翟德雙，項(xiàng) 林

（1.上海電力股份有限公司，上海 200010；2.淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，淮南 232098）

對(duì)于火力發(fā)電廠而言，循環(huán)冷卻水占電廠總用水量的70%～80%，因而實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用、提高循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率是電力工業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵。正因如此，循環(huán)水的水質(zhì)控制成為電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排及安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作，一旦循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)控制不好，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重的安全隱患。

一般來說，結(jié)垢、腐蝕、微生物是循環(huán)水處理技術(shù)面對(duì)的3個(gè)主要問題，三者間相互作用和影響構(gòu)成了電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)長周期安全運(yùn)行的隱患。常見處理辦法是采用投加阻垢劑的方法解決結(jié)垢問題；采用投加緩蝕劑、涂層防腐和陰極保護(hù)的方法減緩腐蝕現(xiàn)象；并采用投加殺生劑的方式抑制微生物的生長。另外電廠還采用膠球清洗的方式進(jìn)行凝汽器水側(cè)內(nèi)壁的清潔工作。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某發(fā)電廠一期工程為2×600 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，水源取自淮河，經(jīng)混凝澄清后作為補(bǔ)充水補(bǔ)入冷卻塔，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制供水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配9 000 m2自然通風(fēng)冷卻塔，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)循環(huán)水流量為72 000 m3／h·臺(tái)，冷卻倍率60，循環(huán)水處理工藝采用傳統(tǒng)的處理方式：“阻垢劑＋殺菌劑＋排污”，加入阻垢劑控制總磷濃度在3.5～3.8 mg／L，循環(huán)水濃縮倍率不超過4。主要冷卻設(shè)備為凝汽器、機(jī)組冷油器、閉式水冷卻器、真空泵冷卻器等，凝汽器冷卻面積36 000 m2，管材為316L不銹鋼管。

量子管通環(huán)在化工、冶煉、油田、制藥、食品行業(yè)水處理領(lǐng)域都有應(yīng)用成功案例，經(jīng)過該產(chǎn)品的開發(fā)，目前逐步進(jìn)入發(fā)電企業(yè)，并在發(fā)電企業(yè)超濾反滲透系統(tǒng)應(yīng)用，但在火電廠循環(huán)水系統(tǒng)上還有沒有相關(guān)應(yīng)用研究和運(yùn)用。某電廠將量子管通環(huán)應(yīng)用在600 MW發(fā)電機(jī)組循環(huán)水處理中，減少傳統(tǒng)水處理工藝中阻垢劑的計(jì)量，控制系統(tǒng)的結(jié)垢速率，摸索最安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最佳組合效果。

2 量子管通環(huán)工作原理

量子管通環(huán)由含有高硅鋁及其它特殊材料合成的特種信息記憶材料組成，是一種在亞原子級(jí)能夠穩(wěn)定儲(chǔ)存和記憶及釋放量子信息的高科技產(chǎn)品。德國IAB公司利用特定設(shè)備測(cè)定和儲(chǔ)存水中水垢和鐵銹等相關(guān)物質(zhì)的分子振動(dòng)波形，并針對(duì)水中相關(guān)物質(zhì)的分子振動(dòng)波形，IAB開發(fā)多種超精微振動(dòng)波，再利用LPL激光振動(dòng)技術(shù)將超精微振動(dòng)波刻錄儲(chǔ)存到量子管通環(huán)亞原子級(jí)中。如圖1所示

圖1 量子管通環(huán)原理示意圖A

量子管通環(huán)直接安裝在系統(tǒng)管道外壁，將超精微振動(dòng)波持續(xù)恒量地釋放并通過管壁傳入水中。在這種超精微振動(dòng)波的作用下，水分子吸收分子共振波后增強(qiáng)了分子的振動(dòng)性能，大的水分子團(tuán)被分解為小的單個(gè)水分子，增強(qiáng)了水分子的活性及溶解性，相關(guān)成垢離子吸收有關(guān)干擾波，離子鍵結(jié)合力減弱，同水分子氫鍵的結(jié)合力因而增強(qiáng)，從而起到防垢和除垢的效果［1］。如圖2所示。

圖2 量子管通環(huán)工作原理示意圖B

3 量子管通環(huán)功能

（1）除垢防垢

清除水系統(tǒng)中存在的老垢并防止新垢形成。量子管通環(huán)向水中釋放超精微振動(dòng)波，使碳酸鈣晶體產(chǎn)生共振，碳酸鈣晶體中的部分鈣離子和碳酸根離子振動(dòng)幅度越來越大，大到超過了庫倫力的約束，脫離晶體。盡管碳酸鈣這種物質(zhì)同樣形成，但無法形成大塊穩(wěn)定的晶體，只能形成微小的碳酸鈣顆粒，這些顆粒隨著流體繼續(xù)流動(dòng)，在冷水池等流速慢的地方自然沉降，對(duì)系統(tǒng)不造成危害。量子水處理器對(duì)水的總硬度、總堿度有很寬的容忍度，應(yīng)用實(shí)踐表明當(dāng)鈣離子達(dá)到2 000 mg／L（以CaCO3計(jì)）p H值大于11時(shí)，表現(xiàn)出良好的阻垢效果。

（2）除銹防腐

去除水系統(tǒng)中已有的銹蝕并防止腐蝕發(fā)生。腐蝕產(chǎn)生的原因是多種多樣的，其主要原因是不同電位的物質(zhì)接觸在一起形成原電池。影響銹蝕程度的其中一個(gè)原因就是水的飽和度（游離氧O2），以最常見的碳鋼的吸氧腐蝕為例，鋼鐵中的鐵元素和碳元素構(gòu)成簡(jiǎn)單的原電池反應(yīng)，安裝量子管通環(huán)后超精微振動(dòng)波作用于金屬表面后激活金屬表面的鐵原子和水中的氧原子，首先原有的銹層被溶解下來隨水流排出，其次鐵與氧定向結(jié)合生成藍(lán)黑色Fe3O4惰性氧化鐵保護(hù)層，從而達(dá)到長效防腐目的［2］。

（3）殺菌滅藻

殺滅水系統(tǒng)中的菌藻，消除病菌賴以生存的溫床。量子管通環(huán)連續(xù)不斷地向水中釋放類似生物信號(hào)的振動(dòng)能，受其影響的菌藻生物膜遭到破壞而死亡，生物的代謝過程被振動(dòng)能所終止。同時(shí)，在振動(dòng)能的作用下，細(xì)菌殘核被解體，生物粘泥失去粘性而分散于水中，振動(dòng)波的殺生作用的本質(zhì)是生物波，這就完全杜絕了生物產(chǎn)生抗藥性的可能。

因此，量子管通環(huán)是有具有記憶功能的特殊材料制成，安裝在水體中，即可記憶流經(jīng)環(huán)內(nèi)流體易結(jié)垢物質(zhì)如鈣、鎂、鐵銹等的振動(dòng)波形，針對(duì)這些波形，量子管通環(huán)再釋放出預(yù)先儲(chǔ)存在其內(nèi)部的超精微振動(dòng)波。在釋放波的作用下，水體中易結(jié)垢類物質(zhì)物理特性發(fā)生改變，活性再次被激活，不會(huì)沉積在熱力系統(tǒng)金屬表面，從而避免系統(tǒng)結(jié)垢和菌類生長。由于新安裝的管道不會(huì)結(jié)硬垢、生銹、或者長菌藻，舊管道中的原有銹蝕、老垢等也逐步溶解消除，并最終在管道內(nèi)壁形成保護(hù)性氧化層，不再出現(xiàn)腐蝕。

4 量子管通環(huán)協(xié)助水質(zhì)處理

4.1 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

將量子管通環(huán)應(yīng)用到循環(huán)水處理工藝中，通過模擬試驗(yàn)尋求極限水處理工況；通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)尋求最終運(yùn)行工藝參數(shù)，尋找在管通環(huán)作用下循環(huán)水的處理工藝，使傳統(tǒng)的處理工藝藥品用量下降，同時(shí)不降低水質(zhì)指標(biāo)。

確定的主要試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容如下：

（1）根據(jù)水體容量及流動(dòng)特點(diǎn)，確認(rèn)對(duì)加裝量子管通環(huán)位置與數(shù)量；

（2）通過試驗(yàn)室動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)傳統(tǒng)工藝水質(zhì)不產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢的極限運(yùn)行工況；

（3）結(jié)合動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，尋求在量子管通環(huán)的協(xié)助作用下，尋找水處理新的加藥工況，從而確定運(yùn)行控制參數(shù)，減少傳統(tǒng)工藝中各類藥品加入量，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的效果。

4.2 設(shè)備安裝

2012年3月初，在機(jī)組循環(huán)水補(bǔ)水母管和開式濾水器A上共加裝3套量子管通環(huán)，如圖3所示。

圖3 量子管通環(huán)安裝位置示意圖

為了能夠及時(shí)的監(jiān)測(cè)凝汽器內(nèi)運(yùn)行情況，在1號(hào)機(jī)凝汽器出水側(cè)安裝一套PJHQ2型循環(huán)水在線監(jiān)測(cè)換熱系統(tǒng)，用以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水的運(yùn)行情況進(jìn)行直接的監(jiān)測(cè)分析，如圖4所示。

圖4 循環(huán)水在線監(jiān)測(cè)換熱裝置

4.3 確定試驗(yàn)步驟

經(jīng)過多方收資及電力試驗(yàn)研究院對(duì)電廠循環(huán)水進(jìn)行試驗(yàn)室動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)后數(shù)據(jù)確定最終試驗(yàn)方案，現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)試驗(yàn)分三個(gè)階段進(jìn)行：（1）將兩機(jī)組循環(huán)水中藥劑總磷含量控制在3 mg／L，試驗(yàn)時(shí)間3個(gè)月；（2）將兩機(jī)組循環(huán)水中藥劑總磷含量控制在2.5 mg／L，試驗(yàn)時(shí)間3個(gè)月；（3）將兩機(jī)組循環(huán)水中藥劑總磷含量控制在2.0 mg／L，試驗(yàn)時(shí)間5個(gè)月。試驗(yàn)期間循環(huán)水中“Ca2＋硬度＋堿硬度”始終維持在950～1 000 mg／L（以CaCO3計(jì)）。

4.4 結(jié)垢速率測(cè)定

凝汽器換熱管表面污垢沉積速率大小是判斷循環(huán)水系統(tǒng)是否正常運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—207）之規(guī)定，敞開式循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)設(shè)備傳熱面水側(cè)污垢沉積速率不應(yīng)大于15 mg／cm2·月，此次試驗(yàn)共對(duì)在線檢測(cè)換熱器內(nèi)換熱管檢測(cè)5次，沉積速率分別為：2.73 mg／cm2·月、0.41 mg／cm2·月、0.09 mg／cm2·月、1.39 mg／cm2·月和7.14 mg／cm2·月，遠(yuǎn)小于國標(biāo)中的傳熱面水側(cè)污垢沉積速率不應(yīng)大于15 mg／cm2·月的規(guī)定，無明顯結(jié)垢現(xiàn)象。

4.5 檢查結(jié)垢情況

2013年6月，利用機(jī)組停機(jī)檢修期間，分別對(duì)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組凝汽器水側(cè)進(jìn)行檢查，凝汽器進(jìn)、出水室均比較干凈，換熱管內(nèi)均未見明顯結(jié)垢現(xiàn)象，粘泥較少，說明凝汽器的總體運(yùn)行狀況不錯(cuò)，循環(huán)水系統(tǒng)無明顯結(jié)垢傾向，圖5所示。對(duì)機(jī)組冷油器和閉冷水板式換熱器進(jìn)行解體檢查，光滑清潔、無結(jié)垢。

5 效果總結(jié)

節(jié)能降耗是火電廠降低發(fā)電廠本、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最有效的方法之一，采用科學(xué)手段改變傳統(tǒng)電廠化學(xué)水處理工藝以減少藥品的使用，可達(dá)到節(jié)約水資源、降低水處理成本的目的。在項(xiàng)目實(shí)施一年多的時(shí)間里，協(xié)助水處理產(chǎn)生了一定的效果。

圖5 凝汽器水側(cè)干凈、無垢

（1）通過對(duì)循環(huán)水在線換熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)換熱管定量檢測(cè)污垢沉積速率及機(jī)組檢修時(shí)解體檢查，可以確定凝汽器整體運(yùn)行狀況良好，無明顯結(jié)垢現(xiàn)象。

（2）循環(huán)水采用傳統(tǒng)方法處理時(shí)每年兩臺(tái)機(jī)組循環(huán)水阻垢劑使用量約160～180 t。安裝循環(huán)水量子管通環(huán)后，2013年兩臺(tái)機(jī)組循環(huán)水阻垢劑使用量約100～120 t，節(jié)約藥劑量約30%。

（3）在確保循環(huán)水系統(tǒng)不發(fā)生腐蝕和結(jié)垢情形下，系統(tǒng)排污量減少10%左右，全年節(jié)水約100萬噸。

（4）因加藥量、排污量減少，從而減少排污水對(duì)自然水體的影響，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。

6 結(jié)語

隨著節(jié)水要求的進(jìn)一步提高，循環(huán)水處理技術(shù)將向濃縮倍率更高、處理效果更好、系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)方面發(fā)展，相比傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法及電磁除垢等方法，量子管通環(huán)具有安裝、使用方便，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，延長設(shè)備使用壽命，能取代部分水處理藥劑，減少環(huán)境污染，有很好的節(jié)能降耗的效果，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效果顯著。

［1］ 蘇建國，龍媛媛，楊為剛，等.量子管通環(huán)阻垢技術(shù)在勝利油田的應(yīng)用［J］.全面腐蝕控制，2009，23（5）：33-34.

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［2］ 金德浩.量子技術(shù)在循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運(yùn)行中的應(yīng)用研究［J］.工業(yè)水處理，2010，30（3）：68-71.

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