氧極化水處理技術(shù)在330MW機(jī)組上的應(yīng)用

摘要：本文介紹了大唐琿春發(fā)電廠2x330MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)通過安裝極化水處理裝置，使循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)得到改善，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水不加藥，凝汽器鋼管結(jié)垢、端差得到明顯提升，取得了較好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：極化水處理裝置 凝汽器 端差 節(jié)能

1 概述

大唐琿春發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱我廠） 2X300MW機(jī)組于2006年9月移交生產(chǎn)。設(shè)計(jì)凝汽器端差4.33℃，由于加藥量不足凝汽器不銹鋼管內(nèi)逐步產(chǎn)生碳酸鹽垢和粘泥，碳酸鹽垢的厚度高達(dá)0.5毫米，每次大、小修時(shí)用人工機(jī)械方法高壓水射流進(jìn)行清洗，但很難處理干凈。造成凝汽器端差逐年升高，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)采用北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。機(jī)組型式為單軸、三缸雙排汽凝汽式；凝汽器型號(hào)為N-17310-Ⅰ型，單流程表面式，冷卻面積18000m2，設(shè)計(jì)冷卻水量37000t/h，選用304不銹鋼管，規(guī)格為Φ19 mm×0.75mm×12.34m，Φ19mm×0.5mm×12.34m；以自然通風(fēng)冷卻塔作為冷卻設(shè)備的擴(kuò)大單元制為循環(huán)供水系統(tǒng)，其流程為：循環(huán)水泵房-循環(huán)水管-凝汽器-循環(huán)水管-冷卻塔-鋼筋混凝土自流溝-循環(huán)水泵房。每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)5m3/s，50%容量循環(huán)水泵，每臺(tái)機(jī)組分別改造了一臺(tái)低速泵。根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和氣溫情況，每臺(tái)機(jī)組可運(yùn)行兩臺(tái)循環(huán)水泵或一臺(tái)循環(huán)水泵，也可通過循環(huán)水泵出口壓力管道上的聯(lián)絡(luò)管兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行三臺(tái)循環(huán)水泵或兩臺(tái)循環(huán)水泵，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

3 運(yùn)行中存在的問題

3.1 循環(huán)水處理使用連續(xù)投加HBY-211型復(fù)合阻垢劑和沖擊式投加殺菌滅藻劑（氯錠+異噻唑啉酮）的方法進(jìn)行處理，濃縮倍數(shù)控制在3左右。由于加藥量不足凝汽器不銹鋼管內(nèi)逐步產(chǎn)生碳酸鹽垢和粘泥，碳酸鹽垢的厚度高達(dá)0.5mm，每次大、小修時(shí)用人工機(jī)械方法高壓水射流進(jìn)行清洗，但很難處理干凈。

3.2 因凝汽器結(jié)垢嚴(yán)重，造成凝汽器端差逐年升高，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 解決辦法及特點(diǎn)

根據(jù)多個(gè)方案對(duì)比論證，最終決定增裝極化水處理裝置，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)不加藥和改善凝汽器鋼管結(jié)垢、端差提高。極化水處理裝置具有如下特點(diǎn)：

4.1 防垢除垢原理：用水設(shè)備內(nèi)壁的水垢形成主要是由于水中含有硫酸鹽和碳酸鹽所致。這類鹽溶于水中，電離形成Ca2+、Mg2+等陽離子和CO32-、SO42-等陰離子，輸水管道或用水設(shè)備外殼接地，形成陰極，將吸引陽離子趨向器壁。在受熱條件下，聚集在器壁的陰、陽離子化合，形成結(jié)晶沉淀附于器壁，形成水垢。經(jīng)過極化處理后，水中將釋放少量活性氧。對(duì)于無垢的新系統(tǒng)來說，釋放的活性氧將在器壁生成一層氧化膜，防止腐蝕。對(duì)于已經(jīng)結(jié)垢的系統(tǒng)，釋放的活性氧將破壞垢分子之間的電子結(jié)合力，改變其晶子結(jié)構(gòu)，使堅(jiān)硬的垢變?yōu)槭枭④浌福又ㄟ^極化處理，水分子的偶極矩增大，它與鹽類的正、負(fù)離子的水合作用和水合能力隨之加大，從而加大了水垢的溶解度，加快了水垢的溶解速度，使積垢逐漸剝離，從而具有了阻垢、溶垢的作用。

4.2 殺菌、滅藻原理：補(bǔ)充水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，在冷卻塔內(nèi)的噴淋曝氣過程中，空氣中的氧大量進(jìn)入，形成水中的溶解氧，水中的溶解氧在極化電場(chǎng)的作用下釋放出活性氧自由基，如O2-、H2O2、OH-、O3等，它們與蛋白質(zhì)相結(jié)合，破壞細(xì)胞呼吸不可缺少的還原酶的活性，從而達(dá)到殺菌、滅藻的目的。

4.3 緩蝕原理：在循環(huán)水系統(tǒng)中，造成設(shè)備腐蝕的主要因素有氧化腐蝕、生物腐蝕、氯根腐蝕和電化學(xué)腐蝕。極化水處理器具有顯著的殺菌、滅藻作用，由于水中菌藻被殺滅，生物腐蝕得到有效抑制；經(jīng)過極化處理后，水中將釋放少量活性氧。在器壁生成一層氧化膜，有緩解氧化腐蝕的作用。但對(duì)氯根腐蝕和電化學(xué)腐蝕無明顯作用。

5 節(jié)能效果

2011年10月，在兩臺(tái)冷卻水塔出水口處安裝4臺(tái)智能型極化水處理器，輸出電壓設(shè)定為18KV。開機(jī)前10天停止加藥，投入極化水處理器后對(duì)水質(zhì)進(jìn)行觀察。極化水處理器投用后一年多的時(shí)間，每周對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的各階段的水質(zhì)進(jìn)行跟蹤監(jiān)督、監(jiān)測(cè)化驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)凝汽器出口、冷卻水塔淋水的全硬、鈣硬和電導(dǎo)率明顯高于凝汽器入口水的全硬、鈣硬和電導(dǎo)率，說明凝汽器管內(nèi)已結(jié)的垢開始溶解，之后隨著極化水處理裝置連續(xù)不斷的運(yùn)行使凝汽器出入口水質(zhì)變化值越來越小，達(dá)到了溶垢、防垢的目的。

5.1 分別于2012年1月19日和5月16日對(duì)3、4號(hào)機(jī)凝汽器進(jìn)行檢查，在檢查中發(fā)現(xiàn)3、4號(hào)機(jī)凝汽器入口管中均有小量粘泥和一層薄碳酸鹽垢，并發(fā)現(xiàn)原有的碳酸鹽垢已轉(zhuǎn)變?yōu)檩^酥松的軟垢，出口處是少量的粘泥和一層薄薄的松軟的碳酸鹽垢，在使用高壓水射流清洗時(shí)很容易處理掉。在觀察中發(fā)現(xiàn)極化處理后的水樣中的細(xì)菌數(shù)量明顯少于極化處理前的水樣中細(xì)菌數(shù)量，幾乎沒有細(xì)菌活動(dòng)。說明極化處理對(duì)細(xì)菌也有很有效的殺菌作用。并且涼水塔水池水質(zhì)清潔，未見藻類繁殖，說明極化水處理器能穩(wěn)定運(yùn)行，其防垢和殺菌滅藻效果完全可以滿足火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用。

5.1.1 循環(huán)水極化處理后凝汽器出入口水全硬差值用△全硬表示；△全硬>0說明凝汽器內(nèi)的結(jié)垢被溶解，全硬=0說明凝汽器內(nèi)不發(fā)生結(jié)垢，△全硬<0說明凝汽器內(nèi)有可能發(fā)生結(jié)垢。

5.1.2 循環(huán)水極化處理后凝汽器出入口水鈣硬差值用△鈣硬表示；△鈣硬>0說明凝汽器內(nèi)的結(jié)垢被溶解，△鈣硬=0說明凝汽器內(nèi)不發(fā)生結(jié)垢，△鈣硬<0說明凝汽器內(nèi)有可能發(fā)生結(jié)垢。

5.2 通常情況下凝汽器內(nèi)的循環(huán)水經(jīng)過凝汽器管束換熱，部分鈣鎂離子沉積在凝汽器管壁上形成水垢，凝汽器出水的硬度小于進(jìn)水硬度，兩者差值為增加的水垢量。如果凝汽器進(jìn)出水的硬度基本無變化，則說明凝汽器內(nèi)水垢的量基本無變化。設(shè)備投運(yùn)后凝汽器出水的硬度大于進(jìn)水硬度，則說明凝汽器內(nèi)的水垢在溶出、減少，兩者差值為減少的水垢量。考慮到循環(huán)量，減少的水垢是相當(dāng)可觀的。

氧極化裝置投運(yùn)初期，設(shè)備主要發(fā)揮的是除垢作用，這種作用隨著時(shí)間的推移，逐漸加強(qiáng)。當(dāng)凝汽器內(nèi)部的水垢基本清除干凈后，設(shè)備開始發(fā)揮常態(tài)的阻垢作用。

5.3 通過2009年至今的運(yùn)行綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，3、4號(hào)機(jī)組端差降低幅度較大，總體端差呈降低趨勢(shì)。

5.4 2012年5月在機(jī)組檢修中對(duì)循環(huán)水極化處理后凝汽器結(jié)垢情況進(jìn)行了檢查，凝汽器入口側(cè)鋼管內(nèi)有少量淤泥，管壁結(jié)垢用手指可以輕松擦掉，出口側(cè)鋼管內(nèi)淤泥較入口側(cè)多，管壁結(jié)垢用手指可以摳掉。用高壓水清洗機(jī)較往年容易沖洗，鋼管結(jié)垢情況有較大好轉(zhuǎn)。

5.5 經(jīng)濟(jì)效益：改造后凝汽器端差平均降低1.2℃，凝汽器真空度提高0.4%，供電煤耗率降低0.8g/KW.h；

發(fā)電降耗形成的年節(jié)能量=5500×額定發(fā)電能力×（1-廠用電率）×供電煤耗降低差值=5500×660000×（1-8.2%）×0.8×10-6=2665.8噸標(biāo)煤

標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格為580元/噸，每年節(jié)約人民幣為：

2665.8x580=154.6（萬元）

循環(huán)水處理所用的阻垢劑加藥量每月5噸，每年需60噸，每噸價(jià)格為1萬元人民幣，一年節(jié)約60萬元。

6 安裝在冷卻塔循環(huán)水出水口處的優(yōu)點(diǎn)

①安裝在冷卻塔循環(huán)水出水口處的極化處理裝置為最佳施工方案。②此方案無需考慮停機(jī)施工，并可隨時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修和有效地處理。③可隨時(shí)進(jìn)行電極安裝、更換、維修，對(duì)于運(yùn)行設(shè)備無任何干擾。④在有一組電極出現(xiàn)故障時(shí)，可進(jìn)行切換維護(hù)、更換。⑤對(duì)原設(shè)施無結(jié)構(gòu)性變動(dòng)。

7 結(jié)論

氧極化水處理裝置具有較好的防垢、除垢和殺菌滅藻效果。2011年10月份投用極化裝置對(duì)循環(huán)水極化處理后循環(huán)水水質(zhì)有所改善，（CaCO3）結(jié)垢指數(shù)（Psi）在6.2～6.9之間，穩(wěn)定指數(shù)（S）在5.6～6.68之間比效穩(wěn)定范圍內(nèi)，凝汽器端差平穩(wěn)，3、4號(hào)機(jī)端差平均降低1.2℃，影響機(jī)組真空度提高0.4%，降低供電煤耗率0.8克/千瓦時(shí)，每年節(jié)約標(biāo)煤和阻垢劑共計(jì)約214.6萬元，收到了顯著的節(jié)能減排效果。氧極化水處理裝置滿足300MW發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]大唐琿春發(fā)電廠循環(huán)水極化水處理裝置的應(yīng)用報(bào)告，2012.

[2]趙永平.小型火電機(jī)組凝汽器端差偏高原因分析及對(duì)策[J].價(jià)值工程，2010（11）.

[3]劉國(guó)永.汽輪機(jī)凝汽器水位高的處理（除氧器的改造）[J].價(jià)值工程，2011（17）.