数字化极化水处理系统在发电厂循环水系统的应用

吕永刚

摘 要：通过采用高效物理方式的水处理技术，确定出符合当今火力发电厂循环水处理的方式，并尝试从它们的处理原理上对其水处理性能做出解释，同时也简要分析防垢、阻垢、杀菌和灭藻的作用，实现发电企业低碳环保、节能减排和环境保护具有重要意义。

关键词：水处理  循环水  物理  数字化极化水处理

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0044-02

防止循环水结垢和防止金属腐蚀是困扰发电企业的一个十分重要的问题。粗略估计，每年因发电企业为防止循环水结垢和防止金属腐蚀，而造成的因换热效果差、金属腐蚀和增加污水处理设施费用的损失量，大约相当于发电企业成本的3～6%。而在循环水中加入大量的药剂和换热冷却设备不断地排污，对水体产生了严重污染。水处理工作历来是国内外发电企业重大的科研课题之一，人们研究出多种防止和抑制循环水结垢、金属腐蚀的措施，极化水处理系统便是有效地方法之一。

循环水处理在发电企业中起着举足轻重的作用，如按它们的处理方法区分，大致可归纳为两种方法：化学水处理和物理水处理（或数字化极化水处理）。该文通过电厂汽轮机组循环水系统采用数字化极化水处理系统后，对物理水处理进行分析，并比较它的性能，并尝试从它的处理原理上的解释，来分析数字化极化水处理在循环水处理有着广大的发展前景。

1 发电厂循环水处理

1.1 水质情况

某电厂总装机容量为2×300 MW级热电机组和2×300 MW级纯凝汽机组，发电厂循环水系统采用本地彰武水库地表水，正常情况下，pH值：7.7～8.4，总硬：3.9～6.6 mmol/L，碱度：3.1～4.8 mmol/L，氯离子：18～42 mg/L，氨含量：0.6 mg/L左右，因采用明渠输送，沿途受到一定程度的废水排放污染，影响水质。

1.2 电厂循环水处理情况

电厂循环水处理设备采用传统的水质稳定剂加酸调节的化学水处理工艺，添加药剂主要为阻垢剂、高效铜缓蚀剂、杀菌剂等。为了改善水质电厂每年加入大量的药剂，来控制水中碱度、硬度、全磷、悬浮物、氯、钙、镁、硫酸根、（重）碳酸根离子含量以及异氧菌数、粘泥量、pH等，加大设备维护工作量和运行费用。2009年3月在循环水泵出口母管上加装了两套极化水处理装置，完全代替化学加药处理实现物理方式水处理。

1.3 循环水结垢、水质稳定性分析

发电厂循环水中的水垢形成过程是水溶液中难溶盐结晶析出的过程，该过程主要包括：水分蒸发浓缩形成难溶盐的过饱和溶液、晶核的形成、晶核长大为宏观晶体。由于生物作用（产生氧化铁）、化学作用（产生化学结垢、化学腐蚀）、电化学作用（危害性大）、机械作用是循环水工作过程中产生不稳定的主要原因。

2 化学方式水处理效果检查与分析

2.1 凝汽器检查情况

检查汽轮机凝汽器管板部分保护膜脱落表面有1～3 mm的水垢，凝汽器水侧四周死角有堆积形状不一的粘垢，经过化验分析含氧化铁、泥砂、茵藻等（见图1）;抽管检查凝汽器铜管，管壁内有锈垢（见图2）。

2.2 冷却塔检查情况

检查冷却塔淋水装置波形填料，发现填料组流道内结垢严重，填料片上的垢度达1 mm左右，由于填料流道内部结垢造成大量的填料组脱落，从而影响淋水效果使冷却变差。如图3、图4所示。

3 数字化极化水处理

3.1 防垢原理

水分子结构中由于氢氧原子不对称，使水分子具有极性。水分子在通过极化场时其结构发生改变，极性加强，循环水中的阴、阳离子与极性水分子正、负端亲和力加强。当达到足够的强度时，这种亲和力使阴、阳离子较牢固的分布在极性水分子的正、负极两端，并被大量的极性水分子包围，不能自由运动，防止循环水中阴阳离子结合沉积生成水垢。

3.2 除垢及杀菌、灭藻原理

水在极化场的极化作用下产生大量的“自由”电子，这些“自由”电子被循环水中溶解的O2吸收，生成O2-、H2O2等活性氧自由基。活性氧自由基作用如下：

（1）使微生物细胞壁破裂，原生质流出而死亡，达到杀菌灭藻的作用;

（2）对已生成的垢类具有很强的破坏作用。

3.3 缓蚀原理

（1）阴离子被水分子包围，减少阴离子对管壁的化学腐蚀。

（2）菌藻类无法生存，从而避免了微生物对管壁的生物腐蚀。

（3）自由电子被O2吸收生成O2-、H2O2、OH-等活性氧自由基与器壁作用产生一层氧化被膜，防止腐蚀。

3.4 原理逻辑图（见图5）

3.5 数字化极化水处理使用效果检查

在加装两套极化水处理装置运行6个月后，为了直观判断水处理效果，对冷却塔填料和凝汽器铜管进行垢量、腐蚀检查，检查结果如下：

（1）检查冷却塔淋水装置波形填料，填料组流道内基本上无结垢现象，填料片上仅有薄薄一层浮泥垢厚度为0.03 mm左右。

（2）检查汽轮机凝汽器管板效果理想，抽管检查凝汽器铜管，管壁内光滑无锈垢（见图6、图7）。

（3）具有代表性数据集中在2009年6月24日到7月8日，数据见（见表1）。

4 总结及经济效益分析

4.1 每月节约药剂费用

阻垢剂7万元、高效铜缓蚀剂2.16万元、灭菌剂（NaCLO、食盐、非氧化性杀菌剂）1.9万元，每月共节约药剂费约11.06万元。

4.2 每月水费节约费用

浓缩倍率从原来平均2.0提高到平均4.38倍，按夏季300MW机组循环水排污水量，单台机组浓缩倍率在2.0时排污水量约500 m3/h，浓缩至4.3时排污水量约155 m3/h，每小时节约水量约345 m3/h左右。每月节水量：345 m3/h×24（h）×30天=248400 m3，每月节约水费：248400 m3×0.96元=23.8万元。

4.3 每月电费节约费用

杀菌电解系统：电压66 V，电流740 A，约4 kW/h，循环泵、浓盐泵、盐水泵各6 kW/h，每月按运行5次，每次运行12 h计算，节约电费=60×21×0.22=270元，加药泵6×24×30×0.22=950元，合计约0.12万元。

4.4 总结

使用极化水装置在6个月的运行来看，其阻垢效果是非常明显的，并且具有一定的垢剥离功能;可以完全能够代替传统加药处理，并在高浓缩倍率下满足对循环水的处理要求经济效益非常显著;极化水处理系统与加药处理相比排除人为因素造成的对循环水处理不良影响，并且提高安全管理水平，大大减少劳动强度;每月节省总费用约34.98万元。

5 结语

循环水极化处理技术的应用是循环水处理技术的一次革命，它将彻底改变传统的加药处理技术，从技术上分析，它起到了和加药同等的阻垢、防腐、保证真空度的效果，从经济性上分析，它大幅提高了浓缩倍率，节约了水费、药品费用，系统改造后投资回收期很短，设备简单可靠，运行、维护的工作量大幅较少。

参考文献

[1] 李培瓦.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2] 山东科技大学极化水处理研究所、青岛艾摩特环保科技有限公司《极化水处理系统技术资料》[Z].endprint

摘 要：通过采用高效物理方式的水处理技术，确定出符合当今火力发电厂循环水处理的方式，并尝试从它们的处理原理上对其水处理性能做出解释，同时也简要分析防垢、阻垢、杀菌和灭藻的作用，实现发电企业低碳环保、节能减排和环境保护具有重要意义。

关键词：水处理  循环水  物理  数字化极化水处理

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0044-02

防止循环水结垢和防止金属腐蚀是困扰发电企业的一个十分重要的问题。粗略估计，每年因发电企业为防止循环水结垢和防止金属腐蚀，而造成的因换热效果差、金属腐蚀和增加污水处理设施费用的损失量，大约相当于发电企业成本的3～6%。而在循环水中加入大量的药剂和换热冷却设备不断地排污，对水体产生了严重污染。水处理工作历来是国内外发电企业重大的科研课题之一，人们研究出多种防止和抑制循环水结垢、金属腐蚀的措施，极化水处理系统便是有效地方法之一。

循环水处理在发电企业中起着举足轻重的作用，如按它们的处理方法区分，大致可归纳为两种方法：化学水处理和物理水处理（或数字化极化水处理）。该文通过电厂汽轮机组循环水系统采用数字化极化水处理系统后，对物理水处理进行分析，并比较它的性能，并尝试从它的处理原理上的解释，来分析数字化极化水处理在循环水处理有着广大的发展前景。

1 发电厂循环水处理

1.1 水质情况

某电厂总装机容量为2×300 MW级热电机组和2×300 MW级纯凝汽机组，发电厂循环水系统采用本地彰武水库地表水，正常情况下，pH值：7.7～8.4，总硬：3.9～6.6 mmol/L，碱度：3.1～4.8 mmol/L，氯离子：18～42 mg/L，氨含量：0.6 mg/L左右，因采用明渠输送，沿途受到一定程度的废水排放污染，影响水质。

1.2 电厂循环水处理情况

电厂循环水处理设备采用传统的水质稳定剂加酸调节的化学水处理工艺，添加药剂主要为阻垢剂、高效铜缓蚀剂、杀菌剂等。为了改善水质电厂每年加入大量的药剂，来控制水中碱度、硬度、全磷、悬浮物、氯、钙、镁、硫酸根、（重）碳酸根离子含量以及异氧菌数、粘泥量、pH等，加大设备维护工作量和运行费用。2009年3月在循环水泵出口母管上加装了两套极化水处理装置，完全代替化学加药处理实现物理方式水处理。

1.3 循环水结垢、水质稳定性分析

发电厂循环水中的水垢形成过程是水溶液中难溶盐结晶析出的过程，该过程主要包括：水分蒸发浓缩形成难溶盐的过饱和溶液、晶核的形成、晶核长大为宏观晶体。由于生物作用（产生氧化铁）、化学作用（产生化学结垢、化学腐蚀）、电化学作用（危害性大）、机械作用是循环水工作过程中产生不稳定的主要原因。

2 化学方式水处理效果检查与分析

2.1 凝汽器检查情况

检查汽轮机凝汽器管板部分保护膜脱落表面有1～3 mm的水垢，凝汽器水侧四周死角有堆积形状不一的粘垢，经过化验分析含氧化铁、泥砂、茵藻等（见图1）;抽管检查凝汽器铜管，管壁内有锈垢（见图2）。

2.2 冷却塔检查情况

检查冷却塔淋水装置波形填料，发现填料组流道内结垢严重，填料片上的垢度达1 mm左右，由于填料流道内部结垢造成大量的填料组脱落，从而影响淋水效果使冷却变差。如图3、图4所示。

3 数字化极化水处理

3.1 防垢原理

水分子结构中由于氢氧原子不对称，使水分子具有极性。水分子在通过极化场时其结构发生改变，极性加强，循环水中的阴、阳离子与极性水分子正、负端亲和力加强。当达到足够的强度时，这种亲和力使阴、阳离子较牢固的分布在极性水分子的正、负极两端，并被大量的极性水分子包围，不能自由运动，防止循环水中阴阳离子结合沉积生成水垢。

3.2 除垢及杀菌、灭藻原理

水在极化场的极化作用下产生大量的“自由”电子，这些“自由”电子被循环水中溶解的O2吸收，生成O2-、H2O2等活性氧自由基。活性氧自由基作用如下：

（1）使微生物细胞壁破裂，原生质流出而死亡，达到杀菌灭藻的作用;

（2）对已生成的垢类具有很强的破坏作用。

3.3 缓蚀原理

（1）阴离子被水分子包围，减少阴离子对管壁的化学腐蚀。

（2）菌藻类无法生存，从而避免了微生物对管壁的生物腐蚀。

（3）自由电子被O2吸收生成O2-、H2O2、OH-等活性氧自由基与器壁作用产生一层氧化被膜，防止腐蚀。

3.4 原理逻辑图（见图5）

3.5 数字化极化水处理使用效果检查

在加装两套极化水处理装置运行6个月后，为了直观判断水处理效果，对冷却塔填料和凝汽器铜管进行垢量、腐蚀检查，检查结果如下：

（1）检查冷却塔淋水装置波形填料，填料组流道内基本上无结垢现象，填料片上仅有薄薄一层浮泥垢厚度为0.03 mm左右。

（2）检查汽轮机凝汽器管板效果理想，抽管检查凝汽器铜管，管壁内光滑无锈垢（见图6、图7）。

（3）具有代表性数据集中在2009年6月24日到7月8日，数据见（见表1）。

4 总结及经济效益分析

4.1 每月节约药剂费用

阻垢剂7万元、高效铜缓蚀剂2.16万元、灭菌剂（NaCLO、食盐、非氧化性杀菌剂）1.9万元，每月共节约药剂费约11.06万元。

4.2 每月水费节约费用

浓缩倍率从原来平均2.0提高到平均4.38倍，按夏季300MW机组循环水排污水量，单台机组浓缩倍率在2.0时排污水量约500 m3/h，浓缩至4.3时排污水量约155 m3/h，每小时节约水量约345 m3/h左右。每月节水量：345 m3/h×24（h）×30天=248400 m3，每月节约水费：248400 m3×0.96元=23.8万元。

4.3 每月电费节约费用

杀菌电解系统：电压66 V，电流740 A，约4 kW/h，循环泵、浓盐泵、盐水泵各6 kW/h，每月按运行5次，每次运行12 h计算，节约电费=60×21×0.22=270元，加药泵6×24×30×0.22=950元，合计约0.12万元。

4.4 总结

使用极化水装置在6个月的运行来看，其阻垢效果是非常明显的，并且具有一定的垢剥离功能;可以完全能够代替传统加药处理，并在高浓缩倍率下满足对循环水的处理要求经济效益非常显著;极化水处理系统与加药处理相比排除人为因素造成的对循环水处理不良影响，并且提高安全管理水平，大大减少劳动强度;每月节省总费用约34.98万元。

5 结语

循环水极化处理技术的应用是循环水处理技术的一次革命，它将彻底改变传统的加药处理技术，从技术上分析，它起到了和加药同等的阻垢、防腐、保证真空度的效果，从经济性上分析，它大幅提高了浓缩倍率，节约了水费、药品费用，系统改造后投资回收期很短，设备简单可靠，运行、维护的工作量大幅较少。

参考文献

[1] 李培瓦.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2] 山东科技大学极化水处理研究所、青岛艾摩特环保科技有限公司《极化水处理系统技术资料》[Z].endprint

摘 要：通过采用高效物理方式的水处理技术，确定出符合当今火力发电厂循环水处理的方式，并尝试从它们的处理原理上对其水处理性能做出解释，同时也简要分析防垢、阻垢、杀菌和灭藻的作用，实现发电企业低碳环保、节能减排和环境保护具有重要意义。

关键词：水处理  循环水  物理  数字化极化水处理

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0044-02

防止循环水结垢和防止金属腐蚀是困扰发电企业的一个十分重要的问题。粗略估计，每年因发电企业为防止循环水结垢和防止金属腐蚀，而造成的因换热效果差、金属腐蚀和增加污水处理设施费用的损失量，大约相当于发电企业成本的3～6%。而在循环水中加入大量的药剂和换热冷却设备不断地排污，对水体产生了严重污染。水处理工作历来是国内外发电企业重大的科研课题之一，人们研究出多种防止和抑制循环水结垢、金属腐蚀的措施，极化水处理系统便是有效地方法之一。

循环水处理在发电企业中起着举足轻重的作用，如按它们的处理方法区分，大致可归纳为两种方法：化学水处理和物理水处理（或数字化极化水处理）。该文通过电厂汽轮机组循环水系统采用数字化极化水处理系统后，对物理水处理进行分析，并比较它的性能，并尝试从它的处理原理上的解释，来分析数字化极化水处理在循环水处理有着广大的发展前景。

1 发电厂循环水处理

1.1 水质情况

某电厂总装机容量为2×300 MW级热电机组和2×300 MW级纯凝汽机组，发电厂循环水系统采用本地彰武水库地表水，正常情况下，pH值：7.7～8.4，总硬：3.9～6.6 mmol/L，碱度：3.1～4.8 mmol/L，氯离子：18～42 mg/L，氨含量：0.6 mg/L左右，因采用明渠输送，沿途受到一定程度的废水排放污染，影响水质。

1.2 电厂循环水处理情况

电厂循环水处理设备采用传统的水质稳定剂加酸调节的化学水处理工艺，添加药剂主要为阻垢剂、高效铜缓蚀剂、杀菌剂等。为了改善水质电厂每年加入大量的药剂，来控制水中碱度、硬度、全磷、悬浮物、氯、钙、镁、硫酸根、（重）碳酸根离子含量以及异氧菌数、粘泥量、pH等，加大设备维护工作量和运行费用。2009年3月在循环水泵出口母管上加装了两套极化水处理装置，完全代替化学加药处理实现物理方式水处理。

1.3 循环水结垢、水质稳定性分析

发电厂循环水中的水垢形成过程是水溶液中难溶盐结晶析出的过程，该过程主要包括：水分蒸发浓缩形成难溶盐的过饱和溶液、晶核的形成、晶核长大为宏观晶体。由于生物作用（产生氧化铁）、化学作用（产生化学结垢、化学腐蚀）、电化学作用（危害性大）、机械作用是循环水工作过程中产生不稳定的主要原因。

2 化学方式水处理效果检查与分析

2.1 凝汽器检查情况

检查汽轮机凝汽器管板部分保护膜脱落表面有1～3 mm的水垢，凝汽器水侧四周死角有堆积形状不一的粘垢，经过化验分析含氧化铁、泥砂、茵藻等（见图1）;抽管检查凝汽器铜管，管壁内有锈垢（见图2）。

2.2 冷却塔检查情况

检查冷却塔淋水装置波形填料，发现填料组流道内结垢严重，填料片上的垢度达1 mm左右，由于填料流道内部结垢造成大量的填料组脱落，从而影响淋水效果使冷却变差。如图3、图4所示。

3 数字化极化水处理

3.1 防垢原理

水分子结构中由于氢氧原子不对称，使水分子具有极性。水分子在通过极化场时其结构发生改变，极性加强，循环水中的阴、阳离子与极性水分子正、负端亲和力加强。当达到足够的强度时，这种亲和力使阴、阳离子较牢固的分布在极性水分子的正、负极两端，并被大量的极性水分子包围，不能自由运动，防止循环水中阴阳离子结合沉积生成水垢。

3.2 除垢及杀菌、灭藻原理

水在极化场的极化作用下产生大量的“自由”电子，这些“自由”电子被循环水中溶解的O2吸收，生成O2-、H2O2等活性氧自由基。活性氧自由基作用如下：

（1）使微生物细胞壁破裂，原生质流出而死亡，达到杀菌灭藻的作用;

（2）对已生成的垢类具有很强的破坏作用。

3.3 缓蚀原理

（1）阴离子被水分子包围，减少阴离子对管壁的化学腐蚀。

（2）菌藻类无法生存，从而避免了微生物对管壁的生物腐蚀。

（3）自由电子被O2吸收生成O2-、H2O2、OH-等活性氧自由基与器壁作用产生一层氧化被膜，防止腐蚀。

3.4 原理逻辑图（见图5）

3.5 数字化极化水处理使用效果检查

在加装两套极化水处理装置运行6个月后，为了直观判断水处理效果，对冷却塔填料和凝汽器铜管进行垢量、腐蚀检查，检查结果如下：

（1）检查冷却塔淋水装置波形填料，填料组流道内基本上无结垢现象，填料片上仅有薄薄一层浮泥垢厚度为0.03 mm左右。

（2）检查汽轮机凝汽器管板效果理想，抽管检查凝汽器铜管，管壁内光滑无锈垢（见图6、图7）。

（3）具有代表性数据集中在2009年6月24日到7月8日，数据见（见表1）。

4 总结及经济效益分析

4.1 每月节约药剂费用

阻垢剂7万元、高效铜缓蚀剂2.16万元、灭菌剂（NaCLO、食盐、非氧化性杀菌剂）1.9万元，每月共节约药剂费约11.06万元。

4.2 每月水费节约费用

浓缩倍率从原来平均2.0提高到平均4.38倍，按夏季300MW机组循环水排污水量，单台机组浓缩倍率在2.0时排污水量约500 m3/h，浓缩至4.3时排污水量约155 m3/h，每小时节约水量约345 m3/h左右。每月节水量：345 m3/h×24（h）×30天=248400 m3，每月节约水费：248400 m3×0.96元=23.8万元。

4.3 每月电费节约费用

杀菌电解系统：电压66 V，电流740 A，约4 kW/h，循环泵、浓盐泵、盐水泵各6 kW/h，每月按运行5次，每次运行12 h计算，节约电费=60×21×0.22=270元，加药泵6×24×30×0.22=950元，合计约0.12万元。

4.4 总结

使用极化水装置在6个月的运行来看，其阻垢效果是非常明显的，并且具有一定的垢剥离功能;可以完全能够代替传统加药处理，并在高浓缩倍率下满足对循环水的处理要求经济效益非常显著;极化水处理系统与加药处理相比排除人为因素造成的对循环水处理不良影响，并且提高安全管理水平，大大减少劳动强度;每月节省总费用约34.98万元。

5 结语

循环水极化处理技术的应用是循环水处理技术的一次革命，它将彻底改变传统的加药处理技术，从技术上分析，它起到了和加药同等的阻垢、防腐、保证真空度的效果，从经济性上分析，它大幅提高了浓缩倍率，节约了水费、药品费用，系统改造后投资回收期很短，设备简单可靠，运行、维护的工作量大幅较少。

参考文献

[1] 李培瓦.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2] 山东科技大学极化水处理研究所、青岛艾摩特环保科技有限公司《极化水处理系统技术资料》[Z].endprint