陶志國(guó)，喻 江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

某電廠用于循環(huán)水殺菌的海水制氯系統(tǒng)

陶志國(guó)，喻 江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

某電廠為濱海電廠，凝汽器的循環(huán)冷卻水采用海水。為抑制海水中微生物的生長(zhǎng)，新建了海水制氯系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析了海水制氯系統(tǒng)的制氯能力。為解決制氯系統(tǒng)陰極上沉積物，對(duì)制氯電極進(jìn)行了酸洗，提高了制氯能力。研究結(jié)果表明，新建海水制氯系統(tǒng)的制氯能力，能滿足機(jī)組運(yùn)行的要求。

電廠；海水；制氯；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；循環(huán)水；殺菌；氯酸鈉

0 概 述

某電廠屬于濱海電廠，主機(jī)凝汽器的冷卻水源為海水，供水系統(tǒng)采用一次循環(huán)方式。由于海水中存在各類微小的海生物，這些海生物進(jìn)入凝汽器冷卻水系統(tǒng)后，會(huì)附著在凝汽器的管壁上，降低凝汽器的換熱效果，影響汽輪機(jī)的出力和安全運(yùn)行。為抑制循環(huán)冷卻水中海生物的生長(zhǎng)，該電廠新建了海水制氯系統(tǒng)。制氯系統(tǒng)從循環(huán)冷卻水中引出部分海水，將其電解后，產(chǎn)生了以次氯酸鈉為主的溶液，再將溶液加入冷卻水進(jìn)行循環(huán)。次氯酸鈉具有較強(qiáng)的殺菌能力，能夠防止冷卻循環(huán)水中微小海生物的生長(zhǎng)及繁殖。

1 海水制氯系統(tǒng)

該電廠機(jī)組凝汽器的設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水量為104100m3/h。海水制氯系統(tǒng)電解的海水，由冷卻系統(tǒng)的海水循環(huán)泵提供，海水的有效氯濃度設(shè)計(jì)值為1mg/L。海水制氯系統(tǒng)中設(shè)置了二組電解槽，每組槽的制氯能力為60kg/h。

有關(guān)試驗(yàn)的研究結(jié)果表明［1］，海水溫度過(guò)低時(shí)（＜5℃），電解效率低，只有降低電流才能保證槽壓不過(guò)壓，然而電流過(guò)低，會(huì)影響制氯的產(chǎn)量和效率。該電廠處于較為溫暖的地理環(huán)境，其周圍海水的全年溫度，均超過(guò)20℃，適宜建設(shè)海水制氯裝置。

1.1 工作原理

含有氯離子的海水流經(jīng)海水制氯系統(tǒng)的電解槽時(shí)，給電解槽通以直流電，在電解槽內(nèi)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

陽(yáng)極反應(yīng)：

2Cl-→Cl2↑＋2e

陰極反應(yīng)：

2H2O＋2e→2OH＋H2↑

極間的化學(xué)反應(yīng)：

Cl2＋2OH-=ClO-＋Cl-＋H2O

ClO-＋H2O=HClO＋OH

HClO=H＋＋ClO-

海水的總體反應(yīng)：

NaCl＋H2O=NaClO＋H2↑

除這些化學(xué)反應(yīng)外，由于海水中存在鈣、鎂離子，電解時(shí)，這些離子會(huì)在陰極上形成鈣和鎂的沉淀物，增加電能的消耗。因此，必須通過(guò)定期酸洗的方法，消除這些鈣鎂離子沉淀物［2］。

海水制氯系統(tǒng)的制氯量與消耗電量有關(guān)。該電廠海水制氯系統(tǒng)，依靠調(diào)節(jié)整流裝置的輸出電流控制制氯量，最大允許的運(yùn)行電流為7200A，保護(hù)動(dòng)作電流為7900A。

1.2 制氯系統(tǒng)的組成

海水供給系統(tǒng)由海水管道、閥門、海水升壓泵組成。

過(guò)濾系統(tǒng)由海水自動(dòng)沖洗預(yù)過(guò)濾器、自動(dòng)沖洗過(guò)濾器等設(shè)備組成。

次氯酸鈉發(fā)生系統(tǒng)由電解槽、整流電源及控制儀表組成。

次氯酸鈉儲(chǔ)存系統(tǒng)由貯存罐、風(fēng)機(jī)、液位指示儀表等組成。

加藥系統(tǒng)由投藥管道、投藥閥門、投藥泵及流量監(jiān)測(cè)儀表組成。

酸洗系統(tǒng)由酸貯箱、酸洗箱、濃酸泵、酸洗泵、廢水排放泵、加藥裝置及液位指示儀表等組成。

電氣控制系統(tǒng)由整流電源、整流變壓器、控制柜、程控柜及上位機(jī)組成。

很多濱海電廠的制氯系統(tǒng)，由于過(guò)濾器常出現(xiàn)故障，但這些方面依然沒(méi)有得到足夠重視，其實(shí)，如果設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)不重視，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)制氯系統(tǒng)的安全運(yùn)行和安全生產(chǎn)［3］。1.3 制氯工藝流程

制氯系統(tǒng)的工藝流程圖，如圖1所示。

圖1制氯系統(tǒng)工藝流程

該裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)下，海水通過(guò)2臺(tái)自動(dòng)反沖洗預(yù)過(guò)濾器進(jìn)入系統(tǒng)，防止海水中較大固體顆粒的混入，造成系統(tǒng)堵塞和對(duì)系統(tǒng)管道、電極等的磨蝕。海水升壓泵為二用一備，自動(dòng)切換，將海水升壓，再經(jīng)過(guò)2臺(tái)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，除去海水中較小顆粒物。然后，海水才進(jìn)入電解槽組。

制氯單元由二組電解槽組成。每組電解槽的制氯能力為60kg/h，每組電解槽有8個(gè)電解小室，在水路上串聯(lián)連接，在電路上通過(guò)導(dǎo)電母排串聯(lián)連接。

電氣控制由2套整流裝置將6.0kV交流電轉(zhuǎn)化為85V交流電，通過(guò)整流裝置轉(zhuǎn)換成直流輸出，分別供給對(duì)應(yīng)的電解槽組。電解槽內(nèi)的海水被電解后，產(chǎn)生次氯酸鈉溶液及副產(chǎn)物氫氣進(jìn)入次氯酸鈉儲(chǔ)罐。排氫風(fēng)機(jī)將風(fēng)鼓入溶液儲(chǔ)存罐，氫氣被排出至大氣。

當(dāng)儲(chǔ)罐的液位達(dá)到2m時(shí)，連續(xù)加藥泵自啟動(dòng)進(jìn)行加藥。當(dāng)儲(chǔ)罐液位達(dá)到4.5m液位時(shí)，沖擊加藥泵自啟動(dòng)進(jìn)行加藥，當(dāng)在液位恢復(fù)至2m時(shí)，沖擊加藥泵自停止。當(dāng)儲(chǔ)罐液位再降至0.5m時(shí)，連續(xù)加藥泵自停止。

海水電解時(shí)，除產(chǎn)生次氯酸鈉和氫氣外，還在電解槽的陰極上累積了鈣、鎂沉淀物，導(dǎo)致電解槽的槽電壓升高，電解效率下降，電耗增大。此外，不斷增多的沉淀物，也給電解槽的運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。因此，需定期或根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)電解槽進(jìn)行酸洗，以除去陰極表面的沉淀物。

該套制氯系統(tǒng)的初期設(shè)計(jì)方案，沒(méi)有設(shè)計(jì)余氯檢測(cè)及配套的運(yùn)行電流控制模塊。經(jīng)試運(yùn)行后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了整改和完善。在某電廠的制氯系統(tǒng)中，通過(guò)布置在凝汽器出口的儀表，測(cè)量海水的殘余氯含量，應(yīng)用自動(dòng)模塊控制，調(diào)節(jié)制氯系統(tǒng)電流的大小，防止排入海洋循環(huán)水的余氯過(guò)高，最大程度地減少了對(duì)海洋生物的危害，同時(shí)有效節(jié)約了電能［4］。

此外，對(duì)制氯系統(tǒng)優(yōu)化的研究表明，讓一部分產(chǎn)水（次氯酸鈉溶液）回流，有利于增加制氯系統(tǒng)內(nèi)溶液的穩(wěn)定性，減少陰極鈣鎂沉積速率［5］。

2 制氯能力試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 試驗(yàn)檢測(cè)思路

（1）投產(chǎn)運(yùn)行初期，在不同的運(yùn)行電流下，分別采集1號(hào)、2號(hào)兩組電解槽內(nèi)的次氯酸鈉溶液，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有效氯含量的檢測(cè)。

（2）選取任意一組電解槽，在其累積運(yùn)行（停運(yùn)時(shí)間不計(jì)入）15天后，對(duì)不同運(yùn)行電流下的有效氯產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 有效氯的檢測(cè)方法

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19106-2013（次氯酸鈉）中的“5.3有效氯的測(cè)定”，對(duì)產(chǎn)出的有效氯進(jìn)行測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)方法中，待檢測(cè)的次氯酸鈉溶液有效氯濃度范圍為5%～13%，要求稀釋25倍后檢測(cè)。海水制氯產(chǎn)品次氯酸鈉溶液有效氯質(zhì)量百分比濃度范圍在0.04%～0.2%，所以依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)，不必進(jìn)行稀釋。該標(biāo)準(zhǔn)方法得出的試驗(yàn)結(jié)果，為樣品的有效氯質(zhì)量比（g/g），由此可以進(jìn)行制氯量和直流電耗的計(jì)算。

制氯量的計(jì)算公式為：

式（1）中：G—單位時(shí)間制氯量，單位為kg/h；

w—次氯酸鈉溶液有效氯質(zhì)量比濃度，單位為g/g；

B—通過(guò)電解槽的海水質(zhì)量流量，kg/h。

直流電耗的計(jì)算公式為：

式（2）中：W —生產(chǎn)每公斤有效氯的直流電耗，kW·h/kg；

U—每組電解槽上的槽電壓，V；

I—制氯系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的控制電流，A。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行初期的制氯能力

制氯系統(tǒng)投產(chǎn)初期，調(diào)節(jié)整流裝置的輸出電流，使制氯系統(tǒng)在不同電流下運(yùn)行，并分別采樣進(jìn)行有效氯檢測(cè)，檢測(cè)后的結(jié)果，如表1、表2所示。

表1 1號(hào)槽投產(chǎn)初期的有效氯檢測(cè)結(jié)果

表2 2號(hào)槽投產(chǎn)初期的有效氯檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表1、表2的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可得到電解槽制氯量與運(yùn)行電流的關(guān)系，如圖2、圖3所示。簡(jiǎn)化后的函數(shù)關(guān)系式，分別為：

y=0.0087x＋4.7867

y=0.0083x＋5.28152.4 系統(tǒng)后期制氯能力的試驗(yàn)

圖2 1號(hào)槽運(yùn)行初期的制氯量與運(yùn)行電流

1號(hào)槽組累積運(yùn)行15天后，槽組內(nèi)各電解陰極出現(xiàn)了白色沉淀物，由于海水沿各個(gè)電解槽串聯(lián)流動(dòng)，第一個(gè)電解槽陰極沉淀物最多，其后電解槽陰極的沉淀物逐級(jí)減少。在1號(hào)電解槽組陰極有沉淀物的狀態(tài)下，使其在不同電流值下工作，并分別采樣，進(jìn)行有效氯檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果，如表3所示。

圖3 2號(hào)槽運(yùn)行初期的制氯量與運(yùn)行電流

表3 1號(hào)槽組運(yùn)行15天后的有效氯檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表3檢測(cè)數(shù)據(jù)，可得到1號(hào)電解槽組制氯量與運(yùn)行電流的關(guān)系，如圖4所示。簡(jiǎn)化后，得制氯量與運(yùn)行電流的函數(shù)關(guān)系式：

y=0.0085x＋6.0856

與表1數(shù)據(jù)相比，1號(hào)電解槽組在相同的電流下運(yùn)行，制氯能力基本沒(méi)有變化，但所需的電壓升高，直流電耗增加，即在消耗同等電能的情況下，制氯能力下降。2.5 制氯系統(tǒng)酸洗后制氯能力試驗(yàn)

圖4 1號(hào)槽組運(yùn)行15天后制氯量與運(yùn)行電流

1號(hào)槽組運(yùn)行15天后，陰極積累了沉淀物，對(duì)槽組進(jìn)行了酸洗。相關(guān)研究成果表明［6］，沉積物的主要成分為鈣鎂離子碳酸鹽及氫氧化物。酸洗采用5%的鹽酸溶液即可，酸洗后沉淀物完全被去除。讓電解槽在不同電流下運(yùn)行，并分別采樣，進(jìn)行有效氯檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果，如表4所示。

表4 1號(hào)槽組酸洗后有效氯的檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表4檢測(cè)數(shù)據(jù)，得出1號(hào)電解槽組制氯量與運(yùn)行電流的關(guān)系，如圖5所示。求得制氯量和運(yùn)行電流的函數(shù)關(guān)系式為：

y=0.0085x＋6.5874

與表1數(shù)據(jù)、表3數(shù)據(jù)相比，酸洗的效果良好。在消耗同等電量的情況下，提高了制氯能力。制氯系統(tǒng)經(jīng)初始運(yùn)行后，電解槽陰極已出現(xiàn)微量沉淀物，因此，電量的消耗要高一些。

圖5 1號(hào)槽組酸洗后的制氯量與運(yùn)行電流

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)制氯系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析。

1號(hào)電解槽組、2號(hào)電解槽組的制氯量和各自的運(yùn)行電流均為線性關(guān)系，最大運(yùn)行電流為7200A，能滿足制氯量60kg/h的設(shè)計(jì)要求。

運(yùn)行15天后，再對(duì)1號(hào)電解槽組的制氯能力進(jìn)行檢測(cè)，與運(yùn)行初期相比，在相同運(yùn)行電流下，制氯的能力基本不變，但因陰極的沉淀物增多，增加了電量消耗。

對(duì)1號(hào)電解槽組的陰極進(jìn)行酸洗，去除沉淀物后，再對(duì)系統(tǒng)制氯能力進(jìn)行檢測(cè)，與運(yùn)行初期相比，在相同運(yùn)行電流下，制氯能力基本不變，但消耗電量略有降低。通過(guò)酸洗，能使制氯系統(tǒng)恢復(fù)制氯能力，但不建議經(jīng)常酸洗，應(yīng)根據(jù)陰極上沉淀物的積累情況，選擇適當(dāng)?shù)乃嵯磿r(shí)機(jī)。

［1］逢洪敏，張明杰.電解海水制氯技術(shù)在營(yíng)口電廠的應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù)，2000（9）：46-48.

［2］趙東普，姜麗.電解海水制氯裝置及系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（06）：98.

［3］王永蘭，張宏波，呂學(xué)亮.電解海水制氯進(jìn)水系統(tǒng)改造［J］.山東電力技術(shù)，2002（4）：81-82.

［4］馬少華.華能丹東電廠的電解海水制氯系統(tǒng)［J］.電站輔機(jī)，2003，24（1）：46-48.

［5］裴長(zhǎng)運(yùn)，李東，常文強(qiáng).電解海水制氯系統(tǒng)的研究和優(yōu)化［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2014，（17）：148-149.

［6］聶鑫，劉克成，龍瀟.海水淡化濃鹽水回用于電解海水制氯系統(tǒng)的試驗(yàn)研究［J］.電站輔機(jī)，2012，33（1）：10-12.

簡(jiǎn)訊

中國(guó)核電跨入國(guó)際市場(chǎng)

中國(guó)核電在國(guó)際市場(chǎng)的出口項(xiàng)目涉及投資、工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與核電技術(shù)等方面。借助在三大競(jìng)爭(zhēng)性核電市場(chǎng)的突破，中國(guó)核電已經(jīng)成為世界核電市場(chǎng)中的重要力量。

近日，中國(guó)核電在國(guó)際市場(chǎng)頻頻出手，先攻破老牌工業(yè)大國(guó)英國(guó)的大門，而后又與羅馬尼亞簽訂核電項(xiàng)目壽命期框架協(xié)議，不久前，中核集團(tuán)與阿根廷核電公司正式簽署了重水堆核電站商務(wù)合同及壓水堆核電站框架合同，標(biāo)志著中核集團(tuán)與阿根廷核電公司將合作建設(shè)阿根廷第四、第五座核電站。

未來(lái)5年美國(guó)核電裝機(jī)總量將增加5000兆瓦

日前，美國(guó)能源信息署發(fā)布數(shù)據(jù)稱，盡管2019年前有超過(guò)2000兆瓦核電機(jī)組面臨退役，但是預(yù)計(jì)在2016年至2020年間，美國(guó)核電裝機(jī)總量仍將增加5000兆瓦以上。

美國(guó)不僅是全球最早開(kāi)始利用核能的國(guó)家之一，也是當(dāng)前核電裝機(jī)最多的國(guó)家之一。由于建設(shè)較早，眼下美國(guó)有許多核電站都進(jìn)入了退役階段。目前，美國(guó)共有62個(gè)核電站、99個(gè)核反應(yīng)堆正在運(yùn)營(yíng)。過(guò)去4年間，美國(guó)總共關(guān)閉了4個(gè)核電站，共5座反應(yīng)堆，總共減少了超過(guò)4000兆瓦的核發(fā)電能力。

摘自上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠技術(shù)部《信息簡(jiǎn)訊》第205期

SeaWaterChlorinationSystemofaPowerPlantfor theCirculatingWaterSterilization

TAOZhi-guo，YUJiang
（HuadianElectricPowerResearchInstitute，Hangzhou310030，Zhejiang，China）

Seawaterhasbeenusedascirculatingcoolingwaterforcondenserinacoastalpowerplant.Anewseawater chlorinationsystemhasbeenbuilttosuppressthegrowthofmicroorganismsinseawater.Thechlorinecapabilityof thechlorinationsystemhasbeenanalyzedthroughtest.Tosolvetheprecipitationonthecathodeofthechlorination system，thecathodewasacidpickled，whichimprovedthechlorinecapability.Theresearchresultsprovedthatthe newseawaterchlorinationsystemcanmeettherequirementofunitoperation.

powerplant；seawater；chlorination；system；design；circulatingwater；sterilization；sodiumchlorate

TK268.+2

A

1672-0210(2015)04-0031-04

2015-09-01

：2015-09-07

陶志國(guó)（1981-），男，理學(xué)學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)殡姀S化學(xué)和環(huán)保技術(shù)。