不锈钢片一‘1 引。连续运行3 0d 后，检查腐蚀与结垢情况。试验铜管材质为H s n 7 0 一A ， 长度为1m ，直径为1 0I 岫；挂片铜片材质为H S n 7 0 一A ， 不锈钢片材质为T 3 0 4 ，表面积均为2 4c m 2 。 图6 循环冷却水动态模拟试验装置流程 1 补充水槽；2 集水池；3 冷却塔；4 填料；5 水泵； 6 轴流风机；7 冷凝管；8 进水流量计；9 测温装置； 1 0 换热器；1 1 电加热元件；1 2 排污流量计；1 3 浮球阀 将循环水浓缩倍率控制在5 ～5 ．5 之间，实验 初期每天取样，后期隔天取样，分析循环水的钙硬、氯 离子、电导率、p H 值等指标，根据实测p H 值进行加酸 调整p H 值至8 ．O ～9 ．O ，根据实测冷却水中氯离子浓 度控制试验浓缩倍率，根据实测总磷进行加药调整。 3 ．2 试验结果分析 循环冷却水动态模拟试验，将水从原水按浓缩倍率 5 ～5 ．5 进行浓缩，共运行7 2 0h ，具体试验结果见表1 和 表2 。结果表明，铜管污垢热阻为0 ．0 0 0 0 7 lm 2 K ／W ， 阻垢效率为9 7 ．6 9 ％，不锈钢挂片腐蚀速度为0 ．0 0 0 3 m m ／a ，铜片腐蚀速度为o ．0 0 3 6m m ／a ，符合G B 5 0 0 5 0 一 2 0 0 7 [ 1 2 1 0 ．0 0 5m m ／a 中的有关规定值的要求；且 由表1 可知，阻垢剂对不锈钢基本不产生腐蚀，而投加 阻垢剂使铜片平均腐蚀速率增加0 ．0 0 2 8m r n ／a ，对铜 片存在一定的腐蚀作用，但仍符合G B 5 0 0 5 0 2 0 0 7 的 要求。因此，H D 一1 完全满足资江水用于桃花江核电站 循环冷却水系统的水质稳定处理要求。 表l 热阻、腐蚀率 表2 动态试验数据 试筹问鬻雌{ 鼍持／。善慧- ， O 一 7 ．7 97 ．2 34 0 ．1 83 ．4 62 0 2 下转第6 2 页 2 4 8 7 9 5 5 O 8 9 6 } 4 O 3 6 相笈再旺m以勰挪抛l鲁l曼l蕃蝴m铂衙蝴咖㈣懈㈣㈣帆呲 ∞弘∞弼“丝似∞n黔奶￡|册m m 川搿娜m 册 孓王乱t 乱孓i E 一 m M2“坞修墙墙掩挎坶∞们∞∞盯加舛∞m研gm圆成彤朋Ⅲ硒渤 垃％扎乳螽觚觚住扎至}m姗m研m以Ⅲm l 号拗 册∞钌埽鳃s|咖渤是瑚彤渤伪忽m 5 { Ⅲ娜瞄肼 ■＆豇啦吼m挖B H堪控四弛弘∞弘”弘勰∞虬蝤∞鸺H姐M如躬稍∞；2％舛金舛趴舛％盯■t豇乱＆乱＆文＆晒∞坞“弛豇酌黯“卯埔∞镐叭钳勰尥∞弘∞ L L L L L L L L 六乙王乱t i i i i i i i M勰记％啪Ⅲ螂量|i号瑚擞撇；s姒m i 萋缁铋饼啪 万方数据 矿冶工程第3 3 卷 回收。因此，铋的回收率比单一重选工艺和单一浮选 工艺有了较大的提高。 4 结语 1 试验矿样为硫化矿混合精矿，主要由辉铋矿、 黄铜矿和黄铁矿组成，粒度相对较粗，且单体解离 度高。 2 根据试样各矿物之间的密度差异及可浮性等 特点，采用重一浮联合流程进行辉铋矿和黄铜矿分离试 验，效果比较理想。所获得的试验指标为铋精矿品位 2 5 ．8 9 ％、回收率8 7 ．6 2 ％，铜精矿品位2 0 ．1 7 ％、回收 率9 5 ．7 6 ％，铋精矿回收率比采用单一重选工艺和单 一浮选工艺分别高出1 7 ．9 0 ％和1 0 ．8 3 ％，而铜精矿指 标变化不大。 3 重一浮联合流程的主要特点是结合了重选和浮 选各自的优点，取长补短，试验指标比单一重选和单一 浮选工艺有较大提高。 参考文献 [ 1 ] 张志雄．矿石学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 1 ． [ 2 ] 孙玉波．重力选矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 2 ． [ 3 ] 邱显扬，王成行，胡真，等．极低品位微细粒自然铋的浮选工艺 研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 l 2 2 9 3 1 ． 上接第5 8 页 4 结论 1 新型阻垢剂阻垢H D 一1 的阻垢性能优于工业 循环冷却水常用阻垢剂A 7 r M P 和D T P M P 。阻垢剂用 量5m g ／L ，温度低于8 0 ℃，运行时间小于1 2h ，C a 2 浓度低于2 2 0m g ／L ，H C 0 3 一浓度低于6 0 0m ∥L 的条 件下，阻垢剂H D ．1 的阻垢效率大于9 0 ％。 2 将取自桃花江核电站取水口的江水用于循环 冷却水动态模拟试验，阻垢剂H D 一1 的污垢热阻、腐蚀 速率和阻垢效率分别为o 。0 0 0 0 7 1m 2 K ／W 、o ．0 0 3 6 m Ⅱ∥a 和9 7 ．6 9 ％，优于G B 5 0 0 5 0 2 0 0 7 中的有关规 定，新型阻垢剂完全满足资江水用于桃花江核电站循 环冷却水系统的水质稳定处理要求。 3 缓蚀阻垢剂H D - 1 适合稳定处理低硬度、低碱 度水质的冷却用水。 参考文献 [ 1 ]龙荷云．循环冷却水处理[ M ] ．南京江苏科学技术出版社， 2 0 0 0 [ 2 ]高秀山．火电厂循环冷却水处理[ M ] ．北京中国电力出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 贾丰春，李自托，董全玉．工业循环冷却水阻垢剂研究现状和发 展[ J ] ．工业水处理，2 0 0 6 ，2 6 4 1 2 一1 4 ． [ 4 ]曾娟，肖国光，余侃萍，等．桃花江内陆核电站附近水域水质指 标评价[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 ，3 3 z 1 7 8 8 1 ． [ 5 ] 雷武，夏明珠，王风云．冷却水系统中阻垢剂性能的评定方法 [ J ] ．化工进展，2 0 0 2 ，2 1 4 2 7 5 2 7 7 。 [ 6 ] 高艳春，杜娟，郭维，等．新型阻垢剂的合成及其性能研究 [ J ] ．应用化工，2 0 0 9 ，3 8 8 1 1 4 6 1 1 4 8 ． [ 7 ] 中国石油化工总公司．冷却水分析和试验方法[ M ] ．北京石油 出版社，1 9 9 3 ． [ 8 ]夏明珠，雷武，戴林宏，等．膦系阻垢剂对碳酸钙阻垢机理研究 [ J ] ．化学学报，2 0 1 0 ，6 8 2 1 4 3 一1 4 8 ． [ 9 ] 黄宏．循环水阻垢缓蚀剂在新昌电厂的应用[ J ] ．江西电力， 2 0 1 1 ，3 5 2 3 7 4 0 ． [ 1 0 ]王荣，沈炳耕，王耀．火电厂循环冷却水阻垢缓蚀性能的分 析研究[ J ] ．锅炉技术，2 0 “，4 2 3 1 4 一1 7 ． [ 1 1 ] 任清洁，王晖良，马峰．提高火电厂循环水处理浓缩倍率运行 的探讨[ J ] ．陕西电力，2 0 1 l 5 6 7 7 0 ． [ 1 2 ] G B 5 0 0 5 0 一2 0 0 7 ，工业循环冷却水处理设计规范[ s ] ． 万方数据