电磁阻垢技术在火电厂大型循环水系统中的适用性研究

张 强，蔡 培，李洪峰

(国电科学技术研究院，江苏 南京 210031)

电磁化阻垢技术的研究应用已有100 多年的历史。1890年，A.B.Faunce 和S.G.Cabell 在专利中提出了以电池为电源防止锅炉结垢的电磁处理方法［1］。近半个多世纪以来，各种水的物理处理技术应运而生，如静电处理、高能电子辐射处理、电子处理、恒磁场软化水和超声处理等。电磁阻垢技术由于应用方便、投资少、无污染等优点，广泛应用在电厂的冲灰水系统中。在循环水系统中，目前成功使用电磁阻垢技术的现场循环水量一般较小，多为中央空调系统和小型冷却水系统，而大型循环冷却水系统由于系统流量大、管路复杂、电磁场作用时间有限等因素，目前在国内外尚未有大规模的应用。

1 不同物理阻垢技术简介

1.1 磁场阻垢技术

1945年，比利时工程师Vermeriven 首次用磁处理成功地抑制了锅炉水垢，发现水流经过磁场后能够暂时消失结硬垢的能力。该技术由于装置简单，不需要任何化学试剂而被美国、日本和前苏联广泛应用并得到发展。冷却水的磁处理是一种复杂的物理过程，磁处理主要是加快了溶液内部的结晶作用，从而使盐类在受热面上的直接结晶和坚硬沉积大大减少，起到防垢的作用。然而由于冷却水中含有铁锈等磁性物质，铁磁性物质很容易被吸附在磁极上导致磁短路，从而影响处理效果。磁场处理必须有较小的过水间隙保证较强的磁场强度，为达到处理大流量的需要，处理设备极为庞大。同时水的高硬度、高含盐量、高碱度、成分复杂等水质条件都影响电磁阻垢的效果，因此磁处理装置不适合在大型的工业循环冷却水系统中应用。

1.2 静电阻垢技术

静电阻垢法的研究与应用主要开始于美国，20世纪60年代末由美国新泻华盛顿公司成功研制了第一台静电水垢控制器，并逐渐被一些大型企业所采用。静电阻垢法是由高压直流发生器和处理器组成，处理器为圆筒状，阳极为一根顺着水流方向放置的金属电极，外面套有绝缘套，壳体作为负极，一般为镀铬钢管。输出为0～30kV 的高压直流，通过电极在处理腔中形成高压静电场。

1.3 电磁阻垢技术

电磁阻垢技术是利用电场和磁场有机结合的方法，主要由频率发生器和水处理器两部分组成［2］。根据水处理器作用方式不同分为浸入式和非浸入式两种电磁阻垢方式。浸入式电磁阻垢装置的磁场方向与流体流动方向间是正交关系，而非浸入式电磁阻垢装置的磁场方向与流体流动方向是平行关系。

浸入式阻垢装置是由电极(阳极)和壳体(阴极)构成，频率发生器利用电子线路产生电磁振荡，并在水处理器的阴阳两极间产生一定强度的电磁场。非浸入式阻垢装置是由频率控制器和电磁线圈构成，频率发生器利用电子线路产生电磁振荡，电磁线圈产生一定强度的电磁感应［3］。

2 电磁阻垢技术在火电厂大型循环水系统中应用分析

2.1 概况

某火电厂两台600 MW 机组为2008年建成投运，两台机组循环水量均为65000 t/h 左右。该电厂2009年7月2号机循环水系统安装了电磁阻垢装置，但系统依然继续进行化学加药处理，循环水系统处于化学药剂和电磁阻垢联合处理方式;2010年11月将号2 机组循环水系统停止加入化学药剂，更改为采用电磁阻垢单一处理方式;至2011年4月，号2 机循环水系统在采用电磁阻垢处理的同时重新开始进行化学加药处理，重新变为化学药剂和电磁阻垢联合处理方式。1号机循环水系统则一直使用加药的化学处理方式，未安装电磁阻垢装置。

该电厂安装的电磁阻垢装置采用380 V 电压交流电源供电，2号机现场共安装7 套，其中2 套安装在循环水进水管，2 套安装在循环水出水管，2 套安装在高压凝汽器起与低压凝汽器连通管，1 套安装在凝结水管路上。

2.2 循环水系统水质情况调查分析

该电厂2 台机组循环水系统在不同时间段采用了不同的处理方式，导致循环水系统水质出现了相应的变动，图1、图2分别为该电厂1、2号机2010年1月～2011年4月期间循环水系统浓缩倍率和△A(KCl－KJD)［4］变化情况。

由图1和图2可以看出，在2010年1月～2011年4月期间，该火电厂1、2号机组浓缩倍率基本均维持在2.5～3 倍左右变动，无明显上升和下降趋势。1号机组△A 值基本一直保持平稳状态小辐波动;2号机组△A 值在2011年11月(即停止化学加药前)基本保持平稳，而在停止化学加药后，△A 值相比之前有明显的上扬趋势。

由于该电厂1、2号机循环水系统水源相同，除2号机采用电磁阻垢技术外，2 台机组其他状况一致，将2 台机组2010年1月～2011年4月的循环水系统浓缩倍率和△A(KCl－KJD)变化情况进行对应比较，具体如图3、图4所示。

图1 某火电厂1号机循环水△A 和浓缩倍率变化

图2 某火电厂2号机循环水△A 和浓缩倍率变化图

图3 某电厂号1、2号机循环水浓缩倍率比较

图4 某电厂号1、2号机循环水△A 值比较

该火电厂1、2号机组循环水系统两个时间段的△A 值随浓缩倍率的变化而变化，浓缩倍率高时，△A 值相应较大;浓缩倍率低时，△A 值相应较小。总体来讲，1号机组两个时间段△A 值比较接近，相差不大。但2号机组循环水系统两个时间段的△A值相差较大。

1、2号机组相比较，2 台机组不同时间段浓缩倍率大致相当，2号机组2010年1月～2010年11月期间的△A 值与1号机组两个时间段的△A 值基本相当，而2号机组2010年11月～2011年4月期间的△A 值明显高于2010年1月～2010年11月期间和1号机组不同时间段的△A 值。说明采用化学加药结合电磁阻垢和单独采用化学加药处理时的循环水未表现出明显的结垢倾向;而只采用电磁阻垢时循环水的结垢倾向明显增大，远超过采用化学加药处理和两种方式联合处理时的情况。

2.3 机组热力参数情况调查分析

火电厂循环水系统的主要目的是通过热交换使得低压缸排汽凝结成水，在循环水进水温度、循环水量、真空泵运行数量、机组负荷基本相同的情况下，凝汽器换热效果的好坏直接影响凝汽器真空度，进而影响机组换热效率。机组换热效果的好坏主要取决于凝汽器换热管水侧的洁净程度，换热管越洁净、凝汽器端差越小，低压缸排汽温度越低，机组效率就越高。我们对1、2号机组凝汽器端进行比较，发现1号机组的端差在2011年1月天气最冷的时候达到最高，这主要与循环水进水温度较低有关，其余时间端差基本保持平稳;而2号机组在1月份达到最高之后，随着天气转暖，端差下降有限。

以上情况说明1号机组凝汽器换热管表面基本处于正常状态，2号机组凝汽器换热管表面洁净度较差，导致换热效果不好，使得端差变大。从机组循环水水质条件来看，机组浓缩倍率在2.5～3 倍左右，冬季该电厂所在地区水源在浓缩2.5 倍时具有明显的结垢倾向，从结晶动力学的角度来说，前期垢的晶核形成所需时间较长，但在管壁表面附着量较少，对换热管的换热效果影响相对较小，而晶核一旦形成并在管壁上附着，使得后续晶体的生长具备了可靠的生长点，晶体生长速度很快，造成换热管换热效率下降，这也与2号机组停止加药后前一段时间端差与1号机组类似，而后期端差明显高于1号机组的实际情况相吻合。以上情况说明单独采用电磁阻垢法进行循环水水质处理效果低于化学加药处理，机组运行的经济性不好。

3 结语

(1)从水质分析来看，采用化学加药结合电磁阻垢和单独采用化学加药处理时的循环水结垢倾向基本相同，未表现出明显的结垢倾向;而只采用电磁阻垢时循环水的结垢倾向明显增大，远超过采用化学加药处理和两种方式联合处理时的情况。

(2)从机组热力参数来看，单独采用电磁阻垢法进行循环水水质处理的机组凝汽器端差明显大于相同条件下采用化学加药处理的机组。

综上所述，火电厂大型循环冷却水系统只采用电磁阻垢一种方式和化学加药处理方式相比尚有欠缺，各火电厂在选择电磁阻垢方式进行循环水系统处理时应持谨慎态度，应用前应多方进行考证和试验。对于已采用电磁阻垢方式的电厂应加强水质监督和机组热力参数监督，一旦发生异常情况，应立即恢复化学加药处理或进行两种方式的联合处理。

［1］周文斌.电磁式水处理器在循环水处理中的应用［J］.化工生产与技术，2008，15(6):63－64.

［2］迟金宝，张雪峰，苍大强，等.低频电磁场处理中水的静态阻垢缓蚀试验研究［J］.钢铁，2009，44(6):89－93.

［3］王 博，何 为，蒋 飏，等.高频电子阻垢仪的研制与实验研究［J］.化工自动化及仪表，2009，36(6):49－52.

［4］李红梅.电厂水处理药剂实验室评价及应用［J］.工业水处理，2003，23(7):73－75.