発電所の水処理プロセス: 主要段階と化学的解決策

石炭火力発電所または複合サイクル発電所では、水処理チームは通常、凝縮器管上の炭酸カルシウムの薄い層、逆浸透 (RO) 膜の差圧の徐々に上昇、または冷却塔の充填物上のぬるぬるしたバイオフィルムなどの症状によって問題を特定します。それぞれの症状は発電所の水処理プロセスの特定の段階を示しており、各段階では異なる化学反応が必要です。有用なアプローチは、治療シーケンスを個別の製品のセットとしてではなく、全体として考えることです。 34 年以上の水処理化学の経験を持つ常州京輝は、プラントオペレーターが最もプレッシャーを感じる 2 つのシステム、つまり工業用循環冷却水システムと RO 膜システムを専門としています。

発電所の水処理プロセスの概要

発電所では、蒸気の生成、冷却、排出制御、サイトサービスに水を使用します。処理プロセスは、取水から排出までの水の経路に従います。その経路を理解することは、適切な化学物質を適切な問題に割り当てるのに役立ちます。

一般的な 600 MW の火力発電所では、化学処理の 2 つの最大の消費者はボイラー給水システムと冷却塔です。それぞれがプラント全体の信頼性において明確な役割を果たします。

前処理・ボイラー補給水管理

発電所に入る原水には、懸濁物質、硬度、シリカ、およびさまざまな有機含有量が含まれています。通常、最初の処理ステップには、凝集、凝集、沈降、濾過が含まれます。補給水の場合、多くの現代のプラントでは RO 膜を使用し、続いて EDI または混合床研磨を使用してボイラー グレードの純度を達成しています。

RO 膜は、無機スケールと生物付着という 2 つの共通の脅威に直面しています。高硬度の井戸水を使用する発電所で最も頻繁に発生する問題は、炭酸カルシウムと硫酸カルシウムのスケーリングです。膜固有のスケール防止剤は、これらの結晶が膜表面に形成されるのを防ぎ、既存の堆積傾向を分散するのにも役立ちます。これは、ボイラー補給水トレインにおける最も費用効果の高い化学投資の 1 つです。

逆浸透システム用の膜特異的スケール防止剤 SM-3210Rは、RO膜、NF膜、UF膜の無機スケールやシリカを制御します。炭酸カルシウムと硫酸カルシウムのスケールを防止し、高い LSI に耐え、pH 5 ～ 10 で機能するため、ボイラー補給水の処理に最適です。 製品を見る→

前処理は下流の装置にも影響を与えます。凝集と凝集が適切に制御されていない場合、残留有機物や微粒子が RO 膜を通過して、ファウリング率が増加し、膜の寿命が短くなる可能性があります。プラントエンジニアは、RO 段階の前にシルト密度指数 (SDI) と濁度限界を監視し、使用する前処理化学物質が後のスケール防止プログラムを妨げないことを確認する必要があります。

原水の水質の季節変化により、別の変数が加わります。春の雨は濁りや有機物含有量を高めることが多く、夏の干ばつは硬度と導電性を高める可能性があります。投与プログラムは、治療トレインを完全に再設計することなく、これらの変化に適応できなければなりません。

発電所の冷却水処理

発電所では、多くの場合、冷却水システムが最大の水量を運び、計画外のダウンタイムのリスクが最も高くなります。冷却塔は蒸発下で動作し、溶解した塩が徐々に濃縮されます。濃度サイクルが増加するにつれて、炭酸カルシウムのスケール、腐食、微生物の増殖の可能性が高まります。処理の目標は、伝熱面を清浄に保ちながら、最も安全な濃度比で操作することです。

スケール制御が最初の懸念事項です。炭酸塩の硬度は、凝縮器や熱交換器の汚れの主な原因です。優れた循環水垢防止剤は、単なる炭酸カルシウムの制限ではなく、実証済みの閾値効果を備えている必要があります。また、腐食や清澄剤のキャリーオーバー後の冷却水によく見られる鉄イオンやアルミニウムイオンの存在下でも効果を維持する必要があります。このため、スケール防止剤の選択は画一的な決定ではありません。

高硬度冷却システム用循環水スケール防止剤 このリンを含まないポリマーベースの防止剤は、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、およびリン酸カルシウムのスケールを分散します。 8～20ppmで効果があり、中～高硬度、アルカリ性の冷却水に適しており、熱交換効率が向上します。 製品を見る→

より厳しい環境制限に直面している工場では、無リンおよび低リンのプログラムが好ましい選択肢になりつつあります。リンは受水水域の富栄養化の一因となっており、多くの沿岸または川沿いの発電所は現在、低いリン排出制限を満たすことが求められています。リンを含まない腐食およびスケール防止剤は、ブローダウンの栄養負荷を軽減しながらスケールと腐食の両方を制御する方法を提供します。

リンフリーの冷却水用腐食・スケール防止剤 非リンポリマーと腐食防止剤が配合されており、スケールを防止し、熱交換面に保護膜を形成します。高 pH、高アルカリ度のシステムに適しており、低リン排出制限を満たしています。 製品を見る→

微生物制御は冷却水の方程式の残りの半分です。細菌性のスライム、藻類、菌類は熱伝達を低下させ、堆積物の下に腐食を引き起こします。非酸化性殺生物剤は、酸化性殺生物剤より効果的にバイオフィルムに浸透し、冷却水の高い pH による加速が少ないため、ショックドージングによく使用されます。投与スケジュールは、システムの保持時間と水の化学的性質に一致する必要があります。

スケール防止剤を評価する場合、プラントエンジニアは補給水の炭酸塩硬度を考慮し、それを推奨限度と比較する必要があります。硬度、アルカリ度、濃度サイクルの関係によって、必要な抑制剤の量が決まります。これらの制限に関するガイダンスは記事で参照できます。 冷却水のスケール防止剤と炭酸塩硬度の限界 。この記事では、過度の硬度が、適合性の低い阻害剤プログラムをどのように圧倒する可能性があるかについても説明しています。

ボイラー水システムと閉ループ

発電所には、開放型冷却塔以外にもボイラー水と閉鎖型冷却ループがあります。ボイラー給水は必要な導電率とシリカレベルまで脱塩する必要があり、管壁のスケールを防ぐためにボイラー自体の内部処理が必要です。温度がはるかに高く、水の化学反応がより敏感であるため、化学的アプローチは冷却水とは異なります。

多くのプラントでは、閉ループ冷却回路がサンプル冷却器、ポンプ、シールなどの補助機器として機能します。開放された循環水とは異なり、閉じたループでは蒸発はほとんどありませんが、それでも溶存酸素による腐食に直面します。これらのシステムには、専用の密閉循環水腐食防止剤と脱酸素剤が不可欠です。

同じ原理がボイラー側にも当てはまります。つまり、腐食とスケールを最小限に抑えるということは、狭い範囲内で水の化学的性質を制御することを意味します。プラントエンジニアは通常、導電率、pH、シリカ、溶存酸素の測定値に基づいて処理化学物質の投与量を調整します。

適切な化学プログラムの選択: 実践的な考慮事項

プラントが処理プログラムを比較するとき、キログラムあたりの価格だけに注目したくなります。しかし、実際のコストはパフォーマンスのリスクにあります。化学プログラムの適合性が低いと、凝縮器の停止、次の装置停止時のボイラーチューブの故障、または RO 膜の交換につながる可能性があります。主な質問は次のとおりです。

• 化学物質は、通常および季節変動の下で工場の実際の水質と一致しますか?
• 配合物のリン含有量はどのくらいですか?また、それは排出制限を満たしていますか?
• サプライヤーは信頼できる実験室分析と一貫した品質管理プロセスを提供できますか?
• サプライヤーは投与量の最適化とトラブルシューティングのための技術サービスを提供しますか?

信頼できるサプライヤーは、代表的な水条件で製品の性能がテストされたことを証明する、CMA 認定の実験室テストレポートを提供できる必要があります。同社はまた、特定のプラントの稼働条件に対処するために製品開発段階から始めて、カスタマイズされたソリューションを重視しています。

もう 1 つの実際的な要素は、化学物質の配送と物流です。遠隔地にあるプラントや保管能力が限られているプラ​​ントでは、信頼できる納期スケジュールを維持できるサプライヤーが必要です。プロバイダーの 40 か国以上への出荷能力は確立された輸出経験を示唆しており、メンテナンス主導の運用における供給中断のリスクが軽減されます。

すべてをまとめる

発電所の水処理プロセスは連続的なチェーンです。前処理はRO膜を保護し、RO処理はボイラーを保護し、冷却水処理は凝縮器と熱交換器を保護します。各リンクは異なる化学物質セットを使用しますが、効率を維持し、計画外の停止を回避するという同じ目標を共有しています。

プラントエンジニアにとって最も信頼できるアプローチは、完全な水分析から開始し、各システムの性能目標を定義し、次にそれらの目標に対して検証された化学プログラムを選択することです。循環冷却水と RO 処理の両方の経験があるサプライヤーは、単一の製品を販売するだけでなく、プラントがシステム間の相互作用を確認できるよう支援できることを意味します。