濱海電廠循環(huán)水泡沫起因分析及解決方案

龍宏斌

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516623）

0 概 述

廣東紅海灣發(fā)電有限公司一期工程的1號(hào)、2號(hào)機(jī)組為國(guó)產(chǎn)600MW超臨界壓力燃煤機(jī)組，循環(huán)冷卻水取自海水，采用單元制供水系統(tǒng)，其流程為：碼頭港池 →取水口 →引水明渠 →循環(huán)水泵 →循環(huán)水進(jìn)水管 →凝汽器 →排水管 →虹吸井 →排水管 →排水口。投運(yùn)后，機(jī)組循環(huán)水的排放有時(shí)會(huì)夾帶大量泡沫，嚴(yán)重時(shí)，泡沫將聚集在排放口的數(shù)公里范圍內(nèi)，積聚時(shí)間較長(zhǎng)，且不容易消散，對(duì)電廠附近的海域環(huán)境造成了不良影響。

1 循環(huán)水泡沫的成分及規(guī)律

為了解循環(huán)水泡沫的起因，找出解決的方案，對(duì)泡沫的組成進(jìn)行了取樣分析，并對(duì)泡沫的排放情況進(jìn)行了近1年的觀察和記錄。

對(duì)泡沫成分的分析結(jié)果，如表1所示。泡沫的主要成份是浮游生物有機(jī)質(zhì)、懸浮物和藻類植物的殘骸。

循環(huán)水泡沫的形成也有一定規(guī)律，在循環(huán)水加入殺生劑后的2～3天內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生較多泡沫；在低潮位時(shí)，產(chǎn)生的泡沫量較大；當(dāng)氣溫和水溫較高時(shí)泡沫量大；臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前，形成的泡沫較多。

表1 泡沫成份分析結(jié)果

2 循環(huán)水泡沫的起因分析

產(chǎn)生循環(huán)水泡沫須有三個(gè)必要條件：（1）海水中含有表面活性劑或大量的微生物、蛋白質(zhì)等能增加表面張力的物質(zhì)；（2）海水中摻入了大量氣體；（3）劇烈的攪拌。

根據(jù)對(duì)循環(huán)水泡沫的成分分析可知，產(chǎn)生泡沫的海水中含有大量的微生物及貝類、藻類等死亡后腐爛分解出的蛋白質(zhì)。在循環(huán)水中加入殺生劑后，由于殺生劑CT1300中的主要成分是聚胺鹽，具有一定的表面活性作用，且海水中的貝類、藻類、微生物等被殺生劑殺滅，腐爛后也會(huì)分解成蛋白質(zhì)，因此，在循環(huán)水加入殺生劑后，在短期內(nèi)有較多泡沫產(chǎn)生。同樣在夏天海水水溫高時(shí)，生物的新陳代謝旺盛，也會(huì)大量繁殖并在死亡后分解出蛋白質(zhì)；臺(tái)風(fēng)來(lái)臨，取水明渠內(nèi)積聚的懸浮物、浮游生物及魚類等，也使海水的有機(jī)質(zhì)增多。這幾種情況均使循環(huán)水排水中有機(jī)物含量增加，從而造成了泡沫的增多。

虹吸井溢流堰的主要作用是穩(wěn)定地維持凝汽器出水管的水封，避免大氣進(jìn)入凝汽器出水管而破壞虹吸作用，因此，虹吸井溢流堰頂應(yīng)滿足一定的高度要求。循環(huán)冷卻水經(jīng)虹吸井溢流堰自由跌落，跌落過程中吸附大量空氣與下游水體發(fā)生猛烈碰撞，摻氣水體劇烈波動(dòng)繼而破碎翻騰形成大量氣泡［1］，落差越高則摻氣、攪拌現(xiàn)象就越劇烈，生成泡沫則越多。這些氣泡由于表面吸附了表面活性劑或微生物、蛋白質(zhì)等物質(zhì)增大了表面張力，形成穩(wěn)定難以擴(kuò)散及破滅的泡沫［2－3］。對(duì)虹吸井排氣孔處的觀察，證實(shí)了正是從溢流堰流出后才產(chǎn)生了大量泡沫。

廣東紅海灣發(fā)電有限公司1號(hào)、2號(hào)機(jī)分別配備2臺(tái)循環(huán)水泵和1根DN3200的循環(huán)水壓力進(jìn)水管，循環(huán)冷卻水通過循環(huán)水泵從取水明渠抽水，經(jīng)進(jìn)水管道將循環(huán)冷卻水送入蒸汽輪機(jī)凝汽器，循環(huán)冷卻水吸收凝汽器內(nèi)水蒸氣熱量使蒸汽冷卻成水，吸熱后的循環(huán)冷卻水通過2根外徑2 240mm的排水管排入虹吸井，虹吸井的結(jié)構(gòu)布置，如圖1所示。排水經(jīng)溢流堰溢流后，通過尺寸為3 200mm×3 200 mm的鋼筋混凝土排水暗溝排入紅海灣海域。

圖1 虹吸井結(jié)構(gòu)圖

該虹吸井溢流堰頂?shù)母叨葹?.858m。根據(jù)紅海灣遮浪海洋站觀測(cè)數(shù)據(jù)，歷史最高潮位為2.50 m、歷史最低潮位為－0.97m。循環(huán)冷卻水排水與下游水體在漲潮和落潮時(shí)落差分別為0.358m和3.828m，因此，在漲潮時(shí)泡沫較少，落潮時(shí)泡沫量就會(huì)大大增加。

3 減少循環(huán)水泡沫的可行性分析

要避免循環(huán)水泡沫的產(chǎn)生，需要從產(chǎn)生泡沫的三個(gè)必要條件著手。

（1）降低海水的表面張力

海水中的貝類、藻類、微生物等始終存在，即使被殺滅，其分解后也依然存在于海水中，加入消泡劑降低泡沫的表面張力是消除泡沫的有效辦法，但存在運(yùn)行成本高昂、會(huì)對(duì)海域環(huán)境產(chǎn)生二次污染的問題［4，5］。

（2）避免海水中摻氣及劇烈攪拌

同樣水質(zhì)的海水產(chǎn)生泡沫的多少，將取決于攪拌的強(qiáng)度及摻氣量的多少。電廠循環(huán)水的攪拌及摻氣是經(jīng)虹吸井溢流堰下落時(shí)同時(shí)發(fā)生的，落差越高則摻氣、攪拌越劇烈，因此可以從這兩個(gè)方面考慮，采用優(yōu)化虹吸井結(jié)構(gòu)或其他方式減少海水摻氣及減輕海水的攪拌［6］。

4 虹吸井消泡優(yōu)化方案

4.1 斜板堆

增加斜板堆的方案，如圖2所示。將長(zhǎng)度與虹吸井寬度相等的板料如同百葉窗一樣順著溢流堰堰體傾斜角度，將其平行排列后固定在虹吸井的兩側(cè)壁上，斜板底部標(biāo)高應(yīng)在最低潮位水位以下（但要保證斜板以下部分的通流面積），斜板頂則逐級(jí)升高。運(yùn)行時(shí)，水流越過溢流堰后，在逐級(jí)升高的斜板頂?shù)淖钄r下形成具有一定厚度且水面相對(duì)穩(wěn)定的水流層。當(dāng)海水通過水流層底部時(shí)，被多層斜板分隔形成多個(gè)狹窄流道平穩(wěn)地下瀉至排水渠，只有在水流層的末端（即排水下瀉的最后1個(gè)流道），因排水不能充滿流道，在該處會(huì)摻入空氣產(chǎn)生少量的泡沫。兩層斜板之間的間距越小則產(chǎn)生的泡沫越少。

斜板堆結(jié)合了導(dǎo)流箱涵和正反斜板堆的優(yōu)點(diǎn)，能有效減少泡沫的產(chǎn)生，并且這樣的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但需在機(jī)組停運(yùn)時(shí)進(jìn)行維修和清理。

圖2 正向斜板堆方案示意圖

4.2 攔泡墻加消泡噴淋管

攔泡墻加消泡噴淋管的消泡方案，如圖3所示。在虹吸井的出口處設(shè)置擋墻，同時(shí)在擋墻頂部設(shè)置1根或數(shù)根平行于擋墻的噴淋水管。漂浮在水面的泡沫被擋泡墻攔截，水流則從擋泡墻下方流出排入大海。被攔截的泡沫聚集在攔泡墻前，從消泡噴淋管噴灑出細(xì)小、密集的水滴淋在泡沫上迅速使泡沫潰滅［5］，避免泡沫大量聚集從排氣孔溢出。

此方案是在擋泡墻方案的基礎(chǔ)上發(fā)展改進(jìn)而來(lái)，解決了被擋泡墻攔截的泡沫需較長(zhǎng)時(shí)間才能潰滅、泡沫容易大量聚集溢出的問題。

4.3 緩坡溢流堰

緩坡溢流堰的方案，如圖4所示。將溢流堰下水一側(cè)用混凝土填充改造成平緩的坡度（坡度應(yīng)盡量平緩）。海水越過溢流堰后，順著緩坡流入排水方涵。由于坡度平緩，且水流方向與排水方涵內(nèi)的海水流動(dòng)方向大致相同，水流的沖擊與摻氣將大為減輕，能有效減少泡沫的產(chǎn)生。

此方案可減少泡沫的產(chǎn)生和聚集，如能配合擋泡墻、噴淋管等措施則效果會(huì)更好。泡沫較少時(shí)，可關(guān)閉噴淋水讓泡沫自行潰滅。

圖3 擋泡墻加消泡噴淋管方案示意圖

圖4 緩坡溢流堰方案示意圖

4.4 柔性膜覆蓋層

柔性膜具有抗水汽滲透的能力。柔性膜的密度小，耐腐蝕性強(qiáng)，這種有機(jī)高分子PE復(fù)合材料通常用于制作除鹽水箱的柔性浮頂，浮頂漂浮在水面能有效隔絕空氣。

柔性膜覆蓋層方案是用一塊寬度與虹吸井寬度相等的柔性膜漂浮覆蓋在溢流堰前直至溢流堰后10m以上的水流表面，通過隔絕水流與空氣的接觸避免摻氣來(lái)防止泡沫的產(chǎn)生［6］。柔性膜的前端用耐海水腐蝕的1mm不銹鋼薄板卡邊，由一端固定在虹吸井項(xiàng)部的數(shù)條纜繩將柔性膜的前端拉住，使柔性膜既能隨水位自由浮動(dòng)又不會(huì)被水流沖走。柔性膜的前端由于薄不銹鋼板卡邊增加了重量沉在水面下少許（可調(diào)整纜繩的固定位置改變下沉深度），確保從膜下面流過的水流不會(huì)摻氣，少量的海水可能越過前端從膜表面流過，但并不足以產(chǎn)生泡沫。

這些消泡方案的優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。

表2 各種消泡方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

5 結(jié) 語(yǔ)

這幾種解決方案均能有效解決或減少循環(huán)水排水口處產(chǎn)生泡沫污染的問題，采用斜板堆方案的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、實(shí)施工程量大、維護(hù)清理困難，不推薦采用；攔泡墻加消泡噴淋管的消泡方案同樣較復(fù)雜，而且消泡效果易受潮位的變化影響，也不推薦采用；緩坡溢流堰方案實(shí)施工程量較小且免維護(hù)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值，但有時(shí)會(huì)有少量泡沫產(chǎn)生；用柔性膜覆蓋的實(shí)施方案較簡(jiǎn)單，工程費(fèi)用低，具有較好的應(yīng)用價(jià)值，但需在每次機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行檢查維護(hù)，及時(shí)更換損壞的系泊纜繩或柔性膜。