火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)淺析

華電濰坊發(fā)電有限公司 閆嵩山

火力發(fā)電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在使用時，受風(fēng)吹損失和水分自身蒸發(fā)等多種原因影響，使循環(huán)水體的含鹽量持續(xù)升高，因而導(dǎo)致水中陰陽離子增多、各類鹽分超標(biāo)、酸堿度超標(biāo)等問題。火電廠的循環(huán)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(huán)水冷卻器和集水池中，由于陽光照射也會協(xié)助藻類等微生物的生長，對水體產(chǎn)生污染，從而對生產(chǎn)設(shè)備和管路的正常運(yùn)行造成不利的后果。因此，對火力發(fā)電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的改造優(yōu)化進(jìn)行探討，既能節(jié)約循環(huán)水的排污和補(bǔ)水量，又能降低設(shè)備損耗，減少金屬管路腐蝕和泄漏，對于保障發(fā)電機(jī)組長期經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

火電廠的循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過程中，通常存在以下問題：冷卻器的補(bǔ)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(huán)使用、蒸發(fā)，水中鈣、鎂離子濃度增加，會導(dǎo)致?lián)Q熱管結(jié)垢，導(dǎo)致傳熱效果下降，甚至?xí)枞艿?，影響設(shè)備的出力；循環(huán)水里的溶解氧含量很大，持續(xù)循環(huán)蒸發(fā)會使氯離子、硫酸根濃度升等，容易引起設(shè)備和管道造成侵蝕和穿洞；25～35℃的環(huán)境溫度下，水體中的有機(jī)質(zhì)和無機(jī)鹽為微生物和藻類的生長和增殖創(chuàng)造了有利的條件。由于上述原因，如結(jié)垢、腐蝕、微生物等，必須采用有效的治理措施。

1 火力發(fā)電廠循環(huán)水處理的概念及重要性

火力發(fā)電廠用水量極大，根據(jù)機(jī)組容量大小不同廠區(qū)每天用水可達(dá)14000～57000t，除沿海外內(nèi)陸火電廠通常會建立污水回用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水資源的再利用，達(dá)到節(jié)水效果。目前火電廠采用循環(huán)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(dú)使用并具有回收的功能。當(dāng)前我國工業(yè)冷卻塔生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水問題有結(jié)垢、生物生長、設(shè)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(chǔ)沉積來實(shí)現(xiàn)；或可采用去除多余鈣元素防止結(jié)垢。這些方法價格昂貴，其實(shí)用價值有限。

防垢除垢。結(jié)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(chǎn)的能源消耗和產(chǎn)量下降；導(dǎo)致設(shè)備或設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)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(jié)垢。

殺菌滅藻。生產(chǎn)過程中冷卻用水來源復(fù)雜，來自自然水體、污水回收水、城市中水等。而循環(huán)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(huán)冷卻水水持續(xù)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(chǔ)。

防止腐蝕。采用火電廠循環(huán)水體系中的活性氧技術(shù)可以促進(jìn)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(hù)膜。這樣循環(huán)水中的金屬管就不會產(chǎn)生水垢和微生物，從而減少腐蝕、穿孔、滲漏等正常的生產(chǎn)干擾，從而確保了管道的暢通和隔離。

2 循環(huán)冷卻水化學(xué)優(yōu)化處理方法

化學(xué)增效法是目前常用的水處理技術(shù)，其應(yīng)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(xué)成分進(jìn)行詳細(xì)測控，保證整個裝置的操作更加平穩(wěn)，從而確保水體各項(xiàng)指標(biāo)保持平穩(wěn)可控。該方法主要缺陷：需要連續(xù)投入藥物，且在后期投入成本高；需定時進(jìn)行廢水廢液排放，需額外的環(huán)境污染處理費(fèi)用；要求有專業(yè)水處理工程師進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)，對員工技能要求較高；后期的化學(xué)清洗會降低儀器的運(yùn)行周期和使用年限。當(dāng)前多數(shù)廠家仍采用含磷類的藥劑，對生態(tài)系統(tǒng)污染嚴(yán)重。發(fā)展新的阻垢劑和滅藻劑是循環(huán)系統(tǒng)水處理的一種發(fā)展方向。

3 循環(huán)冷卻水物理優(yōu)化處理方法

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

3.1 電化學(xué)處理方法

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

電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下：污物的沉淀。利用電化學(xué)作用，將水中鈣、鎂離子在反應(yīng)器的陰極沉積，使水中鈣、鎂離子濃度減低至標(biāo)準(zhǔn)值以下，從而保證循環(huán)水管道中不會結(jié)垢；防止細(xì)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(xì)菌、藻類增殖對管道和設(shè)備造成侵蝕；節(jié)能、環(huán)保、綠色技術(shù)。將循環(huán)水中的鈣、鎂離子轉(zhuǎn)化為固態(tài)沉淀，使循環(huán)水的濃度達(dá)標(biāo)，降低用水損耗，而且無需添加任何化學(xué)試劑，達(dá)到保護(hù)環(huán)境目的。

3.2 離子棒處理方法

在循環(huán)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(fù)電荷的負(fù)極體，它可對帶正電微粒產(chǎn)生反應(yīng)。當(dāng)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(jié)構(gòu)”的排斥。該效應(yīng)對具有不同電荷量的微粒產(chǎn)生了強(qiáng)烈形象，從而打破了水分子所特有的晶態(tài)和電磁場。

離子棒的作用是：對受污設(shè)備來說，因高電壓的靜電場會激發(fā)水分子從而使其處在高能態(tài)，在經(jīng)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(jié)合，逐漸剝蝕、脫落，從而達(dá)到除污效果；水溶液中的陽離子環(huán)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(qiáng)弱變化會影響水體中的微生物和藻的生長，且會使水體產(chǎn)生較多的活性氧（H2O2，O3等），從而殺死細(xì)菌和藻類；由于離子棒產(chǎn)生了許多的自由電子，可防止管道內(nèi)的鐵因失電而發(fā)生氧化，從而增強(qiáng)了管道的抗腐蝕性。

在火電廠中采用陰極保護(hù)法和膜處理工藝處理循環(huán)水的可能性較大。陰極保護(hù)法一種是通過直流電來控制被防護(hù)材料的流動方向，從而將其聚集到需要防護(hù)的材料周圍，特別是通過陽極和陰極的耦合來達(dá)到陰極的防護(hù)；而膜護(hù)理是利用一種微孔徑的膜對水中的某些組分進(jìn)行有選擇地過濾。例如超濾（RO）是一種廣泛采用的水處理設(shè)備，它能將水中的膠體、大分子和微粒等物質(zhì)進(jìn)行高效的分離，以延長后續(xù)設(shè)備的使用壽命。RO的孔徑通常小于1nm，能夠?qū)⑺械拇蠓肿游镔|(zhì)進(jìn)行有效阻擋。采用超濾預(yù)處理后，水的污染指標(biāo)均低于2.0mg/L。

在當(dāng)前社會日益關(guān)注的環(huán)境問題下，開發(fā)利用高效、環(huán)保的循環(huán)系統(tǒng)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(xué)工藝或物理工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自己的具體條件和需要，選用不同的化學(xué)、物理工藝對其進(jìn)行綜合利用，從而達(dá)到節(jié)能減排、提質(zhì)增效的經(jīng)濟(jì)目的。

綜上，本文首先分析了火力發(fā)電廠循環(huán)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(fā)電廠循環(huán)水處理的重要性，接著從循環(huán)冷卻水化學(xué)處理方法以及物理工藝方面的電化學(xué)處理方法和離子棒處理法兩個方面，分析了循環(huán)冷卻水的優(yōu)化處理方法。