文_李勇 楊進(jìn) 李東 景杰 山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司

受北方受季節(jié)性風(fēng)沙、水質(zhì)條件等因素影響，漳山電廠工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)換熱設(shè)備結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，造成運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用高等問題。為了解決此問題，公司本著優(yōu)化方案、領(lǐng)先行業(yè)、經(jīng)濟(jì)高效、利于環(huán)保的原則，在借鑒國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，全面完成了2×300MW工業(yè)循環(huán)冷卻水處理的方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品制作、產(chǎn)品性能實(shí)驗(yàn)、設(shè)備安裝及方案實(shí)施后的預(yù)期效果評估等。

（1）系統(tǒng)管道結(jié)垢、銹蝕嚴(yán)重

表現(xiàn)為水中的雜質(zhì)與泥污在系統(tǒng)管路及換熱器端板處沉積與水垢結(jié)合，形成垢下腐蝕，嚴(yán)重影響到冷卻系統(tǒng)的冷卻效率，降低了換熱設(shè)備的使用壽命。

1 漳山電廠工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)工況分析

1.1 工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)工況數(shù)據(jù)（見表1）

1.2 一期工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)（見表2）

1.3 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要問題

從工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表中可以看出，該廠工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行中，存在以下問題：

表1

表2

（2）水浪費(fèi)嚴(yán)重

兩期循環(huán)水的濃縮倍率均在1.3～1.4之間，需要大量排放含有化學(xué)藥劑的污水，同時也就需要大量補(bǔ)充一次水，這個濃縮倍率遠(yuǎn)低于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范GB50050-2007》的要求。

（3）微生物滋生嚴(yán)重

過低的濃縮倍率，使得投加的化學(xué)藥劑很難維持一個有效的殺滅微生物的濃度，一期循環(huán)水的余氯含量難以滿足控制微生物和藻類的濃度。由于微生物不能在線檢測到，而且部分微生物對殺菌劑有耐藥性，盡管投加化學(xué)藥劑，微生物控制肯定有反復(fù)，時常爆發(fā)，因此濁度也很高。

（4）生物粘泥導(dǎo)致局部腐蝕和污垢熱損

由于微生物難以控制，微生物及其代謝產(chǎn)物會粘附在管道和熱交換器表面，尤其是滯流區(qū)域，比如換熱器端板附近，將有大量粘泥粘附。粘泥的熱阻是碳酸鈣熱阻的數(shù)倍，污垢將導(dǎo)致熱交換效率大幅度下降。

（5）大量化學(xué)藥劑消耗

由于濃縮倍率只有1.3～1.4，要維持一定的有機(jī)磷和余氯濃度，化學(xué)藥劑投加量大大增加，從而增加了水系統(tǒng)的運(yùn)行成本和污染物排放，其經(jīng)濟(jì)性差也不利于環(huán)保。

1.4 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理方案選擇

公司先期在1＃機(jī)組電泵冷油器處安裝1臺離子棒除垢儀，試運(yùn)行一年后檢查，管束內(nèi)壁清潔無結(jié)垢，效果很好。但是，此方式需要安裝的工作點(diǎn)有64個，一次投資費(fèi)用高，日常維護(hù)管理面大。經(jīng)調(diào)查分析，決定采用符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50050-2007》要求的旁流水處理方式，從源頭上改善目前水質(zhì)工況，消除循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕以及一次投資費(fèi)用高、維護(hù)管理面大等問題。

我們采取自行研發(fā)生產(chǎn)的兩臺EST-25-40K型旁流水處理器和兩臺XDZ-100型全自動自清洗過濾裝置及PH值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的旁路組合方式，達(dá)到了預(yù)期效果。

2 EST旁流水處理器工作原理及試驗(yàn)分析

2.1 EST旁流水處理器的組成及工作原理

圖1 EST水處理反應(yīng)示意圖

針對我公司2×300MW工業(yè)循環(huán)冷卻水近幾年運(yùn)行實(shí)際工況，精心組織設(shè)計(jì)與量身制作了EST-25-40K型水處理設(shè)備（見圖1）。該設(shè)備主要由EST電極、電動刮刀、自動控制閥、水質(zhì)傳感器和PLC控制器組成。其中EST電極屬設(shè)備的核心部分，由表面涂有稀有金屬釕的鈦合金材料采用特殊工藝制作而成，具有使用壽命長和優(yōu)異的理化特性。其作用原理源于工業(yè)循環(huán)冷卻水所具備的天然電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電屬性，利用EST電極和溶液界面上進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)即“電極反應(yīng)”，通過改變工業(yè)循環(huán)冷卻水原有的酸堿度pH值，成垢離子如Ca2+、Mg2+、CO32ˉ、SO42ˉ等濃度以及反應(yīng)過程中產(chǎn)生的各種化學(xué)成分如Cl2、ClOˉ、H2O2、O3，以實(shí)現(xiàn)改善原有水質(zhì)工況，達(dá)到阻垢、防腐、滅菌，防止微生物滋生的目的。

（1） 陰極反應(yīng)

反應(yīng)室中維持的工作電流為直流7～25 A，在陰極（反應(yīng)室內(nèi)壁）附近形成高濃度的氫氧根，這種升高的pH環(huán)境，讓易結(jié)垢的礦物質(zhì)預(yù)先結(jié)垢，并從水中析出。

（2） 陽極反應(yīng)

電流也將一部分的氯離子轉(zhuǎn)化成氯氣，在工業(yè)冷卻水中形成持續(xù)殺菌作用的次氯酸。同時產(chǎn)生臭氧、氧自由基、氫氧根自由基和雙氧水。同時結(jié)合安培電流及局部高的和低的（陽極）pH區(qū)域，維持了水處理設(shè)備內(nèi)部一個的有效消毒環(huán)境。

PLC控制的電動刮刀定期工作刮除反應(yīng)室內(nèi)壁預(yù)沉淀出來的礦物質(zhì)，并通過自動排污閥排出反應(yīng)室。

清洗周期和清洗時間取決于每天要去除的礦物質(zhì)以及從冷卻塔中排掉的水量，以維持冷卻塔中水系統(tǒng)的化學(xué)和微生物平衡。每次清洗開始時，兩臺電動閥門控制著流入EST內(nèi)的水的流動方向。清洗的第一步，進(jìn)出口閥門關(guān)閉，EST底部的排污閥門打開。刮刀在活塞的推動下在反應(yīng)室內(nèi)自上而下運(yùn)動，刮掉內(nèi)壁軟的預(yù)先沉淀出來的水垢，并和沖洗水一起從底部排出。排污的時候，進(jìn)水閥門打開，以便沖洗排放區(qū)域。約2min后，排污閥門關(guān)閉，刮刀回到反應(yīng)室的頂部，出水閥門打開，EST重新工作。

2.2 EST旁流水處理器的除垢試驗(yàn)及分析

（1）試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水模擬我公司循環(huán)冷卻水的實(shí)際工況采用化學(xué)藥劑配制而成，采用化學(xué)純試劑無水CaCl2和NaHCO3按等當(dāng)量配制。

配制水質(zhì)指標(biāo)：

總硬度320～400mg/L（以CaCO3計(jì)）,總堿度360～400mg/L（以CaCO3計(jì)）；

氯離子260～330mg/L,電導(dǎo)率（1.55～1.74）×103μs/cm；

試驗(yàn)條件：EST電流取25A刮垢刀每3h工作一次。

（2）水質(zhì)分析

總硬度：以鉻黑T作指示劑，EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定；

圖2 總硬度與時間的曲線

圖3 總堿度與時間的曲線

圖4 電導(dǎo)率與時間的曲線

總堿度：以甲基橙作指示劑用H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定；

氯離子：以鉻酸鉀為指示劑用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定；

電導(dǎo)率：用DDS-11A電導(dǎo)率儀測定。

（3）試驗(yàn)結(jié)果（見表3）

表3

（4）試驗(yàn)水質(zhì)變化分析

分別以總硬度、總堿度、電導(dǎo)率為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)作曲線，如圖2、圖3、圖4所示。

從圖中可明顯看到，EST水處理器對成垢離子（硬度與堿度）成分去除效果十分明顯。而電導(dǎo)率變化不大，表明EST對去除離子具有很強(qiáng)的選擇性。

（5）微生物的控制試驗(yàn)及分析

陰極和陽極的化學(xué)反應(yīng)，配合特別的流量設(shè)計(jì)，細(xì)菌反復(fù)地流經(jīng)反應(yīng)室就會暴露在極高和極低的pH、電擊、和其它幾種氧化消毒環(huán)境之中。通常寄生在冷卻水懸浮物上面的細(xì)菌只適應(yīng)弱堿性環(huán)境，pH值在8.5～9.0之間。當(dāng)循環(huán)冷卻水切向進(jìn)入和離開反應(yīng)室，在不斷反復(fù)地將細(xì)菌置于低pH值區(qū)和高pH值區(qū)，使其無法生存下去。陽極反應(yīng)產(chǎn)生氯氣、臭氧和氧自由基、雙氧水，又通過氧化作用殺死細(xì)菌和微生物。

除垢及殺菌實(shí)驗(yàn)表明EST水處理器除垢及殺菌效果顯著，雖采用靜態(tài)試驗(yàn)方式，但與實(shí)際系統(tǒng)工況具有參照性，產(chǎn)品動態(tài)性能及參數(shù)可在實(shí)際初始運(yùn)行中調(diào)整完善。

針對漳山電廠2×300MW工業(yè)循環(huán)冷卻水屬開式循環(huán)系統(tǒng)，北方季節(jié)性風(fēng)沙、蝗蟲落于水池等因素，我們選擇XDZ全自動自清洗過濾器與EST水 處理器組合系統(tǒng)，由XDZ自動濾去水中各種機(jī)械雜質(zhì)后再進(jìn)入EST設(shè)備，以確保EST設(shè)備高效安全運(yùn)行。

表4

3 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理工況比較（見表4）

從表4數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)果：

（1）節(jié)省新鮮水（或一次水）

節(jié)約新鮮水量為：（199.68t-61.44t）×8000h =1105920t/a。

（2）節(jié)省藥劑費(fèi)

按平均藥劑費(fèi)用約為0.5元/t新水。節(jié)省藥劑費(fèi)用為：（199.68t-61.44t）×8000h×0.5元/t = 552960元/ a。

（3）減少排污費(fèi)量

一期排污水量：（148.8t-10.56t）×8000h =1105920t/a，按1.2元／t計(jì)，減少的排污費(fèi)為：105920×1.2＝1327104元／a。

（4）增加的電解電耗

采用電解水處理器之后，一期增加的電耗為：1.5kWh×8000 h= 12000kWh/a。

以上沒有包括因污水排放增加的污水處理費(fèi)用、藥劑難于管理導(dǎo)致的頻繁清洗費(fèi)用、藥品存放引起的管理費(fèi)用、生物粘泥導(dǎo)致的能量消耗、勞動力節(jié)省費(fèi)用、原工況下經(jīng)常更換換熱設(shè)備的費(fèi)用（EST可以連續(xù)運(yùn)行15～20年），EST排水可以回收用于灌溉節(jié)省的一次水費(fèi)用等。

4 結(jié)論

通過以上方案和數(shù)據(jù)分析， EST技術(shù)應(yīng)用于漳山電廠2×300MW工業(yè)循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)，完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范GB50050-2007》的要求。技術(shù)先進(jìn),運(yùn)行安全可靠,一次性投資與長期維護(hù)運(yùn)行管理費(fèi)用更加經(jīng)濟(jì)。在減少藥劑投放與污水排放的同時也利于環(huán)保，為解決本行業(yè)大型火力發(fā)電企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理問題，具有案例示范與技術(shù)推廣作用。