電化學法處理循環冷卻水的應用研究

摘要：循環冷卻水系統廣泛應用于工業生產的冷卻過程，顯著提升水資源利用效率，但結垢問題直接影響循環冷卻水系統的安全性與穩定性。電化學法處理循環冷卻水，可有效解決結垢問題。河北省某電廠采用電化學法處理循環冷卻水，運行效果較好。結合具體案例，論述循環冷卻水系統和電化學處理系統構成，分析系統運行效果，以更好地將電化學法應用于循環冷卻水處理中。

關鍵詞：電化學法；循環冷卻水；節能減排

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0267-03

Application research on treatment of circulating cooling water by electrochemical method

—Taking a power plant in Hebei Province as an example

ZHAO Yongmei， FENG Lei， LEI Zheng， GUO Gang

（Guodian Power Handan Dongjiao Thermal Power Co.， Ltd.， Handan 057550， China）

Abstract： The circulating cooling water system is widely used in the cooling process of industrial production， significantly improving the efficiency of water resource utilization， however， the problem of scaling directly affects the safety and stability of the circulating cooling water system. Electrochemical treatment of circulating cooling water can effectively solve the problem of scaling. A power plant in Hebei province uses electrochemical method to treat circulating cooling water， and the operation effect is good. Based on specific cases， the composition of the circulating cooling water system and the electrochemical treatment system is discussed， and the operating effect of the system is analyzed， so as to better apply the electrochemical method to the treatment of circulating cooling water.

Keywords： electrochemical method; circulating cooling water; energy conservation and emission reduction

目前，我國工業生產的冷卻環節普遍采用循環冷卻水系統，有效提高用水效率。冷卻水循環使用，循環冷卻水系統會出現結垢、腐蝕現象，影響冷卻系統換熱效率，甚至導致冷卻系統管道堵塞，埋下安全隱患[1]。在工業循環冷卻水系統中，為防止垢下腐蝕，通常會添加聚磷酸鹽緩蝕劑，隨著循環冷卻水溫度上升，聚磷酸鹽水結成正磷酸鹽，產生硅酸鈣、硅酸鎂等水垢。“十四五”時期，國家支持重點行業、企業率先實現碳達峰，鼓勵工業企業節能減排和再生水利用[2]。截至2024年7月底，我國累計發電裝機容量約為31.0億kW，同比增長14.0%。其中，火電裝機容量為14.1億kW，同比增長3.5%?；痣姀S在生產過程中會消耗龐大的水資源，排放大量污水。目前，歐洲和美國廣泛應用電化學法處理電廠循環冷卻水，這是水處理的發展方向，也是實現零排放的新技術[3]。電化學法處理電廠循環冷卻水，就是通過電場作用實現電解、氧化、還原和絮凝等物理、化學反應，經化學藥劑殺菌、滅藻和除垢等，將循環冷卻水中的Ca2+、Mg2+以固態形式提取出來，并維持系統離子平衡[4]，實現循環冷卻水系統高濃縮倍數運行，提升節水減排效果[5-6]，如圖1所示。

1 循環冷卻水系統

河北省某電廠一期工程建設2臺功率350 MW的超臨界濕冷汽輪發電機組，機組主機凝汽器排汽冷卻采用帶有自然通風冷卻塔的二次循環供水系統，輔機冷卻系統接入主機冷卻系統。循環冷卻水系統為雙機雙塔，每臺機組配2臺循環冷卻水泵（1變頻1工頻）、1座自然通風冷卻塔、1條進排水干管及相應的構筑物。系統由逆流式雙曲線自然通風冷卻塔、循環水泵、泵房、供回水管道和回水溝道構成。冷卻塔淋水面積為4 500 m2，塔高為105 m，零米直徑為81.95 m。循環冷卻水系統補水為周邊污水處理廠出水，出水通過廠區污水處理站進行深度處理。循環冷卻水系統補水水質如表1所示。1號機組和2號機組采用相同的循環冷卻水系統，運行參數設置均相同。冷卻塔均為開式，最大循環量為76 038 m3/h，保有水量為24 000 m3，出水溫度為28 ℃，進水溫度為36.5 ℃，最大蒸發量為1 065 m3/h，風吹損失量為38 m3/h。

與設計補水水質相比，實際補水的濃縮倍數為2.0～3.0，不滿足《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB/T 50050—2017）的要求，即間冷開式系統的設計濃縮倍數不宜小于5.0且不應小于3.0。結合補排水量、電導率、總硬度、濁度和總堿度等指標，循環冷卻水具有北方水質的顯著特點，總堿度和總硬度高，水質具有結垢性。低濃縮倍數下，化學藥劑的使用無法達到預期的殺菌滅藻效果，阻垢緩蝕效果欠佳。

2 電化學處理系統

2.1 電化學法原理

電化學法處理電廠循環冷卻水的原理是利用直流電源混頻、掃頻交叉效應，通過陰、陽極氧化還原反應使陰極發生還原作用，實現殺菌滅藻、防腐除銹的功效。例如，將成垢鹽類直接從陰極板析出，達到除垢效果；利用強氧化性基團殺菌滅藻；水中鐵離子在電場作用下生成磁性氧化鐵，隔開鋼管壁、水，達到防腐效果；直流電場作用下，成規則、成片延伸的碳酸鈣硬垢變為無規則、疏松顆粒堆集狀軟垢，達到去垢效果。

2.2 電化學處理系統組成

該電廠1號機組、2號機組的循環冷卻水系統采用電化學法，電化學處理裝置由蘇州青騏驥科技（集團）有限公司生產，型號為HXQ-30。外形尺寸為8 140 mm×2 500 mm×2 950 mm（長×寬×高），安裝空間及維護空間尺寸為10.1 m×5.5 m×6.3 m（長×寬×高），設備質量約為16 t，工作壓力為常壓，設備設計使用壽命為10年，工作溫度為0～60 ℃，進水口直徑為350 mm，單臺最大處理水量為900 m3/h。

輸入電源的電壓為380 V，頻率為50 Hz。直流電源輸出電流為5～6 000 A（分兩組），直流電源輸出電壓為5～20 V。

1號機組、2號機組的循環冷卻水系統電化學處理裝置分別于2022年1月和2023年10月正式調試完畢并投入運行，通過自帶的操作系統進行控制，實現運行操作及除垢的自動化，設備自動化程度較高。同時，系統配備智能在線監測設備，該設備具有水質在線檢測、循環冷卻水穩定指數計算、遠程數據查看和數據存儲等功能。

3 電化學處理系統運行效果

3.1 水質監測

安裝電化學處理裝置后，1號機組循環冷卻水的濃縮倍數維持在5.0～6.0，循環冷卻水鈣硬度與總堿度的平均值保持在1 000 mg/L左右，小于控制指標（1 100 mg/L）。2號機組循環冷卻水的濃縮倍數維持在5.0～6.0，循環冷卻水鈣硬度與總堿度的平均值保持在1 000 mg/L，小于控制指標（1 100 mg/L），如表2所示。

3.2 節水效果評價

1號機組、2號機組的排水量平均值減少91.8 m3/h，每日節水2 203.2 m3，每月節水66 096 m3。

3.3 循環冷卻水藥劑使用

電化學處理裝置安裝后，運行期間，循環冷卻水使用的藥劑逐步減量，目前，1號機組、2號機組的循環冷卻水加藥量比改造前減少40%～50%，使用的藥劑有緩蝕阻垢劑等，凝汽器端差和排汽溫度未出現明顯變化。機組檢修期間，發現1號機組和2號機組的主機凝汽器銅管表面光滑，無沉積現象。

3.4 除垢

電化學處理裝置運行后，5～7 d進行一次清垢維護。電化學處理裝置每次清垢量為500～650 kg（濕垢），清理垢物呈疏松狀，為灰白色固體，主要成分為碳酸鈣和氫氧化鎂。

4 結論

循環冷卻水系統廣泛應用于工業生產的冷卻過程，顯著提升水資源利用效率，但結垢問題直接影響循環冷卻水系統的安全性與穩定性。電化學處理裝置完全運行后，機組循環冷卻水的濃縮倍數由原來的

3.5倍提高到5.0～6.0倍；與改造前相比，2個機組循環冷卻水的月排水量減少66 096 m3，用電量增加115 200 kW；機組凝汽器端差和排汽溫度未出現明顯變化；冬季，循環冷卻水系統減少殺菌劑投加量，系統無菌藻滋生現象；5～7 d進行一次清垢維護，每次清垢量為500～650 kg（濕垢）。電化學處理系統運行時間較短，2023年機組檢修期間，對1號機組和2號機組的主機凝汽器進行檢查，凝汽器銅管表面光滑，無沉積現象。陰極板除垢刮刀屬于固定式刮刀，存在除垢盲區，這就需要定期采用高壓水進行去除。電化學處理裝置定期除垢后，再次啟動，產水中懸浮物超標，會影響循環冷卻水濁度，這就需要對系統進行清洗。研究表明，電化學法可用于處理循環冷卻水，有效解決結垢問題，促進循環冷卻水系統高濃縮倍數運行，提升節水減排效果。

參考文獻

1 李 森，王海峰.電化學法處理冷卻循環水技術的應用[J].化工進展，2013（10）：2514-2517.

2 高 磊，疏吟梅，肖丙雁.電化學技術在某電廠循環水上的應用研究[J].電氣技術與經濟，2024（3）：84-86.

3 李詠昕.電化學水處理設備在循環冷卻水系統的應用[J].河北冶金，2023（6）：78-81.

4 樊 旭.電化學水處理技術在工業循環冷卻水處理中的應用[J].煤炭與化工，2018（9）：

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5 張愛軍，晉銀佳，姬海宏.電化學技術處理火電廠循環水的試驗研究[J].華電技術，2019（8）：53-56.

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