電化學法處理循環(huán)冷卻水的應用研究

摘要：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的冷卻過程，顯著提升水資源利用效率，但結(jié)垢問題直接影響循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。電化學法處理循環(huán)冷卻水，可有效解決結(jié)垢問題。河北省某電廠采用電化學法處理循環(huán)冷卻水，運行效果較好。結(jié)合具體案例，論述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和電化學處理系統(tǒng)構(gòu)成，分析系統(tǒng)運行效果，以更好地將電化學法應用于循環(huán)冷卻水處理中。

關鍵詞：電化學法；循環(huán)冷卻水；節(jié)能減排

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0267-03

Application research on treatment of circulating cooling water by electrochemical method

—Taking a power plant in Hebei Province as an example

ZHAO Yongmei， FENG Lei， LEI Zheng， GUO Gang

（Guodian Power Handan Dongjiao Thermal Power Co.， Ltd.， Handan 057550， China）

Abstract： The circulating cooling water system is widely used in the cooling process of industrial production， significantly improving the efficiency of water resource utilization， however， the problem of scaling directly affects the safety and stability of the circulating cooling water system. Electrochemical treatment of circulating cooling water can effectively solve the problem of scaling. A power plant in Hebei province uses electrochemical method to treat circulating cooling water， and the operation effect is good. Based on specific cases， the composition of the circulating cooling water system and the electrochemical treatment system is discussed， and the operating effect of the system is analyzed， so as to better apply the electrochemical method to the treatment of circulating cooling water.

Keywords： electrochemical method; circulating cooling water; energy conservation and emission reduction

目前，我國工業(yè)生產(chǎn)的冷卻環(huán)節(jié)普遍采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，有效提高用水效率。冷卻水循環(huán)使用，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)會出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象，影響冷卻系統(tǒng)換熱效率，甚至導致冷卻系統(tǒng)管道堵塞，埋下安全隱患[1]。在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，為防止垢下腐蝕，通常會添加聚磷酸鹽緩蝕劑，隨著循環(huán)冷卻水溫度上升，聚磷酸鹽水結(jié)成正磷酸鹽，產(chǎn)生硅酸鈣、硅酸鎂等水垢。“十四五”時期，國家支持重點行業(yè)、企業(yè)率先實現(xiàn)碳達峰，鼓勵工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排和再生水利用[2]。截至2024年7月底，我國累計發(fā)電裝機容量約為31.0億kW，同比增長14.0%。其中，火電裝機容量為14.1億kW，同比增長3.5%?；痣姀S在生產(chǎn)過程中會消耗龐大的水資源，排放大量污水。目前，歐洲和美國廣泛應用電化學法處理電廠循環(huán)冷卻水，這是水處理的發(fā)展方向，也是實現(xiàn)零排放的新技術(shù)[3]。電化學法處理電廠循環(huán)冷卻水，就是通過電場作用實現(xiàn)電解、氧化、還原和絮凝等物理、化學反應，經(jīng)化學藥劑殺菌、滅藻和除垢等，將循環(huán)冷卻水中的Ca2+、Mg2+以固態(tài)形式提取出來，并維持系統(tǒng)離子平衡[4]，實現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)高濃縮倍數(shù)運行，提升節(jié)水減排效果[5-6]，如圖1所示。

1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

河北省某電廠一期工程建設2臺功率350 MW的超臨界濕冷汽輪發(fā)電機組，機組主機凝汽器排汽冷卻采用帶有自然通風冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)，輔機冷卻系統(tǒng)接入主機冷卻系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為雙機雙塔，每臺機組配2臺循環(huán)冷卻水泵（1變頻1工頻）、1座自然通風冷卻塔、1條進排水干管及相應的構(gòu)筑物。系統(tǒng)由逆流式雙曲線自然通風冷卻塔、循環(huán)水泵、泵房、供回水管道和回水溝道構(gòu)成。冷卻塔淋水面積為4 500 m2，塔高為105 m，零米直徑為81.95 m。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補水為周邊污水處理廠出水，出水通過廠區(qū)污水處理站進行深度處理。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補水水質(zhì)如表1所示。1號機組和2號機組采用相同的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，運行參數(shù)設置均相同。冷卻塔均為開式，最大循環(huán)量為76 038 m3/h，保有水量為24 000 m3，出水溫度為28 ℃，進水溫度為36.5 ℃，最大蒸發(fā)量為1 065 m3/h，風吹損失量為38 m3/h。

與設計補水水質(zhì)相比，實際補水的濃縮倍數(shù)為2.0～3.0，不滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》（GB/T 50050—2017）的要求，即間冷開式系統(tǒng)的設計濃縮倍數(shù)不宜小于5.0且不應小于3.0。結(jié)合補排水量、電導率、總硬度、濁度和總堿度等指標，循環(huán)冷卻水具有北方水質(zhì)的顯著特點，總堿度和總硬度高，水質(zhì)具有結(jié)垢性。低濃縮倍數(shù)下，化學藥劑的使用無法達到預期的殺菌滅藻效果，阻垢緩蝕效果欠佳。

2 電化學處理系統(tǒng)

2.1 電化學法原理

電化學法處理電廠循環(huán)冷卻水的原理是利用直流電源混頻、掃頻交叉效應，通過陰、陽極氧化還原反應使陰極發(fā)生還原作用，實現(xiàn)殺菌滅藻、防腐除銹的功效。例如，將成垢鹽類直接從陰極板析出，達到除垢效果；利用強氧化性基團殺菌滅藻；水中鐵離子在電場作用下生成磁性氧化鐵，隔開鋼管壁、水，達到防腐效果；直流電場作用下，成規(guī)則、成片延伸的碳酸鈣硬垢變?yōu)闊o規(guī)則、疏松顆粒堆集狀軟垢，達到去垢效果。

2.2 電化學處理系統(tǒng)組成

該電廠1號機組、2號機組的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用電化學法，電化學處理裝置由蘇州青騏驥科技（集團）有限公司生產(chǎn)，型號為HXQ-30。外形尺寸為8 140 mm×2 500 mm×2 950 mm（長×寬×高），安裝空間及維護空間尺寸為10.1 m×5.5 m×6.3 m（長×寬×高），設備質(zhì)量約為16 t，工作壓力為常壓，設備設計使用壽命為10年，工作溫度為0～60 ℃，進水口直徑為350 mm，單臺最大處理水量為900 m3/h。

輸入電源的電壓為380 V，頻率為50 Hz。直流電源輸出電流為5～6 000 A（分兩組），直流電源輸出電壓為5～20 V。

1號機組、2號機組的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)電化學處理裝置分別于2022年1月和2023年10月正式調(diào)試完畢并投入運行，通過自帶的操作系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)運行操作及除垢的自動化，設備自動化程度較高。同時，系統(tǒng)配備智能在線監(jiān)測設備，該設備具有水質(zhì)在線檢測、循環(huán)冷卻水穩(wěn)定指數(shù)計算、遠程數(shù)據(jù)查看和數(shù)據(jù)存儲等功能。

3 電化學處理系統(tǒng)運行效果

3.1 水質(zhì)監(jiān)測

安裝電化學處理裝置后，1號機組循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)維持在5.0～6.0，循環(huán)冷卻水鈣硬度與總堿度的平均值保持在1 000 mg/L左右，小于控制指標（1 100 mg/L）。2號機組循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)維持在5.0～6.0，循環(huán)冷卻水鈣硬度與總堿度的平均值保持在1 000 mg/L，小于控制指標（1 100 mg/L），如表2所示。

3.2 節(jié)水效果評價

1號機組、2號機組的排水量平均值減少91.8 m3/h，每日節(jié)水2 203.2 m3，每月節(jié)水66 096 m3。

3.3 循環(huán)冷卻水藥劑使用

電化學處理裝置安裝后，運行期間，循環(huán)冷卻水使用的藥劑逐步減量，目前，1號機組、2號機組的循環(huán)冷卻水加藥量比改造前減少40%～50%，使用的藥劑有緩蝕阻垢劑等，凝汽器端差和排汽溫度未出現(xiàn)明顯變化。機組檢修期間，發(fā)現(xiàn)1號機組和2號機組的主機凝汽器銅管表面光滑，無沉積現(xiàn)象。

3.4 除垢

電化學處理裝置運行后，5～7 d進行一次清垢維護。電化學處理裝置每次清垢量為500～650 kg（濕垢），清理垢物呈疏松狀，為灰白色固體，主要成分為碳酸鈣和氫氧化鎂。

4 結(jié)論

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的冷卻過程，顯著提升水資源利用效率，但結(jié)垢問題直接影響循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。電化學處理裝置完全運行后，機組循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)由原來的

3.5倍提高到5.0～6.0倍；與改造前相比，2個機組循環(huán)冷卻水的月排水量減少66 096 m3，用電量增加115 200 kW；機組凝汽器端差和排汽溫度未出現(xiàn)明顯變化；冬季，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)減少殺菌劑投加量，系統(tǒng)無菌藻滋生現(xiàn)象；5～7 d進行一次清垢維護，每次清垢量為500～650 kg（濕垢）。電化學處理系統(tǒng)運行時間較短，2023年機組檢修期間，對1號機組和2號機組的主機凝汽器進行檢查，凝汽器銅管表面光滑，無沉積現(xiàn)象。陰極板除垢刮刀屬于固定式刮刀，存在除垢盲區(qū)，這就需要定期采用高壓水進行去除。電化學處理裝置定期除垢后，再次啟動，產(chǎn)水中懸浮物超標，會影響循環(huán)冷卻水濁度，這就需要對系統(tǒng)進行清洗。研究表明，電化學法可用于處理循環(huán)冷卻水，有效解決結(jié)垢問題，促進循環(huán)冷卻水系統(tǒng)高濃縮倍數(shù)運行，提升節(jié)水減排效果。

參考文獻

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