DQZHAN技術訊：電化學技術應用循環水處理分析及調研
摘要目前，電化學水處理技術逐漸得到了應用和推廣。本文基于發電廠循環水的特點，通過分析電化學處理技術原理，在調研同類型機組運行情況的基礎上，得出電化學應用于發電廠循環水的可行性以供同類型機組參考。
1引言
電化學技術在水處理中不需要投加藥劑，通過電子作用即可實現阻垢、除垢、緩蝕和**等方面的作用。與化學處理法比較，采用該技術對循環冷卻水處理進行處理，具有易維修管理，運行費用低，無污染，無需停機檢修等優點。
2電化學處理工藝介紹
電化學處理技術主要采用電化學處理方法，利用電極反應及其相關過程，通過直接和間接的氧化還原、凝聚絮凝、吸附降解和協同轉化等綜合作用，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、節約用水。
2.1電化學技術原理
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備等幾部分組成。通過直流電流的作用，在反應室內壁(陰極)附近形成一個堿性環境(pH值達到12-13的范圍)，這種強堿性環境下結垢物質更容易結晶析出。在陽極附近，高達50％的氯離子轉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。這些物質進一步強化了在反應室內的**、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LSI控制軟件可以確保凝汽器不結垢、不腐蝕，確保熱交換器熱交換效率高，并且不需要清洗，從而達到提高生產效率的目的；整個電化學過程都是利用水體本源物質，不產生污染，屬于綠色環保型的水處理方法。
電化學設備反應室內的基本化學反應如下[1,2]：
電化學技術應用循環水處理分析及調研
2.2運行操作
電化學水處理系統通過PLC控制系統在線不間斷處理循環水，周期性自動刮垢和排污。PLC根據循環水水質情況自動控制刮垢、排污的頻率，從而達到維持系統中水的化學物質平衡和控制微生物生長的目的。
刮垢、排污流程：PLC控制系統對控制閥閥門給出指令，關閉進出水閥門，塊的排污閥門打開，將預先沉淀出來的結垢物質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，排污閥門關閉，打開進出水閥門，完成一次清洗周期。
3漳澤電力河津發電分公司
3.1調研單位介紹
河津發電廠是“九五”期間山西省的重點工程，地處晉南地區，是晉南**的一座大型火力發電廠。一期工程1997年底正式開工建設，安裝兩臺350MW日本三菱機組，總投資35.68億人民幣（靜態投資為32.50億人民幣），其中使用日本政府海外協力基金第三批日元貸款220億元，配套內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。2000年1月，河津發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電廠。
3.2調研主要內容
3.2.1循環水概況
河津發電分公司循環水系統單臺機設計循環量38190m3/h，循環水采用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。之前循環水系統采用加阻垢劑、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：
電化學技術應用循環水處理分析及調研
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改造后的循環水水質控制
改造后，循環水水質控制指標如下：有機磷4~6mg/L，鈣+堿度＜15mmol/L，**~1x105CFU/mL。
3.2.2.2改造后系統運行
每個電化學反應單元處理能力為50m3/h；每個集裝設備共有8個反應單元，處理能力共為400m3/h；全廠共有集裝設備3套并聯運行，總處理能力為1200m3/h，沒有備用。采用電化學處理的循環水比例約為3.14%。改造后，循環水處理系統一直處于試驗摸索階段，在一部分循環水旁路電化學處理的同時往循環水系統中投加阻垢劑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脫硫系統。
單個化學反應單元容積約為0.8m3，單元內設有刮刀用于刮除單元壁（陰極）產生的水垢。刮刀采用壓縮空氣驅動方式，根據循環水水質情況判斷刮刀運行周期。實際運行中，刮刀設置為2小時運行一次。
電化學技術應用循環水處理分析及調研
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3.2.2.3經濟效益
A）投資費用
河津發電循環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，并含有施工費用。
B）運行維護費用
電化學電極廠家質保3年，通常5年更換，具體由水質情況決定。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。年運行小時數按5000h考慮，年耗電量約為9600kWh。
C）改造前后對比（數據來源為專工介紹）
循環水改造前，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、緩蝕劑處理循環水，單臺機化學藥劑費用180萬元。循環水年運行費用約380萬元（不包括弱酸系統運行費用）。
系統改造后從11月24日投入運行到12月17日，#1循環水補水量約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，則節約水費10.5萬元。當采用電化學處理循環水濃縮倍率控制到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*多能節約藥劑費用約180萬元。
3.2.2.4需驗證問題
由于河津發電應用電化學處理循環水不足一年時間，在全年*熱時期并未有汽機專業對端差、真空度等影響的反饋，還需進一步運行檢驗應用效果。
3.3水質情況
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4南通星辰合成材料芮城分公司
4.1調研單位介紹
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品為主營業務。2014年成立分公司以來，依托高新技術聚苯醚項目，持續改進，不斷**，取得了飛速發展。
目前公司以生產、研發和銷售工程塑料及醫藥中間體產品為主。主要產品有聚苯醚PPE、2，6-二甲酚、2，3，6-**酚、鄰甲酚等產品，其中擁有知識產權的產品3種，3種產品進入國外市場。公司現擁有中國首座年產萬噸級聚苯醚（PPE）工程塑料生產線一條，年產2000噸2，3，6-**酚（合成維生素E原料）生產線一條；公用工程、附屬生產設施及環保處理設施齊全。
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，后歷經產品轉型和工廠更名。1990年更名為芮城縣地方國營化工廠，產品轉型為酯類系列產品，工廠得以快速發展。2002年工廠更名為芮城福斯特化工股份有限公司，產品轉型生產酚類系列產品，并從國外引進高新技術產品聚苯醚項目。2005年4月公司由原中國藍星（集團）總公司收購重組，業務重心轉向化工新材料領域，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月因藍星公司業務戰略整合，成立南通星辰合成材料有限公司芮城分公司。
4.2調研主要內容
4.2.1循環水概況
芮城材料循環水系統循環量為2000m3/h，采用地下水作為補充水水源。之前循環水系統采用加**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臺并聯運行，現總處理能力為125m3/h，沒有備用。采用電化學處理的循環水比例約為6.25%。
電化學單元內設有刮刀用于刮除單元壁（陰極）產生的水垢。刮刀采用電機驅動方式，根據循環水水質情況判斷刮刀運行周期。實際運行中，刮刀設置為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集結的水垢。
無閥濾池出力為2x100m3/h，每天反沖洗3次。
4.2.3經濟效益
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，只有在循環水啟動初期投加。改造前后，循環水排污水量和補水量沒有變化，但循環水水質變好，并且沒有換熱器出現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水質情況
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5調研結論
通過對漳澤電力河津發電分公司和南通星辰合成材料芮城分公司的調研，對華電天津650MW燃氣+350MW燃煤熱電聯產工程提供了參考。不同的應用領域說明，電化學處理循環水不僅理論上可行，也在實踐中得到了檢驗。
對于火力發電廠而言，電化學處理循環水難點主要是：循環水水量極其龐大，導致需處理水量也很大；循環水補水水質多樣化。該技術運用到循環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。
