數字化極化水處理系統在發電廠循環水系統的應用

呂永剛

摘 要：通過采用高效物理方式的水處理技術，確定出符合當今火力發電廠循環水處理的方式，并嘗試從它們的處理原理上對其水處理性能做出解釋，同時也簡要分析防垢、阻垢、殺菌和滅藻的作用，實現發電企業低碳環保、節能減排和環境保護具有重要意義。

關鍵詞：水處理 ?循環水 ?物理 ?數字化極化水處理

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0044-02

防止循環水結垢和防止金屬腐蝕是困擾發電企業的一個十分重要的問題。粗略估計，每年因發電企業為防止循環水結垢和防止金屬腐蝕，而造成的因換熱效果差、金屬腐蝕和增加污水處理設施費用的損失量，大約相當于發電企業成本的3～6%。而在循環水中加入大量的藥劑和換熱冷卻設備不斷地排污，對水體產生了嚴重污染。水處理工作歷來是國內外發電企業重大的科研課題之一，人們研究出多種防止和抑制循環水結垢、金屬腐蝕的措施，極化水處理系統便是有效地方法之一。

循環水處理在發電企業中起著舉足輕重的作用，如按它們的處理方法區分，大致可歸納為兩種方法：化學水處理和物理水處理（或數字化極化水處理）。該文通過電廠汽輪機組循環水系統采用數字化極化水處理系統后，對物理水處理進行分析，并比較它的性能，并嘗試從它的處理原理上的解釋，來分析數字化極化水處理在循環水處理有著廣大的發展前景。

1 發電廠循環水處理

1.1 水質情況

某電廠總裝機容量為2×300 MW級熱電機組和2×300 MW級純凝汽機組，發電廠循環水系統采用本地彰武水庫地表水，正常情況下，pH值：7.7～8.4，總硬：3.9～6.6 mmol/L，堿度：3.1～4.8 mmol/L，氯離子：18～42 mg/L，氨含量：0.6 mg/L左右，因采用明渠輸送，沿途受到一定程度的廢水排放污染，影響水質。

1.2 電廠循環水處理情況

電廠循環水處理設備采用傳統的水質穩定劑加酸調節的化學水處理工藝，添加藥劑主要為阻垢劑、高效銅緩蝕劑、殺菌劑等。為了改善水質電廠每年加入大量的藥劑，來控制水中堿度、硬度、全磷、懸浮物、氯、鈣、鎂、硫酸根、（重）碳酸根離子含量以及異氧菌數、粘泥量、pH等，加大設備維護工作量和運行費用。2009年3月在循環水泵出口母管上加裝了兩套極化水處理裝置，完全代替化學加藥處理實現物理方式水處理。

1.3 循環水結垢、水質穩定性分析

發電廠循環水中的水垢形成過程是水溶液中難溶鹽結晶析出的過程，該過程主要包括：水分蒸發濃縮形成難溶鹽的過飽和溶液、晶核的形成、晶核長大為宏觀晶體。由于生物作用（產生氧化鐵）、化學作用（產生化學結垢、化學腐蝕）、電化學作用（危害性大）、機械作用是循環水工作過程中產生不穩定的主要原因。

2 化學方式水處理效果檢查與分析

2.1 凝汽器檢查情況

檢查汽輪機凝汽器管板部分保護膜脫落表面有1～3 mm的水垢，凝汽器水側四周死角有堆積形狀不一的粘垢，經過化驗分析含氧化鐵、泥砂、茵藻等（見圖1）;抽管檢查凝汽器銅管，管壁內有銹垢（見圖2）。

2.2 冷卻塔檢查情況

檢查冷卻塔淋水裝置波形填料，發現填料組流道內結垢嚴重，填料片上的垢度達1 mm左右，由于填料流道內部結垢造成大量的填料組脫落，從而影響淋水效果使冷卻變差。如圖3、圖4所示。

3 數字化極化水處理

3.1 防垢原理

水分子結構中由于氫氧原子不對稱，使水分子具有極性。水分子在通過極化場時其結構發生改變，極性加強，循環水中的陰、陽離子與極性水分子正、負端親和力加強。當達到足夠的強度時，這種親和力使陰、陽離子較牢固的分布在極性水分子的正、負極兩端，并被大量的極性水分子包圍，不能自由運動，防止循環水中陰陽離子結合沉積生成水垢。

3.2 除垢及殺菌、滅藻原理

水在極化場的極化作用下產生大量的“自由”電子，這些“自由”電子被循環水中溶解的O2吸收，生成O2-、H2O2等活性氧自由基。活性氧自由基作用如下：

（1）使微生物細胞壁破裂，原生質流出而死亡，達到殺菌滅藻的作用;

（2）對已生成的垢類具有很強的破壞作用。

3.3 緩蝕原理

（1）陰離子被水分子包圍，減少陰離子對管壁的化學腐蝕。

（2）菌藻類無法生存，從而避免了微生物對管壁的生物腐蝕。

（3）自由電子被O2吸收生成O2-、H2O2、OH-等活性氧自由基與器壁作用產生一層氧化被膜，防止腐蝕。

3.4 原理邏輯圖（見圖5）

3.5 數字化極化水處理使用效果檢查

在加裝兩套極化水處理裝置運行6個月后，為了直觀判斷水處理效果，對冷卻塔填料和凝汽器銅管進行垢量、腐蝕檢查，檢查結果如下：

（1）檢查冷卻塔淋水裝置波形填料，填料組流道內基本上無結垢現象，填料片上僅有薄薄一層浮泥垢厚度為0.03 mm左右。

（2）檢查汽輪機凝汽器管板效果理想，抽管檢查凝汽器銅管，管壁內光滑無銹垢（見圖6、圖7）。

（3）具有代表性數據集中在2009年6月24日到7月8日，數據見（見表1）。

4 總結及經濟效益分析

4.1 每月節約藥劑費用

阻垢劑7萬元、高效銅緩蝕劑2.16萬元、滅菌劑（NaCLO、食鹽、非氧化性殺菌劑）1.9萬元，每月共節約藥劑費約11.06萬元。

4.2 每月水費節約費用

濃縮倍率從原來平均2.0提高到平均4.38倍，按夏季300MW機組循環水排污水量，單臺機組濃縮倍率在2.0時排污水量約500 m3/h，濃縮至4.3時排污水量約155 m3/h，每小時節約水量約345 m3/h左右。每月節水量：345 m3/h×24（h）×30天=248400 m3，每月節約水費：248400 m3×0.96元=23.8萬元。

4.3 每月電費節約費用

殺菌電解系統：電壓66 V，電流740 A，約4 kW/h，循環泵、濃鹽泵、鹽水泵各6 kW/h，每月按運行5次，每次運行12 h計算，節約電費=60×21×0.22=270元，加藥泵6×24×30×0.22=950元，合計約0.12萬元。

4.4 總結

使用極化水裝置在6個月的運行來看，其阻垢效果是非常明顯的，并且具有一定的垢剝離功能;可以完全能夠代替傳統加藥處理，并在高濃縮倍率下滿足對循環水的處理要求經濟效益非常顯著;極化水處理系統與加藥處理相比排除人為因素造成的對循環水處理不良影響，并且提高安全管理水平，大大減少勞動強度;每月節省總費用約34.98萬元。

5 結語

循環水極化處理技術的應用是循環水處理技術的一次革命，它將徹底改變傳統的加藥處理技術，從技術上分析，它起到了和加藥同等的阻垢、防腐、保證真空度的效果，從經濟性上分析，它大幅提高了濃縮倍率，節約了水費、藥品費用，系統改造后投資回收期很短，設備簡單可靠，運行、維護的工作量大幅較少。

參考文獻

[1] 李培瓦.火力發電廠水處理及水質控制[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 山東科技大學極化水處理研究所、青島艾摩特環保科技有限公司《極化水處理系統技術資料》[Z].endprint

摘 要：通過采用高效物理方式的水處理技術，確定出符合當今火力發電廠循環水處理的方式，并嘗試從它們的處理原理上對其水處理性能做出解釋，同時也簡要分析防垢、阻垢、殺菌和滅藻的作用，實現發電企業低碳環保、節能減排和環境保護具有重要意義。

關鍵詞：水處理 ?循環水 ?物理 ?數字化極化水處理

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0044-02

防止循環水結垢和防止金屬腐蝕是困擾發電企業的一個十分重要的問題。粗略估計，每年因發電企業為防止循環水結垢和防止金屬腐蝕，而造成的因換熱效果差、金屬腐蝕和增加污水處理設施費用的損失量，大約相當于發電企業成本的3～6%。而在循環水中加入大量的藥劑和換熱冷卻設備不斷地排污，對水體產生了嚴重污染。水處理工作歷來是國內外發電企業重大的科研課題之一，人們研究出多種防止和抑制循環水結垢、金屬腐蝕的措施，極化水處理系統便是有效地方法之一。

循環水處理在發電企業中起著舉足輕重的作用，如按它們的處理方法區分，大致可歸納為兩種方法：化學水處理和物理水處理（或數字化極化水處理）。該文通過電廠汽輪機組循環水系統采用數字化極化水處理系統后，對物理水處理進行分析，并比較它的性能，并嘗試從它的處理原理上的解釋，來分析數字化極化水處理在循環水處理有著廣大的發展前景。

1 發電廠循環水處理

1.1 水質情況

某電廠總裝機容量為2×300 MW級熱電機組和2×300 MW級純凝汽機組，發電廠循環水系統采用本地彰武水庫地表水，正常情況下，pH值：7.7～8.4，總硬：3.9～6.6 mmol/L，堿度：3.1～4.8 mmol/L，氯離子：18～42 mg/L，氨含量：0.6 mg/L左右，因采用明渠輸送，沿途受到一定程度的廢水排放污染，影響水質。

1.2 電廠循環水處理情況

電廠循環水處理設備采用傳統的水質穩定劑加酸調節的化學水處理工藝，添加藥劑主要為阻垢劑、高效銅緩蝕劑、殺菌劑等。為了改善水質電廠每年加入大量的藥劑，來控制水中堿度、硬度、全磷、懸浮物、氯、鈣、鎂、硫酸根、（重）碳酸根離子含量以及異氧菌數、粘泥量、pH等，加大設備維護工作量和運行費用。2009年3月在循環水泵出口母管上加裝了兩套極化水處理裝置，完全代替化學加藥處理實現物理方式水處理。

1.3 循環水結垢、水質穩定性分析

發電廠循環水中的水垢形成過程是水溶液中難溶鹽結晶析出的過程，該過程主要包括：水分蒸發濃縮形成難溶鹽的過飽和溶液、晶核的形成、晶核長大為宏觀晶體。由于生物作用（產生氧化鐵）、化學作用（產生化學結垢、化學腐蝕）、電化學作用（危害性大）、機械作用是循環水工作過程中產生不穩定的主要原因。

2 化學方式水處理效果檢查與分析

2.1 凝汽器檢查情況

檢查汽輪機凝汽器管板部分保護膜脫落表面有1～3 mm的水垢，凝汽器水側四周死角有堆積形狀不一的粘垢，經過化驗分析含氧化鐵、泥砂、茵藻等（見圖1）;抽管檢查凝汽器銅管，管壁內有銹垢（見圖2）。

2.2 冷卻塔檢查情況

檢查冷卻塔淋水裝置波形填料，發現填料組流道內結垢嚴重，填料片上的垢度達1 mm左右，由于填料流道內部結垢造成大量的填料組脫落，從而影響淋水效果使冷卻變差。如圖3、圖4所示。

3 數字化極化水處理

3.1 防垢原理

水分子結構中由于氫氧原子不對稱，使水分子具有極性。水分子在通過極化場時其結構發生改變，極性加強，循環水中的陰、陽離子與極性水分子正、負端親和力加強。當達到足夠的強度時，這種親和力使陰、陽離子較牢固的分布在極性水分子的正、負極兩端，并被大量的極性水分子包圍，不能自由運動，防止循環水中陰陽離子結合沉積生成水垢。

3.2 除垢及殺菌、滅藻原理

水在極化場的極化作用下產生大量的“自由”電子，這些“自由”電子被循環水中溶解的O2吸收，生成O2-、H2O2等活性氧自由基。活性氧自由基作用如下：

（1）使微生物細胞壁破裂，原生質流出而死亡，達到殺菌滅藻的作用;

（2）對已生成的垢類具有很強的破壞作用。

3.3 緩蝕原理

（1）陰離子被水分子包圍，減少陰離子對管壁的化學腐蝕。

（2）菌藻類無法生存，從而避免了微生物對管壁的生物腐蝕。

（3）自由電子被O2吸收生成O2-、H2O2、OH-等活性氧自由基與器壁作用產生一層氧化被膜，防止腐蝕。

3.4 原理邏輯圖（見圖5）

3.5 數字化極化水處理使用效果檢查

在加裝兩套極化水處理裝置運行6個月后，為了直觀判斷水處理效果，對冷卻塔填料和凝汽器銅管進行垢量、腐蝕檢查，檢查結果如下：

（1）檢查冷卻塔淋水裝置波形填料，填料組流道內基本上無結垢現象，填料片上僅有薄薄一層浮泥垢厚度為0.03 mm左右。

（2）檢查汽輪機凝汽器管板效果理想，抽管檢查凝汽器銅管，管壁內光滑無銹垢（見圖6、圖7）。

（3）具有代表性數據集中在2009年6月24日到7月8日，數據見（見表1）。

4 總結及經濟效益分析

4.1 每月節約藥劑費用

阻垢劑7萬元、高效銅緩蝕劑2.16萬元、滅菌劑（NaCLO、食鹽、非氧化性殺菌劑）1.9萬元，每月共節約藥劑費約11.06萬元。

4.2 每月水費節約費用

濃縮倍率從原來平均2.0提高到平均4.38倍，按夏季300MW機組循環水排污水量，單臺機組濃縮倍率在2.0時排污水量約500 m3/h，濃縮至4.3時排污水量約155 m3/h，每小時節約水量約345 m3/h左右。每月節水量：345 m3/h×24（h）×30天=248400 m3，每月節約水費：248400 m3×0.96元=23.8萬元。

4.3 每月電費節約費用

殺菌電解系統：電壓66 V，電流740 A，約4 kW/h，循環泵、濃鹽泵、鹽水泵各6 kW/h，每月按運行5次，每次運行12 h計算，節約電費=60×21×0.22=270元，加藥泵6×24×30×0.22=950元，合計約0.12萬元。

4.4 總結

使用極化水裝置在6個月的運行來看，其阻垢效果是非常明顯的，并且具有一定的垢剝離功能;可以完全能夠代替傳統加藥處理，并在高濃縮倍率下滿足對循環水的處理要求經濟效益非常顯著;極化水處理系統與加藥處理相比排除人為因素造成的對循環水處理不良影響，并且提高安全管理水平，大大減少勞動強度;每月節省總費用約34.98萬元。

5 結語

循環水極化處理技術的應用是循環水處理技術的一次革命，它將徹底改變傳統的加藥處理技術，從技術上分析，它起到了和加藥同等的阻垢、防腐、保證真空度的效果，從經濟性上分析，它大幅提高了濃縮倍率，節約了水費、藥品費用，系統改造后投資回收期很短，設備簡單可靠，運行、維護的工作量大幅較少。

參考文獻

[1] 李培瓦.火力發電廠水處理及水質控制[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 山東科技大學極化水處理研究所、青島艾摩特環保科技有限公司《極化水處理系統技術資料》[Z].endprint

摘 要：通過采用高效物理方式的水處理技術，確定出符合當今火力發電廠循環水處理的方式，并嘗試從它們的處理原理上對其水處理性能做出解釋，同時也簡要分析防垢、阻垢、殺菌和滅藻的作用，實現發電企業低碳環保、節能減排和環境保護具有重要意義。

關鍵詞：水處理 ?循環水 ?物理 ?數字化極化水處理

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0044-02

防止循環水結垢和防止金屬腐蝕是困擾發電企業的一個十分重要的問題。粗略估計，每年因發電企業為防止循環水結垢和防止金屬腐蝕，而造成的因換熱效果差、金屬腐蝕和增加污水處理設施費用的損失量，大約相當于發電企業成本的3～6%。而在循環水中加入大量的藥劑和換熱冷卻設備不斷地排污，對水體產生了嚴重污染。水處理工作歷來是國內外發電企業重大的科研課題之一，人們研究出多種防止和抑制循環水結垢、金屬腐蝕的措施，極化水處理系統便是有效地方法之一。

循環水處理在發電企業中起著舉足輕重的作用，如按它們的處理方法區分，大致可歸納為兩種方法：化學水處理和物理水處理（或數字化極化水處理）。該文通過電廠汽輪機組循環水系統采用數字化極化水處理系統后，對物理水處理進行分析，并比較它的性能，并嘗試從它的處理原理上的解釋，來分析數字化極化水處理在循環水處理有著廣大的發展前景。

1 發電廠循環水處理

1.1 水質情況

某電廠總裝機容量為2×300 MW級熱電機組和2×300 MW級純凝汽機組，發電廠循環水系統采用本地彰武水庫地表水，正常情況下，pH值：7.7～8.4，總硬：3.9～6.6 mmol/L，堿度：3.1～4.8 mmol/L，氯離子：18～42 mg/L，氨含量：0.6 mg/L左右，因采用明渠輸送，沿途受到一定程度的廢水排放污染，影響水質。

1.2 電廠循環水處理情況

電廠循環水處理設備采用傳統的水質穩定劑加酸調節的化學水處理工藝，添加藥劑主要為阻垢劑、高效銅緩蝕劑、殺菌劑等。為了改善水質電廠每年加入大量的藥劑，來控制水中堿度、硬度、全磷、懸浮物、氯、鈣、鎂、硫酸根、（重）碳酸根離子含量以及異氧菌數、粘泥量、pH等，加大設備維護工作量和運行費用。2009年3月在循環水泵出口母管上加裝了兩套極化水處理裝置，完全代替化學加藥處理實現物理方式水處理。

1.3 循環水結垢、水質穩定性分析

發電廠循環水中的水垢形成過程是水溶液中難溶鹽結晶析出的過程，該過程主要包括：水分蒸發濃縮形成難溶鹽的過飽和溶液、晶核的形成、晶核長大為宏觀晶體。由于生物作用（產生氧化鐵）、化學作用（產生化學結垢、化學腐蝕）、電化學作用（危害性大）、機械作用是循環水工作過程中產生不穩定的主要原因。

2 化學方式水處理效果檢查與分析

2.1 凝汽器檢查情況

檢查汽輪機凝汽器管板部分保護膜脫落表面有1～3 mm的水垢，凝汽器水側四周死角有堆積形狀不一的粘垢，經過化驗分析含氧化鐵、泥砂、茵藻等（見圖1）;抽管檢查凝汽器銅管，管壁內有銹垢（見圖2）。

2.2 冷卻塔檢查情況

檢查冷卻塔淋水裝置波形填料，發現填料組流道內結垢嚴重，填料片上的垢度達1 mm左右，由于填料流道內部結垢造成大量的填料組脫落，從而影響淋水效果使冷卻變差。如圖3、圖4所示。

3 數字化極化水處理

3.1 防垢原理

水分子結構中由于氫氧原子不對稱，使水分子具有極性。水分子在通過極化場時其結構發生改變，極性加強，循環水中的陰、陽離子與極性水分子正、負端親和力加強。當達到足夠的強度時，這種親和力使陰、陽離子較牢固的分布在極性水分子的正、負極兩端，并被大量的極性水分子包圍，不能自由運動，防止循環水中陰陽離子結合沉積生成水垢。

3.2 除垢及殺菌、滅藻原理

水在極化場的極化作用下產生大量的“自由”電子，這些“自由”電子被循環水中溶解的O2吸收，生成O2-、H2O2等活性氧自由基。活性氧自由基作用如下：

（1）使微生物細胞壁破裂，原生質流出而死亡，達到殺菌滅藻的作用;

（2）對已生成的垢類具有很強的破壞作用。

3.3 緩蝕原理

（1）陰離子被水分子包圍，減少陰離子對管壁的化學腐蝕。

（2）菌藻類無法生存，從而避免了微生物對管壁的生物腐蝕。

（3）自由電子被O2吸收生成O2-、H2O2、OH-等活性氧自由基與器壁作用產生一層氧化被膜，防止腐蝕。

3.4 原理邏輯圖（見圖5）

3.5 數字化極化水處理使用效果檢查

在加裝兩套極化水處理裝置運行6個月后，為了直觀判斷水處理效果，對冷卻塔填料和凝汽器銅管進行垢量、腐蝕檢查，檢查結果如下：

（1）檢查冷卻塔淋水裝置波形填料，填料組流道內基本上無結垢現象，填料片上僅有薄薄一層浮泥垢厚度為0.03 mm左右。

（2）檢查汽輪機凝汽器管板效果理想，抽管檢查凝汽器銅管，管壁內光滑無銹垢（見圖6、圖7）。

（3）具有代表性數據集中在2009年6月24日到7月8日，數據見（見表1）。

4 總結及經濟效益分析

4.1 每月節約藥劑費用

阻垢劑7萬元、高效銅緩蝕劑2.16萬元、滅菌劑（NaCLO、食鹽、非氧化性殺菌劑）1.9萬元，每月共節約藥劑費約11.06萬元。

4.2 每月水費節約費用

濃縮倍率從原來平均2.0提高到平均4.38倍，按夏季300MW機組循環水排污水量，單臺機組濃縮倍率在2.0時排污水量約500 m3/h，濃縮至4.3時排污水量約155 m3/h，每小時節約水量約345 m3/h左右。每月節水量：345 m3/h×24（h）×30天=248400 m3，每月節約水費：248400 m3×0.96元=23.8萬元。

4.3 每月電費節約費用

殺菌電解系統：電壓66 V，電流740 A，約4 kW/h，循環泵、濃鹽泵、鹽水泵各6 kW/h，每月按運行5次，每次運行12 h計算，節約電費=60×21×0.22=270元，加藥泵6×24×30×0.22=950元，合計約0.12萬元。

4.4 總結

使用極化水裝置在6個月的運行來看，其阻垢效果是非常明顯的，并且具有一定的垢剝離功能;可以完全能夠代替傳統加藥處理，并在高濃縮倍率下滿足對循環水的處理要求經濟效益非常顯著;極化水處理系統與加藥處理相比排除人為因素造成的對循環水處理不良影響，并且提高安全管理水平，大大減少勞動強度;每月節省總費用約34.98萬元。

5 結語

循環水極化處理技術的應用是循環水處理技術的一次革命，它將徹底改變傳統的加藥處理技術，從技術上分析，它起到了和加藥同等的阻垢、防腐、保證真空度的效果，從經濟性上分析，它大幅提高了濃縮倍率，節約了水費、藥品費用，系統改造后投資回收期很短，設備簡單可靠，運行、維護的工作量大幅較少。

參考文獻

[1] 李培瓦.火力發電廠水處理及水質控制[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 山東科技大學極化水處理研究所、青島艾摩特環保科技有限公司《極化水處理系統技術資料》[Z].endprint