循環(huán)水電化學(xué)技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用

王晶晶

摘 要：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是火電廠的重要系統(tǒng)之一，承擔(dān)著冷卻介質(zhì)的作用。不僅用水量巨大，而且對水質(zhì)的要求也較高。循環(huán)水系統(tǒng)容易出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕、微生物滋生等問題，嚴(yán)重危害安全生產(chǎn)。為解決上述問題，大多數(shù)的火電廠采用水質(zhì)穩(wěn)定處理，通過投加化學(xué)藥劑來控制水質(zhì)，但需不斷調(diào)整加藥量，存在廢水問題。循環(huán)水電化學(xué)處理在控制水質(zhì)，避免凝汽器結(jié)垢與腐蝕方面取得了較好的效果，是一種更加環(huán)保和節(jié)水方法，成為火電廠探索的新的處理方式。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水;處理;電化學(xué)

1 火電廠循環(huán)冷卻水概況

火電廠的循環(huán)冷卻水，主要是對敞開式循環(huán)冷卻水而言的。在敞開式循環(huán)冷卻水中，除了冷卻塔外，最主要的就是凝汽器。它能在汽輪機(jī)的排汽室建立并維持所要求的真空，使蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹到較低的壓力，以提高蒸汽的可用焓降;將排汽冷凝為凝結(jié)水循環(huán)使用;接受機(jī)組啟停時的排汽及疏水。而循環(huán)水作為凝汽器的冷卻水，就會出現(xiàn)鹽類濃縮現(xiàn)象，在凝汽器銅管（不銹鋼管）或冷卻塔填料上有結(jié)構(gòu)問題;又溫度適宜，營養(yǎng)豐富，會有微生物的滋長問題;風(fēng)吹雨淋，雜物飄落的污染問題等。火電廠的循環(huán)水處理，就是要找到解決結(jié)垢、微生物生長及換熱材料腐蝕的方法。

1.1現(xiàn)有的循環(huán)水處理方式

對敞開式循環(huán)冷卻水處理，主要集中在阻垢、緩蝕、微生物控制等方面，現(xiàn)有的技術(shù)方法大致分為三類：化學(xué)藥劑法，即加酸、緩蝕阻垢、殺菌除藻等;物理化學(xué)法，即利用電、磁、極化、防菌涂料等;生物化學(xué)法，通過微生物代謝來實現(xiàn)。

1.2現(xiàn)存方式下存在的問題

（1）水資源的浪費(fèi)眾所周知，火電廠是耗水大戶，循環(huán)冷卻水占火電廠用水總量的50%-80%。在現(xiàn)有的處理方式下，循環(huán)水的濃縮倍率為1.8，排污水量最大時為540m3/h。造成了水資源的大量浪費(fèi)。

（2）生產(chǎn)成本問題由于要持續(xù)地投加化學(xué)藥劑，藥劑的供應(yīng)穩(wěn)定，與藥效的穩(wěn)定問題，在生產(chǎn)中要隨時調(diào)節(jié)，耗費(fèi)人力物力，增加生產(chǎn)成本。

（3）環(huán)保法規(guī)對火電廠的外排廢水提出了更高的要求。

（4）原水水質(zhì)的保護(hù)現(xiàn)如今的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻。

2 循環(huán)水電化學(xué)技術(shù)

目前，隨著對工業(yè)廢水處理研究的不斷深入，許多新的處理技術(shù)日益成熟，其中電化學(xué)處理法具有設(shè)備占地面積小、操作靈活、后續(xù)維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點，不僅可以處理無機(jī)污染物，也可以處理有機(jī)污染物。電化學(xué)處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化而從廢水中去除。三號機(jī)組循環(huán)水采用電化學(xué)水處理工藝旨在達(dá)到循環(huán)水零排放，零污染，從而取代化學(xué)加藥處理，是更經(jīng)濟(jì)更環(huán)保的處理方式。

2.1技術(shù)原理

循環(huán)水電化學(xué)處理系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，每個模塊處理單元組成。每個單元是由帶電極的反應(yīng)室、進(jìn)出水管、排污閥門，電源控制柜和維修輔助設(shè)備等幾部分組成。通過直流電流的作用，在反應(yīng)室內(nèi)壁（陰極）附近形成一個堿性環(huán)境（PH值達(dá)到12-13的范圍），這種強(qiáng)堿性環(huán)境下結(jié)垢物質(zhì)更容易結(jié)晶析出。在陽極附近，高達(dá)50%的氯離子轉(zhuǎn)變成游離氯或次氯酸，在陽極附近同時還生成經(jīng)基自由基、氧自由基、臭氧和雙氧水，這些物質(zhì)能有效地殺菌滅藻，預(yù)防微生物和藻類代謝產(chǎn)生的腐敗物變成有機(jī)酸，腐蝕管路和設(shè)備。根據(jù)循環(huán)水蒸發(fā)濃縮過程中碳酸鈣飽和指數(shù)（LSI）的變化，將碳酸鈣控制在過飽和狀態(tài)，在管道和設(shè)備內(nèi)壁形成很薄的一層保護(hù)層，從而保護(hù)管道和設(shè)備不和冷卻水中的溶解氧接觸，防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

整個電化學(xué)過程基本反應(yīng)如下。

在反應(yīng)室內(nèi)壁（陰極）的主要化學(xué)反應(yīng)：

2H2O+2e-→H2+2OH-

HCO3-+OH-→CO32-+H2O

Ca2+（鈣離子）可形成氫氧化鈣：Ca（OH）2（垢）;碳酸鈣：CaCO3（垢）

在陽極的主要化學(xué)反應(yīng)：

游離氯Cl--e-→[Cl]

氯氣2Cl-→Cl2+2e-

2.2系統(tǒng)流程

本系統(tǒng)設(shè)計2種取水方式，一種在循環(huán)水回水管取水并以此作為主要取水方式，另外在夏季高溫季節(jié)，使用另配自吸水泵直接于塔池取水，用于高溫季節(jié)蒸發(fā)量大時的補(bǔ)充取水方式。

3 應(yīng)用效果

3.1濃縮倍率提高，節(jié)約水資源

循環(huán)水的濃縮倍數(shù)直接決定著取用水量和節(jié)水效果，對于循環(huán)水系統(tǒng)而言，提高濃縮倍率有利于電廠節(jié)約用水，減少排污損失，對環(huán)境保護(hù)和節(jié)約利用水資源有利。濃縮倍率過低，則造成水資源的浪費(fèi)。所以要選擇合適的濃縮倍率。之前加藥處理的濃縮倍率為1.8，排污水最大540m3/h。3號機(jī)組循環(huán)水采用電化學(xué)處理后，控制濃縮倍數(shù)≥6。且不產(chǎn)生廢水，污染物以固體形勢排放。

3.2加酸處理

3.2.1降低了堿度

加酸調(diào)PH是幫助循環(huán)水有效阻垢的輔助措施，以保證水質(zhì)的穩(wěn)定。加酸處理應(yīng)控制循環(huán)水硬度低于極限碳酸鹽硬度。

三號機(jī)循環(huán)水采用加硫酸處理：

Ca（HCO3）2+H2SO4=CaSO4+2CO2+2H2O

反應(yīng)的結(jié)果是將水中的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘妓猁}硬度，因為硫酸鈣的溶解度約為碳酸鈣的40倍以上。另外，反應(yīng)中生成的游離CO2，有利于抑制碳酸鈣水垢的析出。

3.2.2抑制不銹鋼管的點蝕和縫隙腐蝕

在冷卻水中，影響不銹鋼管點蝕和縫隙腐蝕的環(huán)境因素主要有Cl-、SO42-、PH值、溶解氧量、流速和溫度。Cl-的含量越高，PH值越低，不銹鋼管越容易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，然而，當(dāng)溶液中SO42-的濃度在Cl-濃度的兩倍以上時，即可抑制點蝕。三號機(jī)凝汽器采用的是316L不銹鋼，加酸處理，在一定程度上也達(dá)到了抑制腐蝕的效果。

3.3電化學(xué)處理對凝汽器不銹鋼管結(jié)垢與腐蝕的影響

冷卻水管內(nèi)結(jié)垢，使凝汽器的換熱能力下降，勢必影響真空與端差，影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。若發(fā)生垢下腐蝕，嚴(yán)重時可導(dǎo)致凝汽器泄露，嚴(yán)重污染凝結(jié)水水質(zhì)，繼而造成省煤器、水冷壁結(jié)垢與腐蝕的發(fā)生，嚴(yán)重危害鍋爐的安全運(yùn)行。而循環(huán)水采用電化學(xué)處理后，連續(xù)跟蹤三號機(jī)循環(huán)水的分析數(shù)據(jù)，計算出的污垢熱阻為0.66×10-4m2K/W。只占國家標(biāo)準(zhǔn)GB50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定（設(shè)備傳熱面水側(cè)污垢熱阻值應(yīng)小于3.44×10-4m2K/W）的19.2%，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國標(biāo)要求。在實際運(yùn)行中由于有膠球沖洗，污垢熱阻的數(shù)據(jù)將會更小。同時，根據(jù)GB/T18175-2014《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法》進(jìn)行掛片試驗，計算腐蝕速率。六根不銹鋼管中有五根的結(jié)果均滿足GB/T50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》中銅合金和不銹鋼設(shè)備傳熱水側(cè)腐蝕速率應(yīng)小于0.005mm/a的規(guī)定，可以說循環(huán)水電化學(xué)處理在結(jié)垢速率和腐蝕速率方面取得了較好的效果，可以很好地維持凝汽器運(yùn)行時所需要的真空及端差。

4 總結(jié)

循環(huán)水系統(tǒng)對電廠運(yùn)行安全的影響甚大，而循環(huán)水的處理方式又關(guān)乎安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能等多方面因素。解決循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕、微生物滋長等問題一直是電廠化學(xué)的研究方向。電化學(xué)技術(shù)在三號機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用取得了較好的效果，可以提高循環(huán)倍率，節(jié)約水資源，并且擁有低于國標(biāo)的結(jié)構(gòu)速率和腐蝕速率，成為一種新型環(huán)保的處理方法，實現(xiàn)了循環(huán)水零污染、零排放。

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