某電廠用于循環水殺菌的海水制氯系統

陶志國，喻 江

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

某電廠用于循環水殺菌的海水制氯系統

陶志國，喻 江

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

某電廠為濱海電廠，凝汽器的循環冷卻水采用海水。為抑制海水中微生物的生長，新建了海水制氯系統。通過實驗，分析了海水制氯系統的制氯能力。為解決制氯系統陰極上沉積物，對制氯電極進行了酸洗，提高了制氯能力。研究結果表明，新建海水制氯系統的制氯能力，能滿足機組運行的要求。

電廠；海水；制氯；系統；設計；循環水；殺菌；氯酸鈉

0 概 述

某電廠屬于濱海電廠，主機凝汽器的冷卻水源為海水，供水系統采用一次循環方式。由于海水中存在各類微小的海生物，這些海生物進入凝汽器冷卻水系統后，會附著在凝汽器的管壁上，降低凝汽器的換熱效果，影響汽輪機的出力和安全運行。為抑制循環冷卻水中海生物的生長，該電廠新建了海水制氯系統。制氯系統從循環冷卻水中引出部分海水，將其電解后，產生了以次氯酸鈉為主的溶液，再將溶液加入冷卻水進行循環。次氯酸鈉具有較強的殺菌能力，能夠防止冷卻循環水中微小海生物的生長及繁殖。

1 海水制氯系統

該電廠機組凝汽器的設計循環冷卻水量為104100m3/h。海水制氯系統電解的海水，由冷卻系統的海水循環泵提供，海水的有效氯濃度設計值為1mg/L。海水制氯系統中設置了二組電解槽，每組槽的制氯能力為60kg/h。

有關試驗的研究結果表明［1］，海水溫度過低時（＜5℃），電解效率低，只有降低電流才能保證槽壓不過壓，然而電流過低，會影響制氯的產量和效率。該電廠處于較為溫暖的地理環境，其周圍海水的全年溫度，均超過20℃，適宜建設海水制氯裝置。

1.1 工作原理

含有氯離子的海水流經海水制氯系統的電解槽時，給電解槽通以直流電，在電解槽內會產生化學反應。

陽極反應：

2Cl-→Cl2↑＋2e

陰極反應：

2H2O＋2e→2OH＋H2↑

極間的化學反應：

Cl2＋2OH-=ClO-＋Cl-＋H2O

ClO-＋H2O=HClO＋OH

HClO=H＋＋ClO-

海水的總體反應：

NaCl＋H2O=NaClO＋H2↑

除這些化學反應外，由于海水中存在鈣、鎂離子，電解時，這些離子會在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，增加電能的消耗。因此，必須通過定期酸洗的方法，消除這些鈣鎂離子沉淀物［2］。

海水制氯系統的制氯量與消耗電量有關。該電廠海水制氯系統，依靠調節整流裝置的輸出電流控制制氯量，最大允許的運行電流為7200A，保護動作電流為7900A。

1.2 制氯系統的組成

海水供給系統由海水管道、閥門、海水升壓泵組成。

過濾系統由海水自動沖洗預過濾器、自動沖洗過濾器等設備組成。

次氯酸鈉發生系統由電解槽、整流電源及控制儀表組成。

次氯酸鈉儲存系統由貯存罐、風機、液位指示儀表等組成。

加藥系統由投藥管道、投藥閥門、投藥泵及流量監測儀表組成。

酸洗系統由酸貯箱、酸洗箱、濃酸泵、酸洗泵、廢水排放泵、加藥裝置及液位指示儀表等組成。

電氣控制系統由整流電源、整流變壓器、控制柜、程控柜及上位機組成。

很多濱海電廠的制氯系統，由于過濾器常出現故障，但這些方面依然沒有得到足夠重視，其實，如果設計和運行時，對過濾系統不重視，會嚴重影響整個制氯系統的安全運行和安全生產［3］。1.3 制氯工藝流程

制氯系統的工藝流程圖，如圖1所示。

圖1制氯系統工藝流程

該裝置在正常運行狀態下，海水通過2臺自動反沖洗預過濾器進入系統，防止海水中較大固體顆粒的混入，造成系統堵塞和對系統管道、電極等的磨蝕。海水升壓泵為二用一備，自動切換，將海水升壓，再經過2臺自動反沖洗過濾器，除去海水中較小顆粒物。然后，海水才進入電解槽組。

制氯單元由二組電解槽組成。每組電解槽的制氯能力為60kg/h，每組電解槽有8個電解小室，在水路上串聯連接，在電路上通過導電母排串聯連接。

電氣控制由2套整流裝置將6.0kV交流電轉化為85V交流電，通過整流裝置轉換成直流輸出，分別供給對應的電解槽組。電解槽內的海水被電解后，產生次氯酸鈉溶液及副產物氫氣進入次氯酸鈉儲罐。排氫風機將風鼓入溶液儲存罐，氫氣被排出至大氣。

當儲罐的液位達到2m時，連續加藥泵自啟動進行加藥。當儲罐液位達到4.5m液位時，沖擊加藥泵自啟動進行加藥，當在液位恢復至2m時，沖擊加藥泵自停止。當儲罐液位再降至0.5m時，連續加藥泵自停止。

海水電解時，除產生次氯酸鈉和氫氣外，還在電解槽的陰極上累積了鈣、鎂沉淀物，導致電解槽的槽電壓升高，電解效率下降，電耗增大。此外，不斷增多的沉淀物，也給電解槽的運行帶來安全隱患。因此，需定期或根據實際情況，對電解槽進行酸洗，以除去陰極表面的沉淀物。

該套制氯系統的初期設計方案，沒有設計余氯檢測及配套的運行電流控制模塊。經試運行后，對系統進行了整改和完善。在某電廠的制氯系統中，通過布置在凝汽器出口的儀表，測量海水的殘余氯含量，應用自動模塊控制，調節制氯系統電流的大小，防止排入海洋循環水的余氯過高，最大程度地減少了對海洋生物的危害，同時有效節約了電能［4］。

此外，對制氯系統優化的研究表明，讓一部分產水（次氯酸鈉溶液）回流，有利于增加制氯系統內溶液的穩定性，減少陰極鈣鎂沉積速率［5］。

2 制氯能力試驗檢測

2.1 試驗檢測思路

（1）投產運行初期，在不同的運行電流下，分別采集1號、2號兩組電解槽內的次氯酸鈉溶液，并在實驗室進行有效氯含量的檢測。

（2）選取任意一組電解槽，在其累積運行（停運時間不計入）15天后，對不同運行電流下的有效氯產量進行檢測。

2.2 有效氯的檢測方法

參照國家標準GB19106-2013（次氯酸鈉）中的“5.3有效氯的測定”，對產出的有效氯進行測定。標準方法中，待檢測的次氯酸鈉溶液有效氯濃度范圍為5%～13%，要求稀釋25倍后檢測。海水制氯產品次氯酸鈉溶液有效氯質量百分比濃度范圍在0.04%～0.2%，所以依據該標準方法檢測，不必進行稀釋。該標準方法得出的試驗結果，為樣品的有效氯質量比（g/g），由此可以進行制氯量和直流電耗的計算。

制氯量的計算公式為：

式（1）中：G—單位時間制氯量，單位為kg/h；

w—次氯酸鈉溶液有效氯質量比濃度，單位為g/g；

B—通過電解槽的海水質量流量，kg/h。

直流電耗的計算公式為：

式（2）中：W —生產每公斤有效氯的直流電耗，kW·h/kg；

U—每組電解槽上的槽電壓，V；

I—制氯系統運行時的控制電流，A。

2.3 系統運行初期的制氯能力

制氯系統投產初期，調節整流裝置的輸出電流，使制氯系統在不同電流下運行，并分別采樣進行有效氯檢測，檢測后的結果，如表1、表2所示。

表1 1號槽投產初期的有效氯檢測結果

表2 2號槽投產初期的有效氯檢測結果

根據表1、表2的檢測數據，可得到電解槽制氯量與運行電流的關系，如圖2、圖3所示。簡化后的函數關系式，分別為：

y=0.0087x＋4.7867

y=0.0083x＋5.28152.4 系統后期制氯能力的試驗

圖2 1號槽運行初期的制氯量與運行電流

1號槽組累積運行15天后，槽組內各電解陰極出現了白色沉淀物，由于海水沿各個電解槽串聯流動，第一個電解槽陰極沉淀物最多，其后電解槽陰極的沉淀物逐級減少。在1號電解槽組陰極有沉淀物的狀態下，使其在不同電流值下工作，并分別采樣，進行有效氯檢測，檢測結果，如表3所示。

圖3 2號槽運行初期的制氯量與運行電流

表3 1號槽組運行15天后的有效氯檢測結果

根據表3檢測數據，可得到1號電解槽組制氯量與運行電流的關系，如圖4所示。簡化后，得制氯量與運行電流的函數關系式：

y=0.0085x＋6.0856

與表1數據相比，1號電解槽組在相同的電流下運行，制氯能力基本沒有變化，但所需的電壓升高，直流電耗增加，即在消耗同等電能的情況下，制氯能力下降。2.5 制氯系統酸洗后制氯能力試驗

圖4 1號槽組運行15天后制氯量與運行電流

1號槽組運行15天后，陰極積累了沉淀物，對槽組進行了酸洗。相關研究成果表明［6］，沉積物的主要成分為鈣鎂離子碳酸鹽及氫氧化物。酸洗采用5%的鹽酸溶液即可，酸洗后沉淀物完全被去除。讓電解槽在不同電流下運行，并分別采樣，進行有效氯檢測，檢測的結果，如表4所示。

表4 1號槽組酸洗后有效氯的檢測結果

根據表4檢測數據，得出1號電解槽組制氯量與運行電流的關系，如圖5所示。求得制氯量和運行電流的函數關系式為：

y=0.0085x＋6.5874

與表1數據、表3數據相比，酸洗的效果良好。在消耗同等電量的情況下，提高了制氯能力。制氯系統經初始運行后，電解槽陰極已出現微量沉淀物，因此，電量的消耗要高一些。

圖5 1號槽組酸洗后的制氯量與運行電流

3 結 語

通過試驗，對制氯系統進行了檢測，并對檢測數據進行研究分析。

1號電解槽組、2號電解槽組的制氯量和各自的運行電流均為線性關系，最大運行電流為7200A，能滿足制氯量60kg/h的設計要求。

運行15天后，再對1號電解槽組的制氯能力進行檢測，與運行初期相比，在相同運行電流下，制氯的能力基本不變，但因陰極的沉淀物增多，增加了電量消耗。

對1號電解槽組的陰極進行酸洗，去除沉淀物后，再對系統制氯能力進行檢測，與運行初期相比，在相同運行電流下，制氯能力基本不變，但消耗電量略有降低。通過酸洗，能使制氯系統恢復制氯能力，但不建議經常酸洗，應根據陰極上沉淀物的積累情況，選擇適當的酸洗時機。

［1］逢洪敏，張明杰.電解海水制氯技術在營口電廠的應用［J］.華北電力技術，2000（9）：46-48.

［2］趙東普，姜麗.電解海水制氯裝置及系統的調試技術［J］.科技創新導報，2012（06）：98.

［3］王永蘭，張宏波，呂學亮.電解海水制氯進水系統改造［J］.山東電力技術，2002（4）：81-82.

［4］馬少華.華能丹東電廠的電解海水制氯系統［J］.電站輔機，2003，24（1）：46-48.

［5］裴長運，李東，常文強.電解海水制氯系統的研究和優化［J］.山東工業技術，2014，（17）：148-149.

［6］聶鑫，劉克成，龍瀟.海水淡化濃鹽水回用于電解海水制氯系統的試驗研究［J］.電站輔機，2012，33（1）：10-12.

簡訊

中國核電跨入國際市場

中國核電在國際市場的出口項目涉及投資、工程建設、運營與核電技術等方面。借助在三大競爭性核電市場的突破，中國核電已經成為世界核電市場中的重要力量。

近日，中國核電在國際市場頻頻出手，先攻破老牌工業大國英國的大門，而后又與羅馬尼亞簽訂核電項目壽命期框架協議，不久前，中核集團與阿根廷核電公司正式簽署了重水堆核電站商務合同及壓水堆核電站框架合同，標志著中核集團與阿根廷核電公司將合作建設阿根廷第四、第五座核電站。

未來5年美國核電裝機總量將增加5000兆瓦

日前，美國能源信息署發布數據稱，盡管2019年前有超過2000兆瓦核電機組面臨退役，但是預計在2016年至2020年間，美國核電裝機總量仍將增加5000兆瓦以上。

美國不僅是全球最早開始利用核能的國家之一，也是當前核電裝機最多的國家之一。由于建設較早，眼下美國有許多核電站都進入了退役階段。目前，美國共有62個核電站、99個核反應堆正在運營。過去4年間，美國總共關閉了4個核電站，共5座反應堆，總共減少了超過4000兆瓦的核發電能力。

摘自上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠技術部《信息簡訊》第205期

SeaWaterChlorinationSystemofaPowerPlantfor theCirculatingWaterSterilization

TAOZhi-guo，YUJiang
（HuadianElectricPowerResearchInstitute，Hangzhou310030，Zhejiang，China）

Seawaterhasbeenusedascirculatingcoolingwaterforcondenserinacoastalpowerplant.Anewseawater chlorinationsystemhasbeenbuilttosuppressthegrowthofmicroorganismsinseawater.Thechlorinecapabilityof thechlorinationsystemhasbeenanalyzedthroughtest.Tosolvetheprecipitationonthecathodeofthechlorination system，thecathodewasacidpickled，whichimprovedthechlorinecapability.Theresearchresultsprovedthatthe newseawaterchlorinationsystemcanmeettherequirementofunitoperation.

powerplant；seawater；chlorination；system；design；circulatingwater；sterilization；sodiumchlorate

TK268.+2

A

1672-0210(2015)04-0031-04

2015-09-01

：2015-09-07

陶志國（1981-），男，理學學士，工程師，主要研究方向為電廠化學和環保技術。