量子管通環在600 MW汽輪發電機組循環水系統的試驗應用

翟德雙，項 林

（1.上海電力股份有限公司，上海 200010；2.淮滬煤電有限公司田集發電廠，淮南 232098）

對于火力發電廠而言，循環冷卻水占電廠總用水量的70%～80%，因而實現水的循環利用、提高循環水系統濃縮倍率是電力工業節水的關鍵。正因如此，循環水的水質控制成為電廠實現節能減排及安全生產的一項重要工作，一旦循環水系統水質控制不好，將會導致整個機組發生嚴重的安全隱患。

一般來說，結垢、腐蝕、微生物是循環水處理技術面對的3個主要問題，三者間相互作用和影響構成了電廠循環冷卻水系統長周期安全運行的隱患。常見處理辦法是采用投加阻垢劑的方法解決結垢問題；采用投加緩蝕劑、涂層防腐和陰極保護的方法減緩腐蝕現象；并采用投加殺生劑的方式抑制微生物的生長。另外電廠還采用膠球清洗的方式進行凝汽器水側內壁的清潔工作。

1 系統簡介

某發電廠一期工程為2×600 MW超臨界燃煤發電機組，水源取自淮河，經混凝澄清后作為補充水補入冷卻塔，循環冷卻水系統采用擴大單元制供水系統，每臺機組配9 000 m2自然通風冷卻塔，機組正常運行時循環水流量為72 000 m3／h·臺，冷卻倍率60，循環水處理工藝采用傳統的處理方式：“阻垢劑＋殺菌劑＋排污”，加入阻垢劑控制總磷濃度在3.5～3.8 mg／L，循環水濃縮倍率不超過4。主要冷卻設備為凝汽器、機組冷油器、閉式水冷卻器、真空泵冷卻器等，凝汽器冷卻面積36 000 m2，管材為316L不銹鋼管。

量子管通環在化工、冶煉、油田、制藥、食品行業水處理領域都有應用成功案例，經過該產品的開發，目前逐步進入發電企業，并在發電企業超濾反滲透系統應用，但在火電廠循環水系統上還有沒有相關應用研究和運用。某電廠將量子管通環應用在600 MW發電機組循環水處理中，減少傳統水處理工藝中阻垢劑的計量，控制系統的結垢速率，摸索最安全可靠和經濟運行的最佳組合效果。

2 量子管通環工作原理

量子管通環由含有高硅鋁及其它特殊材料合成的特種信息記憶材料組成，是一種在亞原子級能夠穩定儲存和記憶及釋放量子信息的高科技產品。德國IAB公司利用特定設備測定和儲存水中水垢和鐵銹等相關物質的分子振動波形，并針對水中相關物質的分子振動波形，IAB開發多種超精微振動波，再利用LPL激光振動技術將超精微振動波刻錄儲存到量子管通環亞原子級中。如圖1所示

圖1 量子管通環原理示意圖A

量子管通環直接安裝在系統管道外壁，將超精微振動波持續恒量地釋放并通過管壁傳入水中。在這種超精微振動波的作用下，水分子吸收分子共振波后增強了分子的振動性能，大的水分子團被分解為小的單個水分子，增強了水分子的活性及溶解性，相關成垢離子吸收有關干擾波，離子鍵結合力減弱，同水分子氫鍵的結合力因而增強，從而起到防垢和除垢的效果［1］。如圖2所示。

圖2 量子管通環工作原理示意圖B

3 量子管通環功能

（1）除垢防垢

清除水系統中存在的老垢并防止新垢形成。量子管通環向水中釋放超精微振動波，使碳酸鈣晶體產生共振，碳酸鈣晶體中的部分鈣離子和碳酸根離子振動幅度越來越大，大到超過了庫倫力的約束，脫離晶體。盡管碳酸鈣這種物質同樣形成，但無法形成大塊穩定的晶體，只能形成微小的碳酸鈣顆粒，這些顆粒隨著流體繼續流動，在冷水池等流速慢的地方自然沉降，對系統不造成危害。量子水處理器對水的總硬度、總堿度有很寬的容忍度，應用實踐表明當鈣離子達到2 000 mg／L（以CaCO3計）p H值大于11時，表現出良好的阻垢效果。

（2）除銹防腐

去除水系統中已有的銹蝕并防止腐蝕發生。腐蝕產生的原因是多種多樣的，其主要原因是不同電位的物質接觸在一起形成原電池。影響銹蝕程度的其中一個原因就是水的飽和度（游離氧O2），以最常見的碳鋼的吸氧腐蝕為例，鋼鐵中的鐵元素和碳元素構成簡單的原電池反應，安裝量子管通環后超精微振動波作用于金屬表面后激活金屬表面的鐵原子和水中的氧原子，首先原有的銹層被溶解下來隨水流排出，其次鐵與氧定向結合生成藍黑色Fe3O4惰性氧化鐵保護層，從而達到長效防腐目的［2］。

（3）殺菌滅藻

殺滅水系統中的菌藻，消除病菌賴以生存的溫床。量子管通環連續不斷地向水中釋放類似生物信號的振動能，受其影響的菌藻生物膜遭到破壞而死亡，生物的代謝過程被振動能所終止。同時，在振動能的作用下，細菌殘核被解體，生物粘泥失去粘性而分散于水中，振動波的殺生作用的本質是生物波，這就完全杜絕了生物產生抗藥性的可能。

因此，量子管通環是有具有記憶功能的特殊材料制成，安裝在水體中，即可記憶流經環內流體易結垢物質如鈣、鎂、鐵銹等的振動波形，針對這些波形，量子管通環再釋放出預先儲存在其內部的超精微振動波。在釋放波的作用下，水體中易結垢類物質物理特性發生改變，活性再次被激活，不會沉積在熱力系統金屬表面，從而避免系統結垢和菌類生長。由于新安裝的管道不會結硬垢、生銹、或者長菌藻，舊管道中的原有銹蝕、老垢等也逐步溶解消除，并最終在管道內壁形成保護性氧化層，不再出現腐蝕。

4 量子管通環協助水質處理

4.1 試驗研究內容

將量子管通環應用到循環水處理工藝中，通過模擬試驗尋求極限水處理工況；通過現場試驗尋求最終運行工藝參數，尋找在管通環作用下循環水的處理工藝，使傳統的處理工藝藥品用量下降，同時不降低水質指標。

確定的主要試驗研究內容如下：

（1）根據水體容量及流動特點，確認對加裝量子管通環位置與數量；

（2）通過試驗室動態模擬實驗，確認傳統工藝水質不產生腐蝕和結垢的極限運行工況；

（3）結合動態模擬實驗數據，開展現場試驗，尋求在量子管通環的協助作用下，尋找水處理新的加藥工況，從而確定運行控制參數，減少傳統工藝中各類藥品加入量，達到節能、環保的效果。

4.2 設備安裝

2012年3月初，在機組循環水補水母管和開式濾水器A上共加裝3套量子管通環，如圖3所示。

圖3 量子管通環安裝位置示意圖

為了能夠及時的監測凝汽器內運行情況，在1號機凝汽器出水側安裝一套PJHQ2型循環水在線監測換熱系統，用以對現場循環水的運行情況進行直接的監測分析，如圖4所示。

圖4 循環水在線監測換熱裝置

4.3 確定試驗步驟

經過多方收資及電力試驗研究院對電廠循環水進行試驗室動態模擬試驗后數據確定最終試驗方案，現場評價試驗分三個階段進行：（1）將兩機組循環水中藥劑總磷含量控制在3 mg／L，試驗時間3個月；（2）將兩機組循環水中藥劑總磷含量控制在2.5 mg／L，試驗時間3個月；（3）將兩機組循環水中藥劑總磷含量控制在2.0 mg／L，試驗時間5個月。試驗期間循環水中“Ca2＋硬度＋堿硬度”始終維持在950～1 000 mg／L（以CaCO3計）。

4.4 結垢速率測定

凝汽器換熱管表面污垢沉積速率大小是判斷循環水系統是否正常運行的一個重要指標。根據《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050—207）之規定，敞開式循環水冷卻水系統設備傳熱面水側污垢沉積速率不應大于15 mg／cm2·月，此次試驗共對在線檢測換熱器內換熱管檢測5次，沉積速率分別為：2.73 mg／cm2·月、0.41 mg／cm2·月、0.09 mg／cm2·月、1.39 mg／cm2·月和7.14 mg／cm2·月，遠小于國標中的傳熱面水側污垢沉積速率不應大于15 mg／cm2·月的規定，無明顯結垢現象。

4.5 檢查結垢情況

2013年6月，利用機組停機檢修期間，分別對1號、2號機組凝汽器水側進行檢查，凝汽器進、出水室均比較干凈，換熱管內均未見明顯結垢現象，粘泥較少，說明凝汽器的總體運行狀況不錯，循環水系統無明顯結垢傾向，圖5所示。對機組冷油器和閉冷水板式換熱器進行解體檢查，光滑清潔、無結垢。

5 效果總結

節能降耗是火電廠降低發電廠本、提高機組經濟性最有效的方法之一，采用科學手段改變傳統電廠化學水處理工藝以減少藥品的使用，可達到節約水資源、降低水處理成本的目的。在項目實施一年多的時間里，協助水處理產生了一定的效果。

圖5 凝汽器水側干凈、無垢

（1）通過對循環水在線換熱監測系統內換熱管定量檢測污垢沉積速率及機組檢修時解體檢查，可以確定凝汽器整體運行狀況良好，無明顯結垢現象。

（2）循環水采用傳統方法處理時每年兩臺機組循環水阻垢劑使用量約160～180 t。安裝循環水量子管通環后，2013年兩臺機組循環水阻垢劑使用量約100～120 t，節約藥劑量約30%。

（3）在確保循環水系統不發生腐蝕和結垢情形下，系統排污量減少10%左右，全年節水約100萬噸。

（4）因加藥量、排污量減少，從而減少排污水對自然水體的影響，達到環境保護的目的。

6 結語

隨著節水要求的進一步提高，循環水處理技術將向濃縮倍率更高、處理效果更好、系統更經濟方面發展，相比傳統的化學處理方法及電磁除垢等方法，量子管通環具有安裝、使用方便，降低系統運行成本，延長設備使用壽命，能取代部分水處理藥劑，減少環境污染，有很好的節能降耗的效果，經濟效益和社會效果顯著。

［1］ 蘇建國，龍媛媛，楊為剛，等.量子管通環阻垢技術在勝利油田的應用［J］.全面腐蝕控制，2009，23（5）：33-34.

SU Jian-guo，LONG Yuan-yuan，YANG Wei-gang，et al.The application of quantum ring anti-scaling technology inyong 921 fault block of Dongxin Oil Field［J］.Total Corrosion Control，2009，23（5）：33-34..

［2］ 金德浩.量子技術在循環水高濃縮倍數運行中的應用研究［J］.工業水處理，2010，30（3）：68-71.

JIN De-hao.Application of quantum technology to the circulating cooling water running with high concentration cycle［J］.Industrial Water Treatment，2010，30（3）：68-71.