電磁阻垢技術(shù)在火電廠大型循環(huán)水系統(tǒng)中的適用性研究

張 強(qiáng)，蔡 培，李洪峰

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031)

電磁化阻垢技術(shù)的研究應(yīng)用已有100 多年的歷史。1890年，A.B.Faunce 和S.G.Cabell 在專利中提出了以電池為電源防止鍋爐結(jié)垢的電磁處理方法［1］。近半個(gè)多世紀(jì)以來，各種水的物理處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如靜電處理、高能電子輻射處理、電子處理、恒磁場(chǎng)軟化水和超聲處理等。電磁阻垢技術(shù)由于應(yīng)用方便、投資少、無污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在電廠的沖灰水系統(tǒng)中。在循環(huán)水系統(tǒng)中，目前成功使用電磁阻垢技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水量一般較小，多為中央空調(diào)系統(tǒng)和小型冷卻水系統(tǒng)，而大型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由于系統(tǒng)流量大、管路復(fù)雜、電磁場(chǎng)作用時(shí)間有限等因素，目前在國(guó)內(nèi)外尚未有大規(guī)模的應(yīng)用。

1 不同物理阻垢技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 磁場(chǎng)阻垢技術(shù)

1945年，比利時(shí)工程師Vermeriven 首次用磁處理成功地抑制了鍋爐水垢，發(fā)現(xiàn)水流經(jīng)過磁場(chǎng)后能夠暫時(shí)消失結(jié)硬垢的能力。該技術(shù)由于裝置簡(jiǎn)單，不需要任何化學(xué)試劑而被美國(guó)、日本和前蘇聯(lián)廣泛應(yīng)用并得到發(fā)展。冷卻水的磁處理是一種復(fù)雜的物理過程，磁處理主要是加快了溶液內(nèi)部的結(jié)晶作用，從而使鹽類在受熱面上的直接結(jié)晶和堅(jiān)硬沉積大大減少，起到防垢的作用。然而由于冷卻水中含有鐵銹等磁性物質(zhì)，鐵磁性物質(zhì)很容易被吸附在磁極上導(dǎo)致磁短路，從而影響處理效果。磁場(chǎng)處理必須有較小的過水間隙保證較強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，為達(dá)到處理大流量的需要，處理設(shè)備極為龐大。同時(shí)水的高硬度、高含鹽量、高堿度、成分復(fù)雜等水質(zhì)條件都影響電磁阻垢的效果，因此磁處理裝置不適合在大型的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中應(yīng)用。

1.2 靜電阻垢技術(shù)

靜電阻垢法的研究與應(yīng)用主要開始于美國(guó)，20世紀(jì)60年代末由美國(guó)新瀉華盛頓公司成功研制了第一臺(tái)靜電水垢控制器，并逐漸被一些大型企業(yè)所采用。靜電阻垢法是由高壓直流發(fā)生器和處理器組成，處理器為圓筒狀，陽極為一根順著水流方向放置的金屬電極，外面套有絕緣套，殼體作為負(fù)極，一般為鍍鉻鋼管。輸出為0～30kV 的高壓直流，通過電極在處理腔中形成高壓靜電場(chǎng)。

1.3 電磁阻垢技術(shù)

電磁阻垢技術(shù)是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)有機(jī)結(jié)合的方法，主要由頻率發(fā)生器和水處理器兩部分組成［2］。根據(jù)水處理器作用方式不同分為浸入式和非浸入式兩種電磁阻垢方式。浸入式電磁阻垢裝置的磁場(chǎng)方向與流體流動(dòng)方向間是正交關(guān)系，而非浸入式電磁阻垢裝置的磁場(chǎng)方向與流體流動(dòng)方向是平行關(guān)系。

浸入式阻垢裝置是由電極(陽極)和殼體(陰極)構(gòu)成，頻率發(fā)生器利用電子線路產(chǎn)生電磁振蕩，并在水處理器的陰陽兩極間產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)。非浸入式阻垢裝置是由頻率控制器和電磁線圈構(gòu)成，頻率發(fā)生器利用電子線路產(chǎn)生電磁振蕩，電磁線圈產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁感應(yīng)［3］。

2 電磁阻垢技術(shù)在火電廠大型循環(huán)水系統(tǒng)中應(yīng)用分析

2.1 概況

某火電廠兩臺(tái)600 MW 機(jī)組為2008年建成投運(yùn)，兩臺(tái)機(jī)組循環(huán)水量均為65000 t/h 左右。該電廠2009年7月2號(hào)機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)安裝了電磁阻垢裝置，但系統(tǒng)依然繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)加藥處理，循環(huán)水系統(tǒng)處于化學(xué)藥劑和電磁阻垢聯(lián)合處理方式;2010年11月將號(hào)2 機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)停止加入化學(xué)藥劑，更改為采用電磁阻垢單一處理方式;至2011年4月，號(hào)2 機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)在采用電磁阻垢處理的同時(shí)重新開始進(jìn)行化學(xué)加藥處理，重新變?yōu)榛瘜W(xué)藥劑和電磁阻垢聯(lián)合處理方式。1號(hào)機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)則一直使用加藥的化學(xué)處理方式，未安裝電磁阻垢裝置。

該電廠安裝的電磁阻垢裝置采用380 V 電壓交流電源供電，2號(hào)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)共安裝7 套，其中2 套安裝在循環(huán)水進(jìn)水管，2 套安裝在循環(huán)水出水管，2 套安裝在高壓凝汽器起與低壓凝汽器連通管，1 套安裝在凝結(jié)水管路上。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)情況調(diào)查分析

該電廠2 臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)在不同時(shí)間段采用了不同的處理方式，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)出現(xiàn)了相應(yīng)的變動(dòng)，圖1、圖2分別為該電廠1、2號(hào)機(jī)2010年1月～2011年4月期間循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率和△A(KCl－KJD)［4］變化情況。

由圖1和圖2可以看出，在2010年1月～2011年4月期間，該火電廠1、2號(hào)機(jī)組濃縮倍率基本均維持在2.5～3 倍左右變動(dòng)，無明顯上升和下降趨勢(shì)。1號(hào)機(jī)組△A 值基本一直保持平穩(wěn)狀態(tài)小輻波動(dòng);2號(hào)機(jī)組△A 值在2011年11月(即停止化學(xué)加藥前)基本保持平穩(wěn)，而在停止化學(xué)加藥后，△A 值相比之前有明顯的上揚(yáng)趨勢(shì)。

由于該電廠1、2號(hào)機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)水源相同，除2號(hào)機(jī)采用電磁阻垢技術(shù)外，2 臺(tái)機(jī)組其他狀況一致，將2 臺(tái)機(jī)組2010年1月～2011年4月的循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率和△A(KCl－KJD)變化情況進(jìn)行對(duì)應(yīng)比較，具體如圖3、圖4所示。

圖1 某火電廠1號(hào)機(jī)循環(huán)水△A 和濃縮倍率變化

圖2 某火電廠2號(hào)機(jī)循環(huán)水△A 和濃縮倍率變化圖

圖3 某電廠號(hào)1、2號(hào)機(jī)循環(huán)水濃縮倍率比較

圖4 某電廠號(hào)1、2號(hào)機(jī)循環(huán)水△A 值比較

該火電廠1、2號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)兩個(gè)時(shí)間段的△A 值隨濃縮倍率的變化而變化，濃縮倍率高時(shí)，△A 值相應(yīng)較大;濃縮倍率低時(shí)，△A 值相應(yīng)較小。總體來講，1號(hào)機(jī)組兩個(gè)時(shí)間段△A 值比較接近，相差不大。但2號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)兩個(gè)時(shí)間段的△A值相差較大。

1、2號(hào)機(jī)組相比較，2 臺(tái)機(jī)組不同時(shí)間段濃縮倍率大致相當(dāng)，2號(hào)機(jī)組2010年1月～2010年11月期間的△A 值與1號(hào)機(jī)組兩個(gè)時(shí)間段的△A 值基本相當(dāng)，而2號(hào)機(jī)組2010年11月～2011年4月期間的△A 值明顯高于2010年1月～2010年11月期間和1號(hào)機(jī)組不同時(shí)間段的△A 值。說明采用化學(xué)加藥結(jié)合電磁阻垢和單獨(dú)采用化學(xué)加藥處理時(shí)的循環(huán)水未表現(xiàn)出明顯的結(jié)垢傾向;而只采用電磁阻垢時(shí)循環(huán)水的結(jié)垢傾向明顯增大，遠(yuǎn)超過采用化學(xué)加藥處理和兩種方式聯(lián)合處理時(shí)的情況。

2.3 機(jī)組熱力參數(shù)情況調(diào)查分析

火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的主要目的是通過熱交換使得低壓缸排汽凝結(jié)成水，在循環(huán)水進(jìn)水溫度、循環(huán)水量、真空泵運(yùn)行數(shù)量、機(jī)組負(fù)荷基本相同的情況下，凝汽器換熱效果的好壞直接影響凝汽器真空度，進(jìn)而影響機(jī)組換熱效率。機(jī)組換熱效果的好壞主要取決于凝汽器換熱管水側(cè)的潔凈程度，換熱管越潔凈、凝汽器端差越小，低壓缸排汽溫度越低，機(jī)組效率就越高。我們對(duì)1、2號(hào)機(jī)組凝汽器端進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組的端差在2011年1月天氣最冷的時(shí)候達(dá)到最高，這主要與循環(huán)水進(jìn)水溫度較低有關(guān)，其余時(shí)間端差基本保持平穩(wěn);而2號(hào)機(jī)組在1月份達(dá)到最高之后，隨著天氣轉(zhuǎn)暖，端差下降有限。

以上情況說明1號(hào)機(jī)組凝汽器換熱管表面基本處于正常狀態(tài)，2號(hào)機(jī)組凝汽器換熱管表面潔凈度較差，導(dǎo)致?lián)Q熱效果不好，使得端差變大。從機(jī)組循環(huán)水水質(zhì)條件來看，機(jī)組濃縮倍率在2.5～3 倍左右，冬季該電廠所在地區(qū)水源在濃縮2.5 倍時(shí)具有明顯的結(jié)垢傾向，從結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的角度來說，前期垢的晶核形成所需時(shí)間較長(zhǎng)，但在管壁表面附著量較少，對(duì)換熱管的換熱效果影響相對(duì)較小，而晶核一旦形成并在管壁上附著，使得后續(xù)晶體的生長(zhǎng)具備了可靠的生長(zhǎng)點(diǎn)，晶體生長(zhǎng)速度很快，造成換熱管換熱效率下降，這也與2號(hào)機(jī)組停止加藥后前一段時(shí)間端差與1號(hào)機(jī)組類似，而后期端差明顯高于1號(hào)機(jī)組的實(shí)際情況相吻合。以上情況說明單獨(dú)采用電磁阻垢法進(jìn)行循環(huán)水水質(zhì)處理效果低于化學(xué)加藥處理，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性不好。

3 結(jié)語

(1)從水質(zhì)分析來看，采用化學(xué)加藥結(jié)合電磁阻垢和單獨(dú)采用化學(xué)加藥處理時(shí)的循環(huán)水結(jié)垢傾向基本相同，未表現(xiàn)出明顯的結(jié)垢傾向;而只采用電磁阻垢時(shí)循環(huán)水的結(jié)垢傾向明顯增大，遠(yuǎn)超過采用化學(xué)加藥處理和兩種方式聯(lián)合處理時(shí)的情況。

(2)從機(jī)組熱力參數(shù)來看，單獨(dú)采用電磁阻垢法進(jìn)行循環(huán)水水質(zhì)處理的機(jī)組凝汽器端差明顯大于相同條件下采用化學(xué)加藥處理的機(jī)組。

綜上所述，火電廠大型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)只采用電磁阻垢一種方式和化學(xué)加藥處理方式相比尚有欠缺，各火電廠在選擇電磁阻垢方式進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)處理時(shí)應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度，應(yīng)用前應(yīng)多方進(jìn)行考證和試驗(yàn)。對(duì)于已采用電磁阻垢方式的電廠應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督和機(jī)組熱力參數(shù)監(jiān)督，一旦發(fā)生異常情況，應(yīng)立即恢復(fù)化學(xué)加藥處理或進(jìn)行兩種方式的聯(lián)合處理。

［1］周文斌.電磁式水處理器在循環(huán)水處理中的應(yīng)用［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2008，15(6):63－64.

［2］遲金寶，張雪峰，蒼大強(qiáng)，等.低頻電磁場(chǎng)處理中水的靜態(tài)阻垢緩蝕試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵，2009，44(6):89－93.

［3］王 博，何 為，蔣 飏，等.高頻電子阻垢儀的研制與實(shí)驗(yàn)研究［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2009，36(6):49－52.

［4］李紅梅.電廠水處理藥劑實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)及應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2003，23(7):73－75.