電解海水制氯穩(wěn)定運(yùn)行方案研究

薛臘梅

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

河北某公司自備電站采用海水作為循環(huán)冷卻水源，為了抑制藻類及細(xì)菌微生物的大量繁殖對(duì)電站設(shè)備運(yùn)行造成的影響，在海水取水泵房附近設(shè)置海水電解制氯設(shè)施，并在循環(huán)水進(jìn)水口設(shè)加氯點(diǎn)，隨水流進(jìn)入流道和設(shè)備，抑制細(xì)菌和藻類的生長(zhǎng)繁殖[1]。建有2 套海水制氯裝置，利用有效氯的強(qiáng)氧化性破壞細(xì)菌、真菌、藻類細(xì)胞的細(xì)胞壁，從而防止污損生物附著。為了保障發(fā)電機(jī)組及海水淡化裝置的安全運(yùn)行，電解制氯裝置全年投入運(yùn)行。

1 電解海水制氯系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

1.1 有效氯產(chǎn)率難以達(dá)到發(fā)電機(jī)組的需求

根據(jù)《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL 5068—2014）要求，海水直流冷卻系統(tǒng)易連續(xù)投加氧化性殺菌劑，控制凝汽器冷卻水出口中余氯量為0.1—0.5mg/L。因此，發(fā)電機(jī)組凝汽器對(duì)海水冷卻水水質(zhì)需求高且需連續(xù)投加氧化性殺菌劑。根據(jù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該公司自備電站凝汽器出口海水中余氯約為0.06mg/L，目前電解海水制氯的有效氯產(chǎn)率不能滿足發(fā)電機(jī)組凝汽器對(duì)冷卻水的要求。

1.2 冬季海水溫度低于規(guī)范限值

《電解海水次氯酸鈉發(fā)生裝置技術(shù)條件》（GB/T 22839—2010）要求電解槽進(jìn)水水溫不能低于10℃[2]。但是每年的11 月至次年的4 月，曹妃甸海域水溫一般低于10℃，最低達(dá)到-2℃以下。

在海水溫度過(guò)低（低于10℃）時(shí)，陽(yáng)極板會(huì)有吸氧反應(yīng)產(chǎn)生，導(dǎo)致DSA 涂層加速脫落，產(chǎn)生電解槽槽壓升高、易結(jié)垢、產(chǎn)品水有效氯濃度降低等一系列問(wèn)題[3]，嚴(yán)重影響電解海水制氯設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行（見(jiàn)圖1）。

圖1 陽(yáng)極板結(jié)垢及DSA 涂層脫落

1.3 設(shè)備使用壽命已超過(guò)規(guī)定年限

一般情況下，電解槽陽(yáng)極板的使用壽命為3—5 年，海水溫度過(guò)低（低于10℃）或海水中錳離子（Mn2+）含量超過(guò)10μg/L，都會(huì)影響電解槽的電流效率，加速陽(yáng)極板DSA 涂層的脫落[3]。正常情況下，陽(yáng)極板DSA 涂層減薄或脫落后，會(huì)導(dǎo)致電解槽槽壓升高、易結(jié)垢、產(chǎn)品水有效氯濃度降低。大連電廠冬季最低的海水溫度只有0℃左右，DSA 涂層脫落速度很快，陽(yáng)極板一般運(yùn)行2—3 年就需要更換。

按照《電解海水制氯系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)》要求，次氯酸鈉發(fā)生裝置需每5 年進(jìn)行一次大修或設(shè)備更換；電解槽的陽(yáng)極需5 年更換一次，以保證電解槽高效率、低電耗地穩(wěn)定工作。該電解海水制氯系統(tǒng)于2008 年投產(chǎn)，考慮到費(fèi)用因素，運(yùn)行后只更換過(guò)部分陽(yáng)極板（10 年內(nèi)更換量占總量的一半），大部分陽(yáng)極板已超過(guò)使用壽命5 年。

根據(jù)10 月12 日2#電解制氯系統(tǒng)電解槽酸洗后運(yùn)行初以及11 月1 日酸洗前后測(cè)得的槽壓，得出以下結(jié)論：

（1）電解槽槽壓高且升高速度快

根據(jù)《電解海水制氯系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)》，整流器電流在1000A 時(shí)，對(duì)應(yīng)電壓應(yīng)為40V（見(jiàn)圖2）。而目前整流器輸出電壓達(dá)到50V 以上，個(gè)別電解槽槽壓超過(guò)上限值5.5V，而且酸洗后的槽壓最高達(dá)4.8V，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)2.86V 的水平。11 月1—3 日，僅2 天時(shí)間，整流器輸出電壓就由48.7V 升高至58V，槽壓升高速度快。

圖2 電解海水制氯整流器電流與電解槽槽壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系

兩套電解制氯系統(tǒng)運(yùn)行期間，整流器電流在1000A 時(shí)，測(cè)得電站凝汽器出口海水冷卻水余氯低于0.1mg/L，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定余氯為0.1—0.5mg/L。

（2）酸洗周期短

10 月12 日酸洗后，2#電解制氯系統(tǒng)運(yùn)行19 天，因電解槽極板結(jié)垢嚴(yán)重且槽壓高，于11 月1 日再次酸洗。《電解海水制氯系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)》規(guī)定一般酸洗周期為30 天。但據(jù)實(shí)際情況，酸洗周期不超過(guò)20 天。

2 改善措施

2.1 在電解海水制氯達(dá)產(chǎn)前，外購(gòu)氧化性殺菌劑

為保障發(fā)電機(jī)組滿足凝汽器冷卻水出口中余氯量為0.1—0.5mg/L 的要求，需根據(jù)電解海水產(chǎn)氯效率及時(shí)采購(gòu)氧化性殺菌劑。由于前期沒(méi)有數(shù)據(jù)支撐，投加量需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

2.2 改造海水水源管道，提高海水進(jìn)水溫度

低溫海水的黏滯性較強(qiáng)，電解反應(yīng)不充分會(huì)使次氯酸鈉發(fā)生裝置的極板結(jié)垢，縮短陽(yáng)極壽命。在電解過(guò)程中，陽(yáng)極的析氯反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，陽(yáng)極的過(guò)電勢(shì)會(huì)隨著溫度的增加而降低，因此增加電解液的溫度有利于析氯反應(yīng)的進(jìn)行。原料水溫度上升會(huì)使陽(yáng)極電流效率上升，但溫度上升后，氯氣在水中的溶解度會(huì)隨之下降，次氯酸鹽的分解速率也會(huì)隨著溫度的上升而提高，最終導(dǎo)致溶液中有效氯含量下降。

結(jié)合電解海水制氯裝置的有關(guān)技術(shù)要求及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，電解海水制氯系統(tǒng)的進(jìn)水水溫控制在10℃—40℃為宜。

（1）引入發(fā)電機(jī)組凝汽器出水

該發(fā)電機(jī)組采用海水直流冷卻工藝，根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)，海水直流冷卻退水水溫一般在10℃—40℃（見(jiàn)圖3），滿足電解制氯海水進(jìn)水水溫要求，因此建議使用發(fā)電機(jī)組海水直流冷卻退水作為電解制氯水源。

圖3 原海水與冷卻水溫度變化趨勢(shì)

方案改造示意見(jiàn)圖4，在300WM 機(jī)組檢修期間，新敷設(shè)電解制氯海水水源管道（DN200）的水源取自熱電海水直流冷卻退水管道。

圖4 管道改造示意

（2）引入海水淡化濃鹽水退水

海水淡化濃鹽水退水水泵出口溫度全年在35℃左右，滿足電解制氯海水進(jìn)水水溫要求，而且氯化鈉含量高，電解效率高[4]，因此可以使用海水淡化濃鹽水退水作為電解制氯水源。

（3）加一組換熱器

使用蒸汽與電解制氯海水進(jìn)水換熱，提高電解海水制氯系統(tǒng)海水溫度至20℃—30℃。

三種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)上表。綜合考慮，建議采取引入發(fā)電機(jī)組冷凝器出水的方案1。

方案對(duì)比

2.3 更換極板

《電解海水制氯系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)》要求次氯酸鈉發(fā)生裝置每5 年進(jìn)行一次大修或設(shè)備更換；電解槽的陽(yáng)極5 年更換一次，以保證電解槽高效率、低電耗地穩(wěn)定工作。如果發(fā)現(xiàn)電解槽結(jié)垢速率明顯增加或發(fā)生大面積結(jié)垢，說(shuō)明電解槽的槽壓已經(jīng)超標(biāo)，電解槽極板存在問(wèn)題，需要檢修處理或更換陽(yáng)極板。

3 改造期間保障措施

在實(shí)施電解海水制氯改造期間，采購(gòu)次氯酸鈉，保證有效氯的連續(xù)及沖擊投加。加強(qiáng)對(duì)海水水質(zhì)的跟蹤分析，化驗(yàn)室每天化驗(yàn)海水余氯、濁度，專業(yè)人員對(duì)結(jié)果進(jìn)行趨勢(shì)分析。

當(dāng)海水溫度低于10℃時(shí)，降低負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行電流控制在2000A 以下，當(dāng)海水溫度低于5℃時(shí)，停止使用電解制氯系統(tǒng)，以延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命。

根據(jù)實(shí)際情況做好設(shè)備維護(hù),及時(shí)酸洗電解槽[5]。為了有效進(jìn)行酸洗，鹽酸濃度最好控制在8%—10%[3]，酸洗后要及時(shí)對(duì)電解槽組進(jìn)行沖洗。正常情況下，酸洗的周期為1 個(gè)月左右。