In einem Kohlekraftwerk oder einem Kombikraftwerk erkennt das Wasseraufbereitungsteam Probleme normalerweise anhand der Symptome: eine dünne Schicht Kalziumkarbonat auf den Kondensatorrohren, ein allmählicher Anstieg des Differenzdrucks über eine Umkehrosmosemembran (RO) oder ein schleimiger Biofilm auf der Kühlturmfüllung. Jedes Symptom weist auf eine bestimmte Phase des Kraftwerkswasseraufbereitungsprozesses hin, und jede Phase erfordert eine andere chemische Reaktion. Der sinnvolle Ansatz besteht darin, die Behandlungssequenz als Ganzes zu betrachten und nicht als eine Reihe isolierter Produkte. Mit mehr als 34 Jahren Erfahrung in der Wasseraufbereitungschemie ist Changzhou Jinghui auf die beiden Systeme spezialisiert, bei denen Anlagenbetreiber den größten Druck verspüren: industrielles zirkulierendes Kühlwasser und RO-Membransysteme.
Der Kraftwerkswasseraufbereitungsprozess auf einen Blick
Kraftwerke nutzen Wasser zur Dampferzeugung, Kühlung, Emissionskontrolle und für die Wartung vor Ort. Der Aufbereitungsprozess folgt dem Wasserweg vom Einlass bis zum Auslass. Das Verständnis dieses Weges hilft dabei, die richtige Chemikalie dem richtigen Problem zuzuordnen.
| Bühne | Hauptwasserströme | Typische Probleme | Wichtige Chemieprogramme |
|---|---|---|---|
| Vorbehandlung | Rohwasseraufnahme, Klärbecken, Filter | Trübung, Schwebstoffe, organische Belastung | Koagulanzien, Flockungsmittel, Dispergiermittel |
| Kesselzusatzwasser | Demineralisiertes Wasser, RO-Permeat, EDI | Ablagerungen, Korrosion, Silica-Verschleppung | Antiscalants, Korrosionsinhibitoren, Sauerstofffänger |
| Kühlwasser | Umlaufkühlturmkreislauf | Kesselstein, Korrosion, Biofouling, Schaumbildung | Kesselsteininhibitoren, Korrosionsinhibitoren, Biozide, Dispergiermittel |
| Abwasser und Abschlämmung | Kühlturmabschlämmung, Kesselabschlämmung, Abwasser | Schwebstoffe, Schwermetalle, hoher CSB | pH-Einstellmittel, Koagulanzien, Flockungsmittel |
Bei einem typischen 600-MW-Wärmekraftwerk sind die beiden größten Verbraucher der chemischen Aufbereitung das Kesselspeisewassersystem und der Kühlturm. Jedes davon spielt eine besondere Rolle für die Gesamtzuverlässigkeit der Anlage.
Vorbehandlung und Boiler-Makeup-Wassermanagement
Rohwasser, das in ein Kraftwerk gelangt, enthält suspendierte Feststoffe, Härte, Kieselsäure und einen variablen organischen Gehalt. Die ersten Behandlungsschritte umfassen in der Regel Koagulation, Flockung, Sedimentation und Filtration. Für Zusatzwasser verwenden viele moderne Anlagen dann RO-Membranen, gefolgt von EDI oder Mischbettpolierung, um eine Reinheit in Kesselqualität zu erreichen.
RO-Membranen sind zwei häufigen Gefahren ausgesetzt: anorganische Ablagerungen und Biofouling. In Kraftwerken mit Brunnenwasser mit hohem Härtegrad kommt es am häufigsten zu Kalkablagerungen durch Kalziumkarbonat und Kalziumsulfat. Ein membranspezifisches Antiscalant verhindert die Bildung dieser Kristalle auf der Membranoberfläche und hilft zudem, bestehende Ablagerungstendenzen zu zerstreuen. Dies ist eine der kostengünstigsten chemischen Investitionen in die Kesselzusatzwasserkette.
Membranspezifisches Antiscalant für Umkehrosmoseanlagen SM-3210R kontrolliert anorganische Ablagerungen und Kieselsäure in RO-, NF- und UF-Membranen. Es verhindert Kalkablagerungen durch Kalziumkarbonat und Sulfat, verträgt hohe LSI-Werte und arbeitet bei einem pH-Wert von 5–10, ideal für die Aufbereitung von Kesselzusatzwasser. Produkt anzeigen → Die Vorbehandlung wirkt sich auch auf nachgeschaltete Geräte aus. Wenn Koagulation und Flockung nicht gut kontrolliert werden, können restliche organische Stoffe und Feinpartikel zu den RO-Membranen gelangen, was die Fouling-Rate erhöht und die Lebensdauer der Membranen verkürzt. Anlageningenieure sollten den Schlammdichteindex (SDI) und die Trübungsgrenzwerte vor der RO-Stufe überwachen und sicherstellen, dass die verwendeten Vorbehandlungschemikalien das spätere Antiscalant-Programm nicht beeinträchtigen.
Saisonale Veränderungen der Rohwasserqualität fügen eine weitere Variable hinzu. Frühlingsregen erhöhen oft die Trübung und den organischen Gehalt, während Sommerdürren die Härte und Leitfähigkeit erhöhen können. Dosierungsprogramme müssen sich an diese Veränderungen anpassen können, ohne dass eine vollständige Neugestaltung des Behandlungsstrangs erforderlich ist.
Kühlwasseraufbereitung in Kraftwerken
In einem Kraftwerk birgt das Kühlwassersystem häufig das größte Wasservolumen und das größte Risiko ungeplanter Ausfallzeiten. Der Kühlturm arbeitet unter Verdunstung, wodurch gelöste Salze zunehmend konzentriert werden. Mit zunehmenden Konzentrationszyklen steigt das Potenzial für Kalziumkarbonatablagerungen, Korrosion und mikrobiologisches Wachstum. Das Behandlungsziel besteht darin, mit dem höchsten sicheren Konzentrationsverhältnis zu arbeiten und gleichzeitig die Wärmeübertragungsflächen sauber zu halten.
Die Skalenkontrolle ist das erste Anliegen. Die Karbonathärte ist die Hauptursache für Verschmutzungen in Kondensatoren und Wärmetauschern. Ein guter Kalkschutz für zirkulierendes Wasser muss eine nachgewiesene Schwellenwirkung haben, nicht nur einen Calciumcarbonat-Grenzwert. Es sollte auch in Gegenwart von Eisen- und Aluminiumionen wirksam bleiben, die nach Korrosion oder Verschleppung von Klärmitteln häufig im Kühlwasser vorkommen. Aus diesem Grund ist die Auswahl eines Kalkschutzmittels keine allgemeingültige Entscheidung.
Zirkulierendes Wasserablagerungsinhibitor für Kühlsysteme mit hoher Härte Dieser phosphorfreie Inhibitor auf Polymerbasis löst Calciumcarbonat-, Sulfat- und Phosphatablagerungen auf. Mit einer Wirksamkeit von 8–20 ppm eignet es sich für Kühlwasser mit mittlerer bis hoher Härte und Alkalität und verbessert die Effizienz des Wärmetauschers. Produkt anzeigen → Für Anlagen, die strengeren Umweltgrenzwerten ausgesetzt sind, werden phosphorfreie und phosphorarme Programme immer mehr zur bevorzugten Wahl. Phosphor trägt zur Eutrophierung in aufnehmenden Gewässern bei, und viele Küsten- oder Flusskraftwerke müssen mittlerweile niedrige Grenzwerte für Phosphoreinleitungen einhalten. Ein phosphorfreier Korrosions- und Ablagerungsinhibitor bietet eine Möglichkeit, sowohl Ablagerungen als auch Korrosion zu kontrollieren und gleichzeitig die Nährstoffbelastung der Abschlämmung zu reduzieren.
Phosphorfreier Korrosions- und Ablagerungsinhibitor für Kühlwasser Mit Nicht-Phosphor-Polymeren und Korrosionsinhibitoren formuliert, verhindert es Ablagerungen und bildet einen Schutzfilm auf Wärmeaustauschflächen. Geeignet für Systeme mit hohem pH-Wert und hoher Alkalinität, wobei die Grenzwerte für die Abgabe von niedrigem Phosphor eingehalten werden. Produkt anzeigen → Die mikrobiologische Kontrolle ist die andere Hälfte der Kühlwassergleichung. Bakterienschleim, Algen und Pilze verringern die Wärmeübertragung und führen zu Korrosion unter der Ablagerung. Für die Schockdosierung werden häufig nichtoxidierende Biozide eingesetzt, da sie den Biofilm besser durchdringen als oxidierende Biozide und durch den hohen pH-Wert des Kühlwassers weniger beschleunigt werden. Der Dosierungsplan sollte zur Verweilzeit und Wasserchemie des Systems passen.
Bei der Bewertung von Kalkschutzmitteln sollten Anlageningenieure die Karbonathärte des Zusatzwassers berücksichtigen und diese mit den empfohlenen Grenzwerten vergleichen. Die Beziehung zwischen Härte, Alkalität und Konzentrationszyklen bestimmt, wie viel Inhibitor benötigt wird. Hinweise zu diesen Grenzwerten finden Sie im Artikel Kalkinhibitoren für Kühlwasser und die Grenze der Karbonathärte . In diesem Artikel wird auch erörtert, wie eine übermäßige Härte ein schlecht abgestimmtes Inhibitorprogramm überfordern kann.
Kesselwassersysteme und geschlossene Kreisläufe
Über den offenen Kühlturm hinaus verfügen Kraftwerke auch über Kesselwasser und geschlossene Kühlkreisläufe. Kesselspeisewasser muss auf die erforderliche Leitfähigkeit und den erforderlichen Kieselsäuregehalt demineralisiert werden, und der Kessel selbst muss intern behandelt werden, um Ablagerungen an den Rohrwänden zu verhindern. Der chemische Ansatz unterscheidet sich vom Kühlwasser, da die Temperaturen weitaus höher sind und die Wasserchemie viel empfindlicher ist.
In vielen Anlagen versorgt ein geschlossener Kühlkreislauf Hilfsgeräte wie Probenkühler, Pumpen und Dichtungen. Im Gegensatz zu offenem zirkulierendem Wasser verdunstet ein geschlossener Kreislauf nur sehr wenig, ist aber dennoch der Korrosion durch gelösten Sauerstoff ausgesetzt. Für diese Systeme sind ein spezieller Korrosionsinhibitor und ein Sauerstofffänger für den geschlossenen Wasserkreislauf unerlässlich.
Auf der Kesselseite gilt das gleiche Prinzip: Die Minimierung von Korrosion und Ablagerungen bedeutet, die Wasserchemie innerhalb eines engen Fensters zu kontrollieren. Anlageningenieure stützen sich bei der Anpassung der Dosierung der Behandlungschemikalien normalerweise auf Leitfähigkeits-, pH-, Kieselsäure- und gelöste Sauerstoffwerte.
Auswahl des richtigen Chemikalienprogramms: Praktische Überlegungen
Wenn ein Betrieb Behandlungsprogramme vergleicht, besteht die Versuchung, sich nur auf den Preis pro Kilogramm zu konzentrieren. Die wahren Kosten liegen jedoch im Leistungsrisiko. Ein schlecht abgestimmtes Chemieprogramm kann zum Ausfall des Kondensators, zum Ausfall der Kesselrohre beim nächsten Abschalten der Einheit oder zum Austausch der RO-Membran führen. Die Kernfragen sind:
- Entspricht die Chemikalie der tatsächlichen Wasserqualität in der Anlage unter normalen und saisonalen Schwankungen?
- Wie hoch ist der Phosphorgehalt der Formulierung und werden die Einleitungsgrenzwerte eingehalten?
- Kann der Lieferant eine zuverlässige Laboranalyse und einen konsistenten Qualitätskontrollprozess bereitstellen?
- Bietet der Lieferant technischen Service zur Dosierungsoptimierung und Fehlerbehebung an?
Zuverlässige Lieferanten sollten in der Lage sein, CMA-zertifizierte Labortestberichte vorzulegen, die belegen, dass das Produkt unter repräsentativen Wasserbedingungen auf Leistung getestet wurde. Das Unternehmen legt außerdem Wert auf maßgeschneiderte Lösungen, die bereits in der Produktentwicklungsphase beginnen und auf die Betriebsbedingungen einer bestimmten Anlage zugeschnitten sind.
Ein weiterer praktischer Faktor ist die Lieferung und Logistik der Chemikalie. Ein Werk an einem abgelegenen Standort oder mit begrenzter Lagerkapazität benötigt einen Lieferanten, der zuverlässige Lieferpläne einhalten kann. Die Fähigkeit des Anbieters, in mehr als 40 Länder zu liefern, lässt auf fundierte Exporterfahrung schließen, was das Risiko von Lieferunterbrechungen in einem wartungsintensiven Betrieb verringert.
Alles zusammenfügen
Der Wasseraufbereitungsprozess im Kraftwerk ist eine kontinuierliche Kette. Die Vorbehandlung schützt die RO-Membranen, die RO-Behandlung schützt den Kessel und die Kühlwasseraufbereitung schützt den Kondensator und die Wärmetauscher. Jede Verbindung verwendet einen anderen Satz Chemikalien, aber alle verfolgen das gleiche Ziel: die Aufrechterhaltung der Effizienz und die Vermeidung ungeplanter Ausfälle.
Für Anlageningenieure besteht der zuverlässigste Ansatz darin, mit einer vollständigen Wasseranalyse zu beginnen, die Leistungsziele für jedes System zu definieren und dann ein chemisches Programm auszuwählen, das anhand dieser Ziele überprüft wird. Durch die Erfahrung sowohl im zirkulierenden Kühlwasser als auch in der Umkehrosmoseaufbereitung kann ein Lieferant der Anlage helfen, die Wechselwirkungen zwischen Systemen zu erkennen, anstatt nur ein einzelnes Produkt zu verkaufen.
