DQZHAN技術(shù)訊：電化學技術(shù)應用循環(huán)水處理分析及調(diào)研
摘要目前，電化學水處理技術(shù)逐漸得到了應用和推廣。本文基于發(fā)電廠循環(huán)水的特點，通過分析電化學處理技術(shù)原理，在調(diào)研同類型機組運行情況的基礎(chǔ)上，得出電化學應用于發(fā)電廠循環(huán)水的可行性以供同類型機組參考。
1引言
電化學技術(shù)在水處理中不需要投加藥劑，通過電子作用即可實現(xiàn)阻垢、除垢、緩蝕和**等方面的作用。與化學處理法比較，采用該技術(shù)對循環(huán)冷卻水處理進行處理，具有易維修管理，運行費用低，無污染，無需停機檢修等優(yōu)點。
2電化學處理工藝介紹
電化學處理技術(shù)主要采用電化學處理方法，利用電極反應及其相關(guān)過程，通過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，對水中的硬度、懸浮物、膠體、**、藻類等污染物有效的去除，無需投加化學藥劑、無二次污染、大幅度減少排污、節(jié)約用水。
2.1電化學技術(shù)原理
電化學每個單元是由帶電極的反應室、進出水管、排污閥門、電源控制柜和維修輔助設(shè)備等幾部分組成。通過直流電流的作用，在反應室內(nèi)壁(陰極)附近形成一個堿性環(huán)境(pH值達到12-13的范圍)，這種強堿性環(huán)境下結(jié)垢物質(zhì)更容易結(jié)晶析出。在陽極附近，高達50％的氯離子轉(zhuǎn)變成游離氯或次氯酸，同時還生成羥基自由基、氧自由基、臭氧和雙氧水。這些物質(zhì)進一步強化了在反應室內(nèi)的**、滅藻效果，并且不允許包括軍團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，從而達到提高生產(chǎn)效率的目的；整個電化學過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。
電化學設(shè)備反應室內(nèi)的基本化學反應如下[1,2]：
電化學技術(shù)應用循環(huán)水處理分析及調(diào)研
2.2運行操作
電化學水處理系統(tǒng)通過PLC控制系統(tǒng)在線不間斷處理循環(huán)水，周期性自動刮垢和排污。PLC根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況自動控制刮垢、排污的頻率，從而達到維持系統(tǒng)中水的化學物質(zhì)平衡和控制微生物生長的目的。
刮垢、排污流程：PLC控制系統(tǒng)對控制閥閥門給出指令，關(guān)閉進出水閥門，塊的排污閥門打開，將預先沉淀出來的結(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”期間山西省的重點工程，地處晉南地區(qū)，是晉南**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350MW日本三菱機組，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)電有限責任公司由漳澤電力股份有限公司收購，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)單臺機設(shè)計循環(huán)量38190m3/h，循環(huán)水采用60%弱酸出水+40%原水（地下水）作為補充水水源，其混合水的指標為：硬度314mg/L，堿度122mg/L，氯離子112mg/L，電導率1240us/cm。之前循環(huán)水系統(tǒng)采用加阻垢劑、加**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月底進行電化學處理改造，2016年11月24日開始投入運行。改造工藝流程如下圖所示：
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增壓泵在熱季凝汽器背壓升高時使用。
3.2.2改造后運行情況
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)控制指標如下：有機磷4~6mg/L，鈣+堿度＜15mmol/L，**~1x105CFU/mL。
3.2.2.2改造后系統(tǒng)運行
每個電化學反應單元處理能力為50m3/h；每個集裝設(shè)備共有8個反應單元，處理能力共為400m3/h；全廠共有集裝設(shè)備3套并聯(lián)運行，總處理能力為1200m3/h，沒有備用。采用電化學處理的循環(huán)水比例約為3.14%。改造后，循環(huán)水處理系統(tǒng)一直處于試驗摸索階段，在一部分循環(huán)水旁路電化學處理的同時往循環(huán)水系統(tǒng)中投加阻垢劑3mg/L和少量緩蝕劑。在運行的半年時間里，加藥量在逐步減少。
單個集裝設(shè)備尺寸為12x3x3m。單個污泥池尺寸為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)。
單個化學反應單元容積約為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)動方式，根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況判斷刮刀運行周期。實際運行中，刮刀設(shè)置為2小時運行一次。
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3.2.2.3經(jīng)濟效益
A）投資費用
河津發(fā)電循環(huán)水電化學處理改造費用為750萬元，包括3x400t/h的電化學模塊、增壓泵、空氣壓縮機、儀表、閥門、管道及所有電氣控制系統(tǒng)，并含有施工費用。
B）運行維護費用
電化學電極廠家質(zhì)保3年，通常5年更換，具體由水質(zhì)情況決定。一個電解單元（12個電極）更換費用約為1萬元。
單個電解單元電動機功率為80W，整個電化學處理電動機功率為1920W。年運行小時數(shù)按5000h考慮，年耗電量約為9600kWh。
C）改造前后對比（數(shù)據(jù)來源為專工介紹）
循環(huán)水改造前，濃縮倍率為3.0左右，單臺機年排污量約為72萬噸，排污費用約200萬元。采用加**劑、阻垢劑、緩蝕劑處理循環(huán)水，單臺機化學藥劑費用180萬元。循環(huán)水年運行費用約380萬元（不包括弱酸系統(tǒng)運行費用）。
系統(tǒng)改造后從11月24日投入運行到12月17日，#1循環(huán)水補水量約31萬噸，與2015年同期相比減少了約3萬噸。每噸水按3.5元計，則節(jié)約水費10.5萬元。當采用電化學處理循環(huán)水濃縮倍率控制到5.0時，但臺機組全年運行能減少補水約87萬噸，節(jié)約水費可觀。此時基本上能停止阻垢劑和**劑加藥，每臺機組每年*多能節(jié)約藥劑費用約180萬元。
3.2.2.4需驗證問題
由于河津發(fā)電應用電化學處理循環(huán)水不足一年時間，在全年*熱時期并未有汽機專業(yè)對端差、真空度等影響的反饋，還需進一步運行檢驗應用效果。
3.3水質(zhì)情況
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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藍星（集團）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)品為主營業(yè)務(wù)。2014年成立分公司以來，依托高新技術(shù)聚苯醚項目，持續(xù)改進，不斷**，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-**酚、鄰甲酚等產(chǎn)品，其中擁有知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品3種，3種產(chǎn)品進入國外市場。公司現(xiàn)擁有中國首座年產(chǎn)萬噸級聚苯醚（PPE）工程塑料生產(chǎn)線一條，年產(chǎn)2000噸2，3，6-**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營化工廠，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，并從國外引進高新技術(shù)產(chǎn)品聚苯醚項目。2005年4月公司由原中國藍星（集團）總公司收購重組，業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)向化工新材料領(lǐng)域，成為中國化工新材料聚苯醚的**者。2006年3月成立藍星化工新材料股份有限公司芮城分公司，2014年8月因藍星公司業(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，采用地下水作為補充水水源。之前循環(huán)水系統(tǒng)采用加**劑、加硝酸的處理方式。
2014年進行電化學處理一期改造，改造后工藝流程如下圖所示：
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4.2.2改造后運行情況
改造后，循環(huán)水電化學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臺并聯(lián)運行，現(xiàn)總處理能力為125m3/h，沒有備用。采用電化學處理的循環(huán)水比例約為6.25%。
電化學單元內(nèi)設(shè)有刮刀用于刮除單元壁（陰極）產(chǎn)生的水垢。刮刀采用電機驅(qū)動方式，根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況判斷刮刀運行周期。實際運行中，刮刀設(shè)置為1小時運行一次。一周清理污水箱一次，同時每兩個月需打開電化學單元清理單元內(nèi)集結(jié)的水垢。
無閥濾池出力為2x100m3/h，每天反沖洗3次。
4.2.3經(jīng)濟效益
A）投資費用
芮城材料一期改造費用270萬，二期改造35萬。2017年更換25m3/h處理單元電極共10根花費約3萬。
B）運行維護
據(jù)運行人員介紹，改造后正常運行不需要加阻垢劑，只有在循環(huán)水啟動初期投加。改造前后，循環(huán)水排污水量和補水量沒有變化，但循環(huán)水水質(zhì)變好，并且沒有換熱器出現(xiàn)換熱效率下降等問題反饋；運行人員操作方便，維護簡單。
4.2.4水質(zhì)情況
電化學技術(shù)應用循環(huán)水處理分析及調(diào)研
5調(diào)研結(jié)論
通過對漳澤電力河津發(fā)電分公司和南通星辰合成材料芮城分公司的調(diào)研，對華電天津650MW燃氣+350MW燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)工程提供了參考。不同的應用領(lǐng)域說明，電化學處理循環(huán)水不僅理論上可行，也在實踐中得到了檢驗。
對于火力發(fā)電廠而言，電化學處理循環(huán)水難點主要是：循環(huán)水水量極其龐大，導致需處理水量也很大；循環(huán)水補水水質(zhì)多樣化。該技術(shù)運用到循環(huán)水量相對較小的燃機電廠、垃圾焚燒電廠及光熱電廠等將會有一番突破。
