馬世松

（河北國(guó)華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 滄州 061113）

0 概 述

河北國(guó)華滄東發(fā)電廠以600MW等級(jí)汽輪機(jī)的抽汽作為汽源，采用低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)制造淡水，一期工程與發(fā)電機(jī)組配套建有2臺(tái)萬噸級(jí)海水淡化裝置。設(shè)計(jì)要求海水淡化裝置入口處海水的總懸浮物（TSS）含量應(yīng)小于300mg／L，但該裝置入口處海水的泥沙和懸浮物含量較高，且含量的變化較大。在歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中顯示，該處海水的TSS含量一般在100～500mg／L。因此，為保證入口處海水的水質(zhì)符合海淡設(shè)備的運(yùn)行要求，在一期工程中，增加了2臺(tái)海水淡化裝置的預(yù)處理設(shè)備。選用兩列高效沉淀池，采用混凝澄清工藝對(duì)原海水進(jìn)行預(yù)處理，共包括混凝、絮凝和沉降等三個(gè)過程［1］，處理海水的工藝流程，如圖1所示。預(yù)處理設(shè)備加入的主要藥品為混凝劑，其次是絮凝劑，混凝劑設(shè)計(jì)選用濃度為41%的FeCl3溶液，加藥量通?？刂圃?0mg／L，年用量約646t；絮凝劑設(shè)計(jì)選用聚丙烯酰胺，年用量約4t。

圖1 海水淡化預(yù)處理設(shè)備工藝流程圖

每年冬季檢查海水淡化裝置時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在蒸發(fā)器換熱管表面、冷凝器和板式換熱器的換熱管內(nèi)部含有大量紅褐色污垢，如圖2所示。這些污垢堵塞換熱管后，使海水淡化裝置進(jìn)效海水的流量降低，并影響換熱器的換熱作用，從而導(dǎo)致海水淡化設(shè)備的制水效率大幅下降。在某年冬季，海水淡化裝置的造水比由設(shè)計(jì)值8.33劇降至4.5左右，為此，被迫停運(yùn)海水淡化裝置進(jìn)行污垢清理。

圖2 蒸發(fā)器換熱管表面的污垢

1 海水淡化設(shè)備被污堵的原因

該電廠附近海域的海水溫度每年約有3個(gè)半月在5℃以下（冬季時(shí)海水的最低溫度達(dá)－1.5℃）。

海水溫度的變化將對(duì)海水預(yù)處理的效果產(chǎn)生影響。利用混凝和絮凝的工藝方法，分別向高效沉淀池和絮凝池加入混凝劑三氯化鐵和絮凝劑聚丙烯酰胺，與天然海水中的堿度發(fā)生反應(yīng)形成氫氧化鐵膠鐵，形成的絮凝物密度大且沉降性能好，對(duì)高濁水、低濁水的混凝效果比用鋁鹽更好，在5℃以下FeCl3的活性極差，遇到后續(xù)反應(yīng)過程的溫升將激發(fā)活性，并在下級(jí)海水淡化裝置中溫度較高部位（如蒸發(fā)器和板式換熱器中）形成膠體，形成氧化鐵類［Fe2O3·nH2O］的紅褐色污垢并堵塞換熱管，如圖3所示。

圖3 冷凝器換熱管內(nèi)部被污垢堵塞的狀況

這些化學(xué)反應(yīng)為：

（1）水解反應(yīng)：一般無機(jī)鹽的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)水溫低于5℃時(shí)，水解速度極慢，形成的礬花細(xì)小、松散。

（2）混凝及絮凝反應(yīng)：混凝反應(yīng)的速度取決于反應(yīng)顆粒的碰撞幾率，在低溫條件下顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)減慢，動(dòng)能降低，水的黏度增大，這些都不利于顆粒的碰撞和絮凝體的長(zhǎng)大，形成的絮凝物結(jié)構(gòu)疏松，含水量多，顆粒細(xì)?。?］。

（3）沉降過程：在低溫條件下，混凝反應(yīng)生成的絮體顆粒細(xì)小，加之水的黏度增大，因此造成絮凝體沉降速度相對(duì)下降，出水水質(zhì)差。

通過分析，海水淡化換熱設(shè)備產(chǎn)生污堵主要是因預(yù)處理的加藥所致，因此，需對(duì)預(yù)處理加藥工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2 海水淡化預(yù)處理停止加藥試驗(yàn)

當(dāng)原海水的溫度低于5℃時(shí)，停止向海水預(yù)處理沉淀池和絮凝池加入混凝劑和絮凝劑，僅靠重力沉降作用對(duì)原海水進(jìn)行處理。在試驗(yàn)過程中，為保證預(yù)處理出水水質(zhì)滿足海淡設(shè)備的進(jìn)水要求，以預(yù)處理出水總懸浮物含量在300mg／L內(nèi)，作為滿足試驗(yàn)要求的最終判斷標(biāo)準(zhǔn)，以預(yù)處理出水濁度在300NTU內(nèi)，作為試驗(yàn)要求的輔助判斷標(biāo)準(zhǔn)。停止加藥試驗(yàn)的流程，如圖4所示。停止加藥后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，如圖5所示。盡管海水淡化預(yù)處理的出水水質(zhì)有所波動(dòng)，但出水的TSS均小于160mg／L（重量法人工測(cè)定）、出水的濁度均小于140NTU（在線監(jiān)測(cè)值），說明了在停止對(duì)海水加藥期間，依靠預(yù)處理的物理沉降后的出水水質(zhì)能滿足下級(jí)海水淡化裝置的進(jìn)水要求。通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的檢查發(fā)現(xiàn)，海水淡化預(yù)處理停止加藥后，蒸發(fā)器換熱管表面及其它換熱器的換熱管表面均清潔和光亮，如圖6、圖7所示。因此，盡管在海水預(yù)處理過程中，包括了混凝、絮凝和沉降等三個(gè)過程，但通過停止加藥的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，海水淡化的預(yù)處理加藥工藝有改進(jìn)和優(yōu)化空間。在冬季停止加藥試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，將預(yù)處理停止加藥的試驗(yàn)周期擴(kuò)展至全年。在后期的試驗(yàn)結(jié)果表明，全年停止加藥在海水淡化的預(yù)處理也是可行的，停止加藥的試驗(yàn)成功后，同時(shí)也產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（1）全年節(jié)約藥品費(fèi)用約80萬元，其中削減三氯化鐵用量646t，每年節(jié)約77.52萬元，削減聚丙烯酰胺用量4t，每年節(jié)約2.64萬元；（2）減少了換熱器的污堵，使海水淡化系統(tǒng)的制水效率明顯提高，冬季可平均提高1個(gè)造水比，降低制水成本0.3元／噸水；（3）每年減少檢修費(fèi)用（包括設(shè)備定期清理及因清理所發(fā)生的備件更換費(fèi)用）13萬元，減輕了檢修和維護(hù)工作量；（4）為二期工程的萬噸級(jí)海水淡化預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)［3］。

圖4 海水淡化預(yù)處理停止加藥試驗(yàn)框圖

圖5 海水淡化預(yù)處理停止加藥后出水水質(zhì)曲線圖

圖6 停止加藥后蒸發(fā)器換熱管的表面較為清潔

圖7 停止加藥后冷凝器換熱管內(nèi)部較為清潔

3 結(jié) 語(yǔ)

在低溫多效蒸餾海水淡化系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保證海水淡化裝置進(jìn)水水質(zhì)，常采用混凝澄清工藝的預(yù)處理設(shè)備，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，混凝澄清工藝中加入的混凝劑和絮凝劑會(huì)使下級(jí)海水淡化換熱設(shè)備產(chǎn)生污堵，尤其在海水溫度較低的季節(jié)，更易產(chǎn)生污堵現(xiàn)象。污堵產(chǎn)生的主要原因是海水淡化換熱設(shè)備中局部區(qū)域的溫度較高，混凝藥品在該處易發(fā)生反應(yīng)而生成沉淀物。針對(duì)產(chǎn)生污堵原因，對(duì)混凝澄清工藝進(jìn)行試驗(yàn)并加以改進(jìn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，停止加入混凝藥品后，僅依靠預(yù)處理的物理沉降過程，也可保證其出水水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。因此，在二期設(shè)計(jì)容量為1.25萬t／d國(guó)產(chǎn)低溫多效蒸餾海水淡化系統(tǒng)中，并未設(shè)置海水預(yù)處理設(shè)備，只是簡(jiǎn)單設(shè)置一座緩沖水池，兼用作海水提升泵蓄水池，系統(tǒng)投產(chǎn)至今，運(yùn)行情況良好，沒有再次發(fā)生換熱管的污堵現(xiàn)象。通過改進(jìn)預(yù)處理工藝，不但節(jié)省了藥品費(fèi)用，也防止了結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。