循環水系統海水防污加藥方案調研與優化

鄭 國，陳慶輝，龍新峰

(1.湛江電力有限公司,廣東 湛江 524099；2.廣東省能源集團有限公司，廣東 廣州 510530；3.華南理工大學 化學與化工學院,廣東 廣州 510640)

發電企業采用的循環水系統通常是敞開式冷卻系統，冷卻水系統中水溫和pH值適宜多數微生物的生長[1-2]。微生物能形成氧濃差電池，導致換熱設備和管道的腐蝕。形成的生物粘泥和藻類附著物會使凝汽器等換熱設備效率降低，甚至使部分管道污堵，導致凝汽器真空度降低，端差增大，排氣溫度升高，熱效率降低[3]，給機組安全經濟運行帶來不良影響，甚至是嚴重的威脅。此外，隨著端板上不銹鋼管脹口處腐蝕不斷地加深，凝汽器泄漏量將增加，對水汽品質和機組真空產生不良影響，進而影響機組安全穩定的運行。

循環水是一個高鹽和溫度適宜系統，存在三大常見問題:腐蝕、結垢和微生物生長[4]。為此引入水處理劑，其中應用最為廣泛的是緩蝕劑、阻垢劑和殺生劑[5]。循環冷卻水處理的目的就在于消除或減少結垢、腐蝕和生物粘泥等危害，使發電系統可靠地運行。但由于循環水水文環境、水域生物、防污工藝等不同，為了保證殺滅效果和成本因素，應選取非氧化型藥劑、氧化型藥劑或交替投加的加藥方式。考慮到海水冷卻系統受環境影響較大，加藥方案中殺生劑的投加劑量與投加時間需要根據不同冷卻水系統和不同外部環境變化情況而設定，而且還需要針對系統中海生物的種類和生長、繁殖季節而做調整。王佳佳等[6]用實驗證實C6H6NO3SNa可以被用作循環水中的熒光示蹤劑，對水處理劑的在線檢測有較強的應用價值。長期使用某一殺菌劑會產生抗藥性，降低殺菌處理效果，因此對于新建的1 000 MW機組推薦采用外購殺菌劑的方式，采用定期投加方案，并根據季節及運行工況隨時更改加藥品種。矸石電廠選用季銨鹽類殺生劑，采用沖擊式大劑量加藥方法[7]，基本上抑制了菌藻類物質的繁殖。盤山電廠以氯系氧化性殺菌劑氯錠為主，殺滅水體中細菌，定期沖擊式加入非氧化性殺菌劑(復合殺菌劑和異噻唑啉酮交替使用)來提高殺菌滅藻功能[8]。杜超[9]對計量泵式加藥和自流式加藥從運行、維護以及檢修等方面進行比較分析，認為選用自流式加藥更加經濟可靠。

本文對國內四家濱海電廠和廣東省某集團下屬七家沿海電廠的循環水水文環境、海域生物、防污工藝、防污效果等有針對性地進行調查研究，通過藥劑市場調查、資料評估和模擬試驗，結合湛江發電廠循環水處理情況，推薦出較合適的防污藥劑，提出進一步加藥優化的建議。

1 海水殺生劑

目前市場上的殺生劑比較多，但大部分是針對內陸循環水系統的，專門面向濱海電廠的海水循環水系統的殺生劑還較少。根據搜集的資料，整理如表1所示。H-130M是一種非氧化型殺生劑。加入海水后，會與生物的細胞膜中的蛋白質反應，從而破壞細胞的結構，殺死生物。MEXEL432/0是烷基胺水乳濁液，屬于分散劑和洗滌劑，其作用是抵制和驅趕貝類和微生物，而非殺滅。WSCP是一種陽離子聚合殺菌滅藻劑，可有效控制藻類的生長。

表1 市場化殺生劑

CN907是一種海水微生物殺生藥劑，CN909能夠補充殺滅非氧化行殺生劑無特異針對性的海生物，特別是藻類和有些軟體動物。CN907與CN909交替使用，效果更佳。AY1001殺生劑是具有不同碳鏈長度的復合季銨鹽產品，具有顯著的協同增效作用。防污劑AY2001是一種復合型乳液體系，可以在海水中自動分散；AY2001產品中的復合有機胺成分具有很強的成膜性和黏附性，易附著于海生物表面，與殺生劑配合時，可有效提高殺生劑的殺生性能；并可在金屬和混凝土等內壁表面形成光滑的保護膜，起到減緩金屬腐蝕和驅離海生物功能，阻止海生物在系統內的吸附和固著。

2 海水防污殺菌滅藻狀況

通過查閱文獻、現場調研、與電廠技術人員交流溝通、查閱歷年加藥資料，對包括廣東省某集團下屬的7家電廠及國內類似4家濱海電廠的循環水防污系統進行調研。

2.1 國內濱海電廠

調研的QD電廠、CZ電廠、HM電廠和TS電廠等4家濱海電廠，均采用次氯酸鈉防污，其中1家投加次氯酸鈉防污，3家采用電解海水制次氯酸鈉。從運行情況看，電解制氯和投加次氯酸鈉的防污效果均比較理想，在加藥系統正常運轉的情況下，未因海生物的積累影響機組運行。加藥防污因藥劑及投加方式不同，效果有差異，但防污費用有較大差異。

電解防污與加藥防污的電廠都存在出水口泡沫較多的問題，在循環水排回大海前，各電廠通過加消泡劑或者物理方案很好地解決了泡沫問題。

2.2 集團沿海電廠

調研的廣東省某集團下屬7家沿海電廠的加用藥劑和防污效果等情況如表2所示?？梢?，各電廠均采用加藥防污，除廣東某E電廠仍采用單一藥劑次氯酸鈉外，其余電廠都采用氧化性藥劑與非氧化性藥劑交替投加的防污方案。嘗試使用過的比較成功的藥劑包括氯氣、次氯酸鈉、CT1300(CT1302)、CN907、H130M、N2819SZ、WSCP。其中以氯氣使用效果應該是最好的。各電廠在所用藥劑種類一定的情況下，還根據每次檢修發現的問題，結合小型試驗及多年的防污經驗不斷完善加藥方式，取得了不錯的防污效果。

表2 能源電廠防污情況匯總

廣東省某集團下屬各電廠海域的生物略有差異，常見的對循環水系統造成污染的海生物有綠貝、藤壺、水螅蟲、褐貝、海瓜子、牡蠣等，其中綠貝是主要的污染物，各海域均有出現，因此采用加藥防污的方案，主要針對以上物種。從防污效果、經濟效益以及環保因素等方面綜合考慮，較優的防污方案應該是以氧化性殺生劑(次氯酸鈉)為主，然后根據實際情況，有選擇性地輔助添加一些對貝類、蛤類、牡類動物的生長有抑制作用的非氧化性殺生劑，兩種藥劑交替投加。

海生物的生存與水流關系密切，海生物的殺滅情況也和所加藥劑與循環水的混合均勻程度有密切關系，因此循環水系統的設計對防污效果的影響也不可忽視。不同海生物種類都有其適宜生長、繁殖的環境條件和季節，把握好加藥時間，根據季節變化適當調整加藥方式，有利于提高防污效果。只要控制海生物的生長量不至于影響機組運行即可，以降低防污費用。

3 防污加藥方案優化

3.1 電廠概況

湛江電廠位于湛江市赤坎區調順北端，東臨海灣深水線，屬南海海域，水質穩定。電廠分別建有4臺330 MW發電機組，采用海水直流冷卻，單臺機組的循環水量為36 000 t/h；冷凝器材質主要為鈦管，水室和部分管道為襯膠碳鋼。主要海生物污染為藤壺和貝類(青口貝等)，也有少量的藻類。

海水供水流程為：取水口—引水明渠—前池—旋轉濾網—循環泵房—壓力供水管—凝汽器—虹吸井—排水明渠—排水口。

3.2 加藥歷史

自2004年12月開始試用非氧化性海水殺生劑CN-907與次氯酸鈉交替使用已有10年。針對2011年至2012年凝汽器檢查情況，青口、褐貝問題基本解決，但藤壺又有稍微增加的痕跡，2012—2013年方案采用保持非氧化殺生劑量不變和增加次氯酸鈉加藥時間方式。2013年1月2號機組增容改造后，根據海水海生物情況，綜合其他濱海電廠的加藥防污的成功做法，在2號機組循環水系統新增加了H-1300海水殺生劑。其他1號、3號、4號機組維持繼續使用非氧化性海水殺生劑CN-907與次氯酸鈉交替使用。每年根據檢查情況對方案進行優化。

近幾年循環系統情況是：凝汽器進口水室頂板及側壁生長有海生物，凝汽器鈦管較潔凈。2015年1月至12月的加藥方案中，1號、2號機組進行繼續加新型H130M海水殺生劑與次氯酸鈉。在3號、4號機組加CN907非氧化殺生劑和次氯酸鈉，只對加藥時間與方式進行稍微調整進行試驗。

3.3 加藥方案優化

2016年1月起繼續對加藥方案優化，主要采用防污抑制海生物控制技術，利用海生物殺生防污劑AY-2001成膜防污的原理，分散和剝離系統粘泥和積垢的同時，加強了海生物抑制能力。正常水質和氣候條件下，取消氧化性殺生劑的使用。特殊水質期間，加大殺生防污劑AY-2001的投加，以確保良好的海生物控制效果。

由于每年氣候、水質和海生物條件均有一定的差異和不可預見性，根據湛江電廠小型模擬實驗結果，制定如下基本控制方案，并預留一定藥量以便及時調整優化，2018—2019年的單機藥量具體如下方案見表3。如遇連續大雨或臺風等特殊氣候條件，海水水質會出現較大的波動，如海水濁度增大，浮游海生物增多。因此需要對加藥計劃進行適當的調整。如連續三天以上的雷風大雨或臺風在電廠周邊海域登陸，則按特殊氣候加藥執行,方案見表4。

表3 1號～4號機組加藥計劃

表4 特殊氣候加藥計劃

建立并完善加藥臺賬，除了加藥量之外的，還將機組運行數據、機組啟停機情況、凝汽器檢查情況、前池水質、旋轉濾網、明渠、泡沫及潮位等加藥相關信息，記錄進臺賬，以便對加藥效果的評估與分析，及時調整加藥方案。

4 應用效果分析

2018年7月起，組織對循環水系統優化加藥方案的實施效果進行檢查，機組正常運行，凝汽器各參數穩定(見圖1～圖2)，循環水入口壓力、凝汽器真空度和端差等參數保持平穩，未出現因海生物堵塞影響機組運行情況，海生物控制效果良好，滿足機組的安全平穩運行，滿足生產需求。

圖1 3號和4號機組凝汽器端差

圖2 3號和4號機組凝汽器真空度

根據機組運行和海生物檢查情況，四臺機組循環水泵旋轉濾網及凝汽器水室，管面光滑，鈦管面未見海生物附著(見圖3)，說明防污劑AY2001對湛江電廠海域的海生物控制良好，對運行機組起了有效的保護作用。通過多次對凝汽器的系統檢查對比，海生物的控制情況有明顯的改善，凝汽器水室無水螅蟲，在完全不投加次氯酸鈉的情況下，仍能較好地保持對水螅蟲的控制效果。

圖3 3號機組凝汽器水室檢查

根據凝汽器檢查情況，繼續優化加藥方案。自2018年12月10日起，由原先每天補充投加的方式改為三天一次加大藥劑的沖擊性投加。由于AY2001有較強的粘泥剝離作用，剛開始運用沖擊性投加時有沖刷作用，會將系統內部原有黏附的粘泥剝離下來。于是12月26日(沖擊性加藥執行約半個月)打開4號凝汽器時，凝汽器水室位置有較多粘泥。而當系統內部沖刷相對干凈后，剝離下來的粘泥便慢慢隨著水流流走，在2019年1月份打開3號機凝汽器時，水室處較為干凈，極少粘泥附著。加藥期間泡沫控制良好，未有大量泡沫涌出海面。

應用上述優化方案期間，單位發電量藥劑費用為5.12元/萬kW·h，較之前的5.95元/萬kW·h下降了0.83元/萬kW·h。1號～4號機組真空度月平均提高了0.35 kPa，供電煤耗平均降低0.875 g/kW·h，可直接減少CO2、SO2、NOx和煙塵的排放量及其處理費用。每年同比減少凝汽器清理5次，降低清理循環水系統帶來的職業健康危害以及工作風險，提高了機組負荷的穩定性；同時由于加藥時產生的泡沫較少，也減少了加消泡劑的費用，防止大量泡沫引起對海面的環保影響。

5 結 論

循環水系統防污是一個很復雜的過程，在所用藥劑種類一定情況下，防污效果還受加藥量、加藥方式、環境因素、季節變化、物種競爭以及循環水系統設計等多方面因素的影響。循環水系統防污要結合各電廠海域的海生物種類、海生物隨季節變化情況以及循環水系統運行自身特點等多方面原因設計加藥方案，并在運行過程中根據新出問題不斷完善加藥方式，不能僅憑小型試驗就確定某種藥品在各海域適合的加藥方式。

由于海生物生長的特性與海水水溫、生長環境、循環水藥品的耐藥性等因素影響，需要加強對海生物的生長規律進行監測，根據實際情況持續對循環水加藥處理方案進行不斷優化和調整。