火力發電廠循環冷卻水處理系統淺析

華電濰坊發電有限公司 閆嵩山

火力發電廠的循環冷卻水系統在使用時，受風吹損失和水分自身蒸發等多種原因影響，使循環水體的含鹽量持續升高，因而導致水中陰陽離子增多、各類鹽分超標、酸堿度超標等問題。火電廠的循環冷卻水本身來自自然水體，其水況下降勢必引起微生物的大量增殖。另外，在電廠的循環水冷卻器和集水池中，由于陽光照射也會協助藻類等微生物的生長，對水體產生污染，從而對生產設備和管路的正常運行造成不利的后果。因此，對火力發電廠的循環冷卻水系統的改造優化進行探討，既能節約循環水的排污和補水量，又能降低設備損耗，減少金屬管路腐蝕和泄漏，對于保障發電機組長期經濟安全穩定運行具有重要意義。

火電廠的循環水系統實際應用過程中，通常存在以下問題：冷卻器的補給水源通常是用自然水源或城市自來水、城市中水，長時間循環使用、蒸發，水中鈣、鎂離子濃度增加，會導致換熱管結垢，導致傳熱效果下降，甚至會阻塞管道，影響設備的出力；循環水里的溶解氧含量很大，持續循環蒸發會使氯離子、硫酸根濃度升等，容易引起設備和管道造成侵蝕和穿洞；25～35℃的環境溫度下，水體中的有機質和無機鹽為微生物和藻類的生長和增殖創造了有利的條件。由于上述原因，如結垢、腐蝕、微生物等，必須采用有效的治理措施。

1 火力發電廠循環水處理的概念及重要性

火力發電廠用水量極大，根據機組容量大小不同廠區每天用水可達14000～57000t，除沿海外內陸火電廠通常會建立污水回用系統，實現了水資源的再利用，達到節水效果。目前火電廠采用循環用水的主要是冷卻用水，在電廠的總供水量中冷卻器的供水量占到1/4。冷卻塔中的水可單獨使用并具有回收的功能。當前我國工業冷卻塔生產過程中產生的污水問題有結垢、生物生長、設備污垢等。從整體上減少水垢問題可通過對磷酸鹽的生成及基礎沉積來實現；或可采用去除多余鈣元素防止結垢。這些方法價格昂貴，其實用價值有限。

防垢除垢。結垢是由于HCO3-鹽類在蒸餾中的含量不斷升高而生成的一種微溶鹽，它會引起換熱器的換熱器效率下降、換熱器的阻塞、生產的能源消耗和產量下降；導致設備或設備停止運轉等。采用超濾、反滲透、電除鹽等裝置能有效去除水中鹽分，防止二次結垢。

殺菌滅藻。生產過程中冷卻用水來源復雜，來自自然水體、污水回收水、城市中水等。而循環降溫過程中水溫的升高會為微生物生長提供有利的溫度條件。對火電廠的循環冷卻水水持續消毒、滅藻，確保了水的潔凈度，為管線的正常使用奠定了基礎。

防止腐蝕。采用火電廠循環水體系中的活性氧技術可以促進活性氧在管壁上的附著，從而在管壁上生成一種較厚的保護膜。這樣循環水中的金屬管就不會產生水垢和微生物，從而減少腐蝕、穿孔、滲漏等正常的生產干擾，從而確保了管道的暢通和隔離。

2 循環冷卻水化學優化處理方法

化學增效法是目前常用的水處理技術，其應用的藥劑有緩釋型抑垢劑和消毒劑。采用精密的加藥裝置，對水體中的化學成分進行詳細測控，保證整個裝置的操作更加平穩，從而確保水體各項指標保持平穩可控。該方法主要缺陷：需要連續投入藥物，且在后期投入成本高；需定時進行廢水廢液排放，需額外的環境污染處理費用；要求有專業水處理工程師進行調整和維護，對員工技能要求較高；后期的化學清洗會降低儀器的運行周期和使用年限。當前多數廠家仍采用含磷類的藥劑，對生態系統污染嚴重。發展新的阻垢劑和滅藻劑是循環系統水處理的一種發展方向。

3 循環冷卻水物理優化處理方法

火電廠循環水的物理處置還可采用純粹的物理手段，以控制結垢，控制腐蝕，控制微生物和藻類。

3.1 電化學處理方法

電化學處理主要是利用直流電在水中產生一系列的電化學反應，在此過程中陽極表面會產生活性氧、游離余氯等，在陰極上發生了一系列的還原作用，生成了一個強堿的大環境，這種大的環境打亂了氧化膜的化學平衡，一些容易沉積的雜質從水里沉淀出來并被定時地排出；同時在陽極周圍產生的臭氧、氧化氫等可起到很好的殺菌效果。

電化學反應機理如下：污物的沉淀。利用電化學作用，將水中鈣、鎂離子在反應器的陰極沉積，使水中鈣、鎂離子濃度減低至標準值以下，從而保證循環水管道中不會結垢；防止細菌和微生物的侵蝕。電解生成的活性氧離子和自由氯化物可對水體滅菌，防止細菌、藻類增殖對管道和設備造成侵蝕；節能、環保、綠色技術。將循環水中的鈣、鎂離子轉化為固態沉淀，使循環水的濃度達標，降低用水損耗，而且無需添加任何化學試劑，達到保護環境目的。

3.2 離子棒處理方法

在循環水池、水管中加入帶電長桿或金屬板，通電后就像是一個帶有負電荷的負極體，它可對帶正電微粒產生反應。當該離子棒工作時會形成一個靜電磁場，放出許多“自由”的電子，從而加大水里的“結構”的排斥。該效應對具有不同電荷量的微粒產生了強烈形象，從而打破了水分子所特有的晶態和電磁場。

離子棒的作用是：對受污設備來說，因高電壓的靜電場會激發水分子從而使其處在高能態，在經過高壓靜電位的作用下，通過污垢的表面可破壞污物間的電子結合，逐漸剝蝕、脫落，從而達到除污效果；水溶液中的陽離子環繞在水偶極周圍，使得帶電微粒不能夠吸附在一起形成污物；電場的強弱變化會影響水體中的微生物和藻的生長，且會使水體產生較多的活性氧（H2O2，O3等），從而殺死細菌和藻類；由于離子棒產生了許多的自由電子，可防止管道內的鐵因失電而發生氧化，從而增強了管道的抗腐蝕性。

在火電廠中采用陰極保護法和膜處理工藝處理循環水的可能性較大。陰極保護法一種是通過直流電來控制被防護材料的流動方向，從而將其聚集到需要防護的材料周圍，特別是通過陽極和陰極的耦合來達到陰極的防護；而膜護理是利用一種微孔徑的膜對水中的某些組分進行有選擇地過濾。例如超濾（RO）是一種廣泛采用的水處理設備，它能將水中的膠體、大分子和微粒等物質進行高效的分離，以延長后續設備的使用壽命。RO的孔徑通常小于1nm，能夠將水中的大分子物質進行有效阻擋。采用超濾預處理后，水的污染指標均低于2.0mg/L。

在當前社會日益關注的環境問題下，開發利用高效、環保的循環系統來解決廢水中的污垢、腐蝕和微生物繁殖問題，無論是采用化學工藝或物理工藝都有各自的優缺點，企業應根據自己的具體條件和需要，選用不同的化學、物理工藝對其進行綜合利用，從而達到節能減排、提質增效的經濟目的。

綜上，本文首先分析了火力發電廠循環水處理的概念，從防垢除垢、殺菌滅藻、防止腐蝕三方面分析了火力發電廠循環水處理的重要性，接著從循環冷卻水化學處理方法以及物理工藝方面的電化學處理方法和離子棒處理法兩個方面，分析了循環冷卻水的優化處理方法。