火力发电厂循环冷却水处理系统浅析

华电潍坊发电有限公司 闫嵩山

火力发电厂的循环冷却水系统在使用时，受风吹损失和水分自身蒸发等多种原因影响，使循环水体的含盐量持续升高，因而导致水中阴阳离子增多、各类盐分超标、酸碱度超标等问题。火电厂的循环冷却水本身来自自然水体，其水况下降势必引起微生物的大量增殖。另外，在电厂的循环水冷却器和集水池中，由于阳光照射也会协助藻类等微生物的生长，对水体产生污染，从而对生产设备和管路的正常运行造成不利的后果。因此，对火力发电厂的循环冷却水系统的改造优化进行探讨，既能节约循环水的排污和补水量，又能降低设备损耗，减少金属管路腐蚀和泄漏，对于保障发电机组长期经济安全稳定运行具有重要意义。

火电厂的循环水系统实际应用过程中，通常存在以下问题：冷却器的补给水源通常是用自然水源或城市自来水、城市中水，长时间循环使用、蒸发，水中钙、镁离子浓度增加，会导致换热管结垢，导致传热效果下降，甚至会阻塞管道，影响设备的出力；循环水里的溶解氧含量很大，持续循环蒸发会使氯离子、硫酸根浓度升等，容易引起设备和管道造成侵蚀和穿洞；25～35℃的环境温度下，水体中的有机质和无机盐为微生物和藻类的生长和增殖创造了有利的条件。由于上述原因，如结垢、腐蚀、微生物等，必须采用有效的治理措施。

1 火力发电厂循环水处理的概念及重要性

火力发电厂用水量极大，根据机组容量大小不同厂区每天用水可达14000～57000t，除沿海外内陆火电厂通常会建立污水回用系统，实现了水资源的再利用，达到节水效果。目前火电厂采用循环用水的主要是冷却用水，在电厂的总供水量中冷却器的供水量占到1/4。冷却塔中的水可单独使用并具有回收的功能。当前我国工业冷却塔生产过程中产生的污水问题有结垢、生物生长、设备污垢等。从整体上减少水垢问题可通过对磷酸盐的生成及基础沉积来实现；或可采用去除多余钙元素防止结垢。这些方法价格昂贵，其实用价值有限。

防垢除垢。结垢是由于HCO3-盐类在蒸馏中的含量不断升高而生成的一种微溶盐，它会引起换热器的换热器效率下降、换热器的阻塞、生产的能源消耗和产量下降；导致设备或设备停止运转等。采用超滤、反渗透、电除盐等装置能有效去除水中盐分，防止二次结垢。

杀菌灭藻。生产过程中冷却用水来源复杂，来自自然水体、污水回收水、城市中水等。而循环降温过程中水温的升高会为微生物生长提供有利的温度条件。对火电厂的循环冷却水水持续消毒、灭藻，确保了水的洁净度，为管线的正常使用奠定了基础。

防止腐蚀。采用火电厂循环水体系中的活性氧技术可以促进活性氧在管壁上的附着，从而在管壁上生成一种较厚的保护膜。这样循环水中的金属管就不会产生水垢和微生物，从而减少腐蚀、穿孔、渗漏等正常的生产干扰，从而确保了管道的畅通和隔离。

2 循环冷却水化学优化处理方法

化学增效法是目前常用的水处理技术，其应用的药剂有缓释型抑垢剂和消毒剂。采用精密的加药装置，对水体中的化学成分进行详细测控，保证整个装置的操作更加平稳，从而确保水体各项指标保持平稳可控。该方法主要缺陷：需要连续投入药物，且在后期投入成本高；需定时进行废水废液排放，需额外的环境污染处理费用；要求有专业水处理工程师进行调整和维护，对员工技能要求较高；后期的化学清洗会降低仪器的运行周期和使用年限。当前多数厂家仍采用含磷类的药剂，对生态系统污染严重。发展新的阻垢剂和灭藻剂是循环系统水处理的一种发展方向。

3 循环冷却水物理优化处理方法

火电厂循环水的物理处置还可采用纯粹的物理手段，以控制结垢，控制腐蚀，控制微生物和藻类。

3.1 电化学处理方法

电化学处理主要是利用直流电在水中产生一系列的电化学反应，在此过程中阳极表面会产生活性氧、游离余氯等，在阴极上发生了一系列的还原作用，生成了一个强碱的大环境，这种大的环境打乱了氧化膜的化学平衡，一些容易沉积的杂质从水里沉淀出来并被定时地排出；同时在阳极周围产生的臭氧、氧化氢等可起到很好的杀菌效果。

电化学反应机理如下：污物的沉淀。利用电化学作用，将水中钙、镁离子在反应器的阴极沉积，使水中钙、镁离子浓度减低至标准值以下，从而保证循环水管道中不会结垢；防止细菌和微生物的侵蚀。电解生成的活性氧离子和自由氯化物可对水体灭菌，防止细菌、藻类增殖对管道和设备造成侵蚀；节能、环保、绿色技术。将循环水中的钙、镁离子转化为固态沉淀，使循环水的浓度达标，降低用水损耗，而且无需添加任何化学试剂，达到保护环境目的。

3.2 离子棒处理方法

在循环水池、水管中加入带电长杆或金属板，通电后就像是一个带有负电荷的负极体，它可对带正电微粒产生反应。当该离子棒工作时会形成一个静电磁场，放出许多“自由”的电子，从而加大水里的“结构”的排斥。该效应对具有不同电荷量的微粒产生了强烈形象，从而打破了水分子所特有的晶态和电磁场。

离子棒的作用是：对受污设备来说，因高电压的静电场会激发水分子从而使其处在高能态，在经过高压静电位的作用下，通过污垢的表面可破坏污物间的电子结合，逐渐剥蚀、脱落，从而达到除污效果；水溶液中的阳离子环绕在水偶极周围，使得带电微粒不能够吸附在一起形成污物；电场的强弱变化会影响水体中的微生物和藻的生长，且会使水体产生较多的活性氧（H2O2，O3等），从而杀死细菌和藻类；由于离子棒产生了许多的自由电子，可防止管道内的铁因失电而发生氧化，从而增强了管道的抗腐蚀性。

在火电厂中采用阴极保护法和膜处理工艺处理循环水的可能性较大。阴极保护法一种是通过直流电来控制被防护材料的流动方向，从而将其聚集到需要防护的材料周围，特别是通过阳极和阴极的耦合来达到阴极的防护；而膜护理是利用一种微孔径的膜对水中的某些组分进行有选择地过滤。例如超滤（RO）是一种广泛采用的水处理设备，它能将水中的胶体、大分子和微粒等物质进行高效的分离，以延长后续设备的使用寿命。RO的孔径通常小于1nm，能够将水中的大分子物质进行有效阻挡。采用超滤预处理后，水的污染指标均低于2.0mg/L。

在当前社会日益关注的环境问题下，开发利用高效、环保的循环系统来解决废水中的污垢、腐蚀和微生物繁殖问题，无论是采用化学工艺或物理工艺都有各自的优缺点，企业应根据自己的具体条件和需要，选用不同的化学、物理工艺对其进行综合利用，从而达到节能减排、提质增效的经济目的。

综上，本文首先分析了火力发电厂循环水处理的概念，从防垢除垢、杀菌灭藻、防止腐蚀三方面分析了火力发电厂循环水处理的重要性，接着从循环冷却水化学处理方法以及物理工艺方面的电化学处理方法和离子棒处理法两个方面，分析了循环冷却水的优化处理方法。