循环水电化学技术在火电厂中的应用

王晶晶

摘 要：循环冷却水系统是火电厂的重要系统之一，承担着冷却介质的作用。不仅用水量巨大，而且对水质的要求也较高。循环水系统容易出现结垢、腐蚀、微生物滋生等问题，严重危害安全生产。为解决上述问题，大多数的火电厂采用水质稳定处理，通过投加化学药剂来控制水质，但需不断调整加药量，存在废水问题。循环水电化学处理在控制水质，避免凝汽器结垢与腐蚀方面取得了较好的效果，是一种更加环保和节水方法，成为火电厂探索的新的处理方式。

关键词：循环水;处理;电化学

1 火电厂循环冷却水概况

火电厂的循环冷却水，主要是对敞开式循环冷却水而言的。在敞开式循环冷却水中，除了冷却塔外，最主要的就是凝汽器。它能在汽轮机的排汽室建立并维持所要求的真空，使蒸汽在汽轮机中膨胀到较低的压力，以提高蒸汽的可用焓降;将排汽冷凝为凝结水循环使用;接受机组启停时的排汽及疏水。而循环水作为凝汽器的冷却水，就会出现盐类浓缩现象，在凝汽器铜管（不锈钢管）或冷却塔填料上有结构问题;又温度适宜，营养丰富，会有微生物的滋长问题;风吹雨淋，杂物飘落的污染问题等。火电厂的循环水处理，就是要找到解决结垢、微生物生长及换热材料腐蚀的方法。

1.1现有的循环水处理方式

对敞开式循环冷却水处理，主要集中在阻垢、缓蚀、微生物控制等方面，现有的技术方法大致分为三类：化学药剂法，即加酸、缓蚀阻垢、杀菌除藻等;物理化学法，即利用电、磁、极化、防菌涂料等;生物化学法，通过微生物代谢来实现。

1.2现存方式下存在的问题

（1）水资源的浪费众所周知，火电厂是耗水大户，循环冷却水占火电厂用水总量的50%-80%。在现有的处理方式下，循环水的浓缩倍率为1.8，排污水量最大时为540m3/h。造成了水资源的大量浪费。

（2）生产成本问题由于要持续地投加化学药剂，药剂的供应稳定，与药效的稳定问题，在生产中要随时调节，耗费人力物力，增加生产成本。

（3）环保法规对火电厂的外排废水提出了更高的要求。

（4）原水水质的保护现如今的环境污染问题日益严峻。

2 循环水电化学技术

目前，随着对工业废水处理研究的不断深入，许多新的处理技术日益成熟，其中电化学处理法具有设备占地面积小、操作灵活、后续维护费用低等优点，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物。电化学处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化而从废水中去除。三号机组循环水采用电化学水处理工艺旨在达到循环水零排放，零污染，从而取代化学加药处理，是更经济更环保的处理方式。

2.1技术原理

循环水电化学处理系统采用模块化设计，每个模块处理单元组成。每个单元是由带电极的反应室、进出水管、排污阀门，电源控制柜和维修辅助设备等几部分组成。通过直流电流的作用，在反应室内壁（阴极）附近形成一个碱性环境（PH值达到12-13的范围），这种强碱性环境下结垢物质更容易结晶析出。在阳极附近，高达50%的氯离子转变成游离氯或次氯酸，在阳极附近同时还生成经基自由基、氧自由基、臭氧和双氧水，这些物质能有效地杀菌灭藻，预防微生物和藻类代谢产生的腐败物变成有机酸，腐蚀管路和设备。根据循环水蒸发浓缩过程中碳酸钙饱和指数（LSI）的变化，将碳酸钙控制在过饱和状态，在管道和设备内壁形成很薄的一层保护层，从而保护管道和设备不和冷却水中的溶解氧接触，防止腐蚀现象的发生。

整个电化学过程基本反应如下。

在反应室内壁（阴极）的主要化学反应：

2H2O+2e-→H2+2OH-

HCO3-+OH-→CO32-+H2O

Ca2+（钙离子）可形成氢氧化钙：Ca（OH）2（垢）;碳酸钙：CaCO3（垢）

在阳极的主要化学反应：

游离氯Cl--e-→[Cl]

氯气2Cl-→Cl2+2e-

2.2系统流程

本系统设计2种取水方式，一种在循环水回水管取水并以此作为主要取水方式，另外在夏季高温季节，使用另配自吸水泵直接于塔池取水，用于高温季节蒸发量大时的补充取水方式。

3 应用效果

3.1浓缩倍率提高，节约水资源

循环水的浓缩倍数直接决定着取用水量和节水效果，对于循环水系统而言，提高浓缩倍率有利于电厂节约用水，减少排污损失，对环境保护和节约利用水资源有利。浓缩倍率过低，则造成水资源的浪费。所以要选择合适的浓缩倍率。之前加药处理的浓缩倍率为1.8，排污水最大540m3/h。3号机组循环水采用电化学处理后，控制浓缩倍数≥6。且不产生废水，污染物以固体形势排放。

3.2加酸处理

3.2.1降低了碱度

加酸调PH是帮助循环水有效阻垢的辅助措施，以保证水质的稳定。加酸处理应控制循环水硬度低于极限碳酸盐硬度。

三号机循环水采用加硫酸处理：

Ca（HCO3）2+H2SO4=CaSO4+2CO2+2H2O

反应的结果是将水中的碳酸盐硬度转变为非碳酸盐硬度，因为硫酸钙的溶解度约为碳酸钙的40倍以上。另外，反应中生成的游离CO2，有利于抑制碳酸钙水垢的析出。

3.2.2抑制不锈钢管的点蚀和缝隙腐蚀

在冷却水中，影响不锈钢管点蚀和缝隙腐蚀的环境因素主要有Cl-、SO42-、PH值、溶解氧量、流速和温度。Cl-的含量越高，PH值越低，不锈钢管越容易发生点蚀和缝隙腐蚀，然而，当溶液中SO42-的浓度在Cl-浓度的两倍以上时，即可抑制点蚀。三号机凝汽器采用的是316L不锈钢，加酸处理，在一定程度上也達到了抑制腐蚀的效果。

3.3电化学处理对凝汽器不锈钢管结垢与腐蚀的影响

冷却水管内结垢，使凝汽器的换热能力下降，势必影响真空与端差，影响机组的热经济性。若发生垢下腐蚀，严重时可导致凝汽器泄露，严重污染凝结水水质，继而造成省煤器、水冷壁结垢与腐蚀的发生，严重危害锅炉的安全运行。而循环水采用电化学处理后，连续跟踪三号机循环水的分析数据，计算出的污垢热阻为0.66×10-4m2K/W。只占国家标准GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》中的相关规定（设备传热面水侧污垢热阻值应小于3.44×10-4m2K/W）的19.2%，均远远小于国标要求。在实际运行中由于有胶球冲洗，污垢热阻的数据将会更小。同时，根据GB/T18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》进行挂片试验，计算腐蚀速率。六根不锈钢管中有五根的结果均满足GB/T50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》中铜合金和不锈钢设备传热水侧腐蚀速率应小于0.005mm/a的规定，可以说循环水电化学处理在结垢速率和腐蚀速率方面取得了较好的效果，可以很好地维持凝汽器运行时所需要的真空及端差。

4 总结

循环水系统对电厂运行安全的影响甚大，而循环水的处理方式又关乎安全、经济、环保、节能等多方面因素。解决循环水系统的结垢、腐蚀、微生物滋长等问题一直是电厂化学的研究方向。电化学技术在三号机循环水系统的应用取得了较好的效果，可以提高循环倍率，节约水资源，并且拥有低于国标的结构速率和腐蚀速率，成为一种新型环保的处理方法，实现了循环水零污染、零排放。

参考文献：

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[2]李培元周柏青发电厂水处理及水质控制中国电力出版社2011.11

[3]卢国华电厂化学广东电网公司电力科学研究院编中国电力出版社2010.12