摘要目前，電化學(xué)水處理技術(shù)逐漸得到了應(yīng)用和推廣。本文基于發(fā)電廠循環(huán)水的特點(diǎn)，通過(guò)分析電化學(xué)處理技術(shù)原理，在調(diào)研同類型機(jī)組運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，得出電化學(xué)應(yīng)用于發(fā)電廠循環(huán)水的可行性以供同類型機(jī)組參考。
1引言
電化學(xué)技術(shù)在水處理中不需要投加藥劑，通過(guò)電子作用即可實(shí)現(xiàn)阻垢、除垢、緩蝕和殺菌等方面的作用。與化學(xué)處理法比較，采用該技術(shù)對(duì)循環(huán)冷卻水處理進(jìn)行處理，具有易維修管理，運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)污染，無(wú)需停機(jī)檢修等優(yōu)點(diǎn)。
2電化學(xué)處理工藝介紹
電化學(xué)處理技術(shù)主要采用電化學(xué)處理方法，利用電極反應(yīng)及其相關(guān)過(guò)程，通過(guò)直接和間接的氧化還原、凝聚絮凝、吸附降解和協(xié)同轉(zhuǎn)化等綜合作用，對(duì)水中的硬度、懸浮物、膠體、細(xì)菌、藻類等污染物有效的去除，無(wú)需投加化學(xué)藥劑、無(wú)二次污染、大幅度減少排污、節(jié)約用水。
2.1電化學(xué)技術(shù)原理
電化學(xué)每個(gè)單元是由帶電極的反應(yīng)室、進(jìn)出水管、排污閥門、電源控制柜和維修輔助設(shè)備等幾部分組成。通過(guò)直流電流的作用，在反應(yīng)室內(nèi)壁(陰極)附近形成一個(gè)堿性環(huán)境(pH值達(dá)到12-13的范圍)，這種強(qiáng)堿性環(huán)境下結(jié)垢物質(zhì)更容易結(jié)晶析出。在陽(yáng)極附近，高達(dá)50％的氯離子轉(zhuǎn)變成游離氯或次氯酸，同時(shí)還生成羥基自由基、氧自由基、臭氧和雙氧水。這些物質(zhì)進(jìn)一步強(qiáng)化了在反應(yīng)室內(nèi)的殺菌、滅藻效果，并且不允許包括軍團(tuán)菌等菌類及微生物的存活；碳酸鈣飽和指數(shù)LSI控制軟件可以確保凝汽器不結(jié)垢、不腐蝕，確保熱交換器熱交換效率高，并且不需要清洗，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的；整個(gè)電化學(xué)過(guò)程都是利用水體本源物質(zhì)，不產(chǎn)生污染，屬于綠色環(huán)保型的水處理方法。
電化學(xué)設(shè)備反應(yīng)室內(nèi)的基本化學(xué)反應(yīng)如下[1,2]：
2.2運(yùn)行操作
電化學(xué)水處理系統(tǒng)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)在線不間斷處理循環(huán)水，周期性自動(dòng)刮垢和排污。PLC根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況自動(dòng)控制刮垢、排污的頻率，從而達(dá)到維持系統(tǒng)中水的化學(xué)物質(zhì)平衡和控制微生物生長(zhǎng)的目的。
刮垢、排污流程：PLC控制系統(tǒng)對(duì)控制閥閥門給出指令，關(guān)閉進(jìn)出水閥門，塊的排污閥門打開，將預(yù)先沉淀出來(lái)的結(jié)垢物質(zhì)和生物粘泥排出處理單元，并和沖洗水一起排出到沉淀池。大約120秒后，排污閥門關(guān)閉，打開進(jìn)出水閥門，完成一次清洗周期。
3漳澤電力河津發(fā)電分公司
3.1調(diào)研單位介紹
河津發(fā)電廠是“九五”期間山西省的重點(diǎn)工程，地處晉南地區(qū)，是晉南唯一的一座大型火力發(fā)電廠。一期工程1997年底正式開工建設(shè)，安裝兩臺(tái)350MW日本三菱機(jī)組，總投資35.68億人民幣（靜態(tài)投資為32.50億人民幣），其中使用日本政府海外協(xié)力基金第三批日元貸款220億元，配套內(nèi)資分別由華北電力集團(tuán)公司、山西省地方電力公司、山西省電力公司共同投資建設(shè)。2000年1月，河津發(fā)電有限責(zé)任公司由漳澤電力股份有限公司收購(gòu)，更名為山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電廠。
3.2調(diào)研主要內(nèi)容
3.2.1循環(huán)水概況
河津發(fā)電分公司循環(huán)水系統(tǒng)單臺(tái)機(jī)設(shè)計(jì)循環(huán)量38190m3/h，循環(huán)水采用60%弱酸出水+40%原水（地下水）作為補(bǔ)充水水源，其混合水的指標(biāo)為：硬度314mg/L，堿度122mg/L，氯離子112mg/L，電導(dǎo)率1240us/cm。之前循環(huán)水系統(tǒng)采用加阻垢劑、加殺菌劑和加緩蝕劑的處理方式，濃縮倍率約為3。凝汽器材質(zhì)為S31603。
2016年10月底進(jìn)行電化學(xué)處理改造，2016年11月24日開始投入運(yùn)行。改造工藝流程如下圖所示：
增壓泵在熱季凝汽器背壓升高時(shí)使用。
3.2.2改造后運(yùn)行情況
3.2.2.1改造后的循環(huán)水水質(zhì)控制
改造后，循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)如下：有機(jī)磷4~6mg/L，鈣+堿度＜15mmol/L，細(xì)菌~1x105CFU/mL。
3.2.2.2改造后系統(tǒng)運(yùn)行
每個(gè)電化學(xué)反應(yīng)單元處理能力為50m3/h；每個(gè)集裝設(shè)備共有8個(gè)反應(yīng)單元，處理能力共為400m3/h；全廠共有集裝設(shè)備3套并聯(lián)運(yùn)行，總處理能力為1200m3/h，沒(méi)有備用。采用電化學(xué)處理的循環(huán)水比例約為3.14%。改造后，循環(huán)水處理系統(tǒng)一直處于試驗(yàn)摸索階段，在一部分循環(huán)水旁路電化學(xué)處理的同時(shí)往循環(huán)水系統(tǒng)中投加阻垢劑3mg/L和少量緩蝕劑。在運(yùn)行的半年時(shí)間里，加藥量在逐步減少。
單個(gè)集裝設(shè)備尺寸為12x3x3m。單個(gè)污泥池尺寸為3x1.2x1.6m，污泥一月清理一次，一次清理污泥約0.5m深。沉淀后的清水回用與廠內(nèi)脫硫系統(tǒng)。
單個(gè)化學(xué)反應(yīng)單元容積約為0.8m3，單元內(nèi)設(shè)有刮刀用于刮除單元壁（陰極）產(chǎn)生的水垢。刮刀采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)方式，根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況判斷刮刀運(yùn)行周期。實(shí)際運(yùn)行中，刮刀設(shè)置為2小時(shí)運(yùn)行一次。
3.2.2.3經(jīng)濟(jì)效益
A）投資費(fèi)用
河津發(fā)電循環(huán)水電化學(xué)處理改造費(fèi)用為750萬(wàn)元，包括3x400t/h的電化學(xué)模塊、增壓泵、空氣壓縮機(jī)、儀表、閥門、管道及所有電氣控制系統(tǒng)，并含有施工費(fèi)用。
B）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用
電化學(xué)電極廠家質(zhì)保3年，通常5年更換，具體由水質(zhì)情況決定。一個(gè)電解單元（12個(gè)電極）更換費(fèi)用約為1萬(wàn)元。
單個(gè)電解單元電動(dòng)機(jī)功率為80W，整個(gè)電化學(xué)處理電動(dòng)機(jī)功率為1920W。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按5000h考慮，年耗電量約為9600kWh。
C）改造前后對(duì)比（數(shù)據(jù)來(lái)源為專工介紹）
循環(huán)水改造前，濃縮倍率為3.0左右，單臺(tái)機(jī)年排污量約為72萬(wàn)噸，排污費(fèi)用約200萬(wàn)元。采用加殺菌劑、阻垢劑、緩蝕劑處理循環(huán)水，單臺(tái)機(jī)化學(xué)藥劑費(fèi)用180萬(wàn)元。循環(huán)水年運(yùn)行費(fèi)用約380萬(wàn)元（不包括弱酸系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用）。
系統(tǒng)改造后從11月24日投入運(yùn)行到12月17日，#1循環(huán)水補(bǔ)水量約31萬(wàn)噸，與2015年同期相比減少了約3萬(wàn)噸。每噸水按3.5元計(jì)，則節(jié)約水費(fèi)10.5萬(wàn)元。當(dāng)采用電化學(xué)處理循環(huán)水濃縮倍率控制到5.0時(shí)，但臺(tái)機(jī)組全年運(yùn)行能減少補(bǔ)水約87萬(wàn)噸，節(jié)約水費(fèi)可觀。此時(shí)基本上能停止阻垢劑和殺菌劑加藥，每臺(tái)機(jī)組每年最多能節(jié)約藥劑費(fèi)用約180萬(wàn)元。
3.2.2.4需驗(yàn)證問(wèn)題
由于河津發(fā)電應(yīng)用電化學(xué)處理循環(huán)水不足一年時(shí)間，在全年最熱時(shí)期并未有汽機(jī)專業(yè)對(duì)端差、真空度等影響的反饋，還需進(jìn)一步運(yùn)行檢驗(yàn)應(yīng)用效果。
3.3水質(zhì)情況
4南通星辰合成材料芮城分公司
4.1調(diào)研單位介紹
南通星辰合成材料有限公司芮城分公司是由中國(guó)藍(lán)星（集團(tuán)）股份有限公司旗下南通星辰合成材料有限公司的分公司，原名藍(lán)星化工新材料股份有限公司芮城分公司。公司以化工新材料及酚類系列產(chǎn)品為主營(yíng)業(yè)務(wù)。2014年成立分公司以來(lái)，依托高新技術(shù)聚苯醚項(xiàng)目，持續(xù)改進(jìn)，不斷創(chuàng)新，取得了飛速發(fā)展。
目前公司以生產(chǎn)、研發(fā)和銷售工程塑料及醫(yī)藥中間體產(chǎn)品為主。主要產(chǎn)品有聚苯醚PPE、2，6-二甲酚、2，3，6-三甲酚、鄰甲酚等產(chǎn)品，其中擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品3種，3種產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)外市場(chǎng)。公司現(xiàn)擁有中國(guó)首座年產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)聚苯醚（PPE）工程塑料生產(chǎn)線一條，年產(chǎn)2000噸2，3，6-三甲酚（合成維生素E原料）生產(chǎn)線一條；公用工程、附屬生產(chǎn)設(shè)施及環(huán)保處理設(shè)施齊全。
公司歷史沿革可追溯1973年，前身磷肥廠在山西省政府批準(zhǔn)下選址建廠，后歷經(jīng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型和工廠更名。1990年更名為芮城縣地方國(guó)營(yíng)化工廠，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型為酯類系列產(chǎn)品，工廠得以快速發(fā)展。2002年工廠更名為芮城福斯特化工股份有限公司，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型生產(chǎn)酚類系列產(chǎn)品，并從國(guó)外引進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)品聚苯醚項(xiàng)目。2005年4月公司由原中國(guó)藍(lán)星（集團(tuán)）總公司收購(gòu)重組，業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)向化工新材料領(lǐng)域，成為中國(guó)化工新材料聚苯醚的領(lǐng)航者。2006年3月成立藍(lán)星化工新材料股份有限公司芮城分公司，2014年8月因藍(lán)星公司業(yè)務(wù)戰(zhàn)略整合，成立南通星辰合成材料有限公司芮城分公司。
4.2調(diào)研主要內(nèi)容
4.2.1循環(huán)水概況
芮城材料循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)量為2000m3/h，采用地下水作為補(bǔ)充水水源。之前循環(huán)水系統(tǒng)采用加殺菌劑、加硝酸的處理方式。
2014年進(jìn)行電化學(xué)處理一期改造，改造后工藝流程如下圖所示：
4.2.2改造后運(yùn)行情況
改造后，循環(huán)水電化學(xué)處理單元一期改造出力為4x25m3/h，二期改造出力為1x50m3/h+3x25m3/h，4臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，現(xiàn)總處理能力為125m3/h，沒(méi)有備用。采用電化學(xué)處理的循環(huán)水比例約為6.25%。
電化學(xué)單元內(nèi)設(shè)有刮刀用于刮除單元壁（陰極）產(chǎn)生的水垢。刮刀采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況判斷刮刀運(yùn)行周期。實(shí)際運(yùn)行中，刮刀設(shè)置為1小時(shí)運(yùn)行一次。一周清理污水箱一次，同時(shí)每?jī)蓚€(gè)月需打開電化學(xué)單元清理單元內(nèi)集結(jié)的水垢。
無(wú)閥濾池出力為2x100m3/h，每天反沖洗3次。
4.2.3經(jīng)濟(jì)效益
A）投資費(fèi)用
芮城材料一期改造費(fèi)用270萬(wàn)，二期改造35萬(wàn)。2017年更換25m3/h處理單元電極共10根花費(fèi)約3萬(wàn)。
B）運(yùn)行維護(hù)
據(jù)運(yùn)行人員介紹，改造后正常運(yùn)行不需要加阻垢劑，只有在循環(huán)水啟動(dòng)初期投加。改造前后，循環(huán)水排污水量和補(bǔ)水量沒(méi)有變化，但循環(huán)水水質(zhì)變好，并且沒(méi)有換熱器出現(xiàn)換熱效率下降等問(wèn)題反饋；運(yùn)行人員操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。
4.2.4水質(zhì)情況
5調(diào)研結(jié)論
通過(guò)對(duì)漳澤電力河津發(fā)電分公司和南通星辰合成材料芮城分公司的調(diào)研，對(duì)華電天津650MW燃?xì)?350MW燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)工程提供了參考。不同的應(yīng)用領(lǐng)域說(shuō)明，電化學(xué)處理循環(huán)水不僅理論上可行，也在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)。
對(duì)于火力發(fā)電廠而言，電化學(xué)處理循環(huán)水難點(diǎn)主要是：循環(huán)水水量極其龐大，導(dǎo)致需處理水量也很大；循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)多樣化。該技術(shù)運(yùn)用到循環(huán)水量相對(duì)較小的燃機(jī)電廠、垃圾焚燒電廠及光熱電廠等將會(huì)有一番突破。
參考文獻(xiàn)
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來(lái)源:清潔高效燃煤發(fā)電 作者:殷世忠等
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