EST技术在工业循环冷却水处理上的应用

文_李勇 杨进 李东 景杰 山西漳山发电有限责任公司

受北方受季节性风沙、水质条件等因素影响，漳山电厂工业循环冷却水系统换热设备结垢、腐蚀严重，造成运行维护管理费用高等问题。为了解决此问题，公司本着优化方案、领先行业、经济高效、利于环保的原则，在借鉴国内外相关技术的基础上，全面完成了2×300MW工业循环冷却水处理的方案设计、产品研发、产品制作、产品性能实验、设备安装及方案实施后的预期效果评估等。

（1）系统管道结垢、锈蚀严重

表现为水中的杂质与泥污在系统管路及换热器端板处沉积与水垢结合，形成垢下腐蚀，严重影响到冷却系统的冷却效率，降低了换热设备的使用寿命。

1 漳山电厂工业循环冷却水水质工况分析

1.1 工业循环冷却水水质工况数据（见表1）

1.2 一期工业循环冷却水水质分析数据（见表2）

1.3 工业循环冷却水系统主要问题

从工业循环冷却水水质分析数据表中可以看出，该厂工业循环水系统运行中，存在以下问题：

表1

表2

（2）水浪费严重

两期循环水的浓缩倍率均在1.3～1.4之间，需要大量排放含有化学药剂的污水，同时也就需要大量补充一次水，这个浓缩倍率远低于《工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2007》的要求。

（3）微生物滋生严重

过低的浓缩倍率，使得投加的化学药剂很难维持一个有效的杀灭微生物的浓度，一期循环水的余氯含量难以满足控制微生物和藻类的浓度。由于微生物不能在线检测到，而且部分微生物对杀菌剂有耐药性，尽管投加化学药剂，微生物控制肯定有反复，时常爆发，因此浊度也很高。

（4）生物粘泥导致局部腐蚀和污垢热损

由于微生物难以控制，微生物及其代谢产物会粘附在管道和热交换器表面，尤其是滞流区域，比如换热器端板附近，将有大量粘泥粘附。粘泥的热阻是碳酸钙热阻的数倍，污垢将导致热交换效率大幅度下降。

（5）大量化学药剂消耗

由于浓缩倍率只有1.3～1.4，要维持一定的有机磷和余氯浓度，化学药剂投加量大大增加，从而增加了水系统的运行成本和污染物排放，其经济性差也不利于环保。

1.4 工业循环冷却水处理方案选择

公司先期在1＃机组电泵冷油器处安装1台离子棒除垢仪，试运行一年后检查，管束内壁清洁无结垢，效果很好。但是，此方式需要安装的工作点有64个，一次投资费用高，日常维护管理面大。经调查分析，决定采用符合《工业循环冷却水设计规范GB50050-2007》要求的旁流水处理方式，从源头上改善目前水质工况，消除循环冷却水系统结垢、腐蚀以及一次投资费用高、维护管理面大等问题。

我们采取自行研发生产的两台EST-25-40K型旁流水处理器和两台XDZ-100型全自动自清洗过滤装置及PH值自动调节系统的旁路组合方式，达到了预期效果。

2 EST旁流水处理器工作原理及试验分析

2.1 EST旁流水处理器的组成及工作原理

图1 EST水处理反应示意图

针对我公司2×300MW工业循环冷却水近几年运行实际工况，精心组织设计与量身制作了EST-25-40K型水处理设备（见图1）。该设备主要由EST电极、电动刮刀、自动控制阀、水质传感器和PLC控制器组成。其中EST电极属设备的核心部分，由表面涂有稀有金属钌的钛合金材料采用特殊工艺制作而成，具有使用寿命长和优异的理化特性。其作用原理源于工业循环冷却水所具备的天然电解质溶液的导电属性，利用EST电极和溶液界面上进行的氧化还原反应即“电极反应”，通过改变工业循环冷却水原有的酸碱度pH值，成垢离子如Ca2+、Mg2+、CO32ˉ、SO42ˉ等浓度以及反应过程中产生的各种化学成分如Cl2、ClOˉ、H2O2、O3，以实现改善原有水质工况，达到阻垢、防腐、灭菌，防止微生物滋生的目的。

（1） 阴极反应

反应室中维持的工作电流为直流7～25 A，在阴极（反应室内壁）附近形成高浓度的氢氧根，这种升高的pH环境，让易结垢的矿物质预先结垢，并从水中析出。

（2） 阳极反应

电流也将一部分的氯离子转化成氯气，在工业冷却水中形成持续杀菌作用的次氯酸。同时产生臭氧、氧自由基、氢氧根自由基和双氧水。同时结合安培电流及局部高的和低的（阳极）pH区域，维持了水处理设备内部一个的有效消毒环境。

PLC控制的电动刮刀定期工作刮除反应室内壁预沉淀出来的矿物质，并通过自动排污阀排出反应室。

清洗周期和清洗时间取决于每天要去除的矿物质以及从冷却塔中排掉的水量，以维持冷却塔中水系统的化学和微生物平衡。每次清洗开始时，两台电动阀门控制着流入EST内的水的流动方向。清洗的第一步，进出口阀门关闭，EST底部的排污阀门打开。刮刀在活塞的推动下在反应室内自上而下运动，刮掉内壁软的预先沉淀出来的水垢，并和冲洗水一起从底部排出。排污的时候，进水阀门打开，以便冲洗排放区域。约2min后，排污阀门关闭，刮刀回到反应室的顶部，出水阀门打开，EST重新工作。

2.2 EST旁流水处理器的除垢试验及分析

（1）试验用水

试验用水模拟我公司循环冷却水的实际工况采用化学药剂配制而成，采用化学纯试剂无水CaCl2和NaHCO3按等当量配制。

配制水质指标：

总硬度320～400mg/L（以CaCO3计）,总碱度360～400mg/L（以CaCO3计）；

氯离子260～330mg/L,电导率（1.55～1.74）×103µs/cm；

试验条件：EST电流取25A刮垢刀每3h工作一次。

（2）水质分析

总硬度：以铬黑T作指示剂，EDTA标准溶液滴定；

图2 总硬度与时间的曲线

图3 总碱度与时间的曲线

图4 电导率与时间的曲线

总碱度：以甲基橙作指示剂用H2SO4标准溶液滴定；

氯离子：以铬酸钾为指示剂用AgNO3标准溶液滴定；

电导率：用DDS-11A电导率仪测定。

（3）试验结果（见表3）

表3

（4）试验水质变化分析

分别以总硬度、总碱度、电导率为纵坐标，时间为横坐标作曲线，如图2、图3、图4所示。

从图中可明显看到，EST水处理器对成垢离子（硬度与碱度）成分去除效果十分明显。而电导率变化不大，表明EST对去除离子具有很强的选择性。

（5）微生物的控制试验及分析

阴极和阳极的化学反应，配合特别的流量设计，细菌反复地流经反应室就会暴露在极高和极低的pH、电击、和其它几种氧化消毒环境之中。通常寄生在冷却水悬浮物上面的细菌只适应弱碱性环境，pH值在8.5～9.0之间。当循环冷却水切向进入和离开反应室，在不断反复地将细菌置于低pH值区和高pH值区，使其无法生存下去。阳极反应产生氯气、臭氧和氧自由基、双氧水，又通过氧化作用杀死细菌和微生物。

除垢及杀菌实验表明EST水处理器除垢及杀菌效果显著，虽采用静态试验方式，但与实际系统工况具有参照性，产品动态性能及参数可在实际初始运行中调整完善。

针对漳山电厂2×300MW工业循环冷却水属开式循环系统，北方季节性风沙、蝗虫落于水池等因素，我们选择XDZ全自动自清洗过滤器与EST水 处理器组合系统，由XDZ自动滤去水中各种机械杂质后再进入EST设备，以确保EST设备高效安全运行。

表4

3 工业循环冷却水处理工况比较（见表4）

从表4数据可以得出以下结果：

（1）节省新鲜水（或一次水）

节约新鲜水量为：（199.68t-61.44t）×8000h =1105920t/a。

（2）节省药剂费

按平均药剂费用约为0.5元/t新水。节省药剂费用为：（199.68t-61.44t）×8000h×0.5元/t = 552960元/ a。

（3）减少排污费量

一期排污水量：（148.8t-10.56t）×8000h =1105920t/a，按1.2元／t计，减少的排污费为：105920×1.2＝1327104元／a。

（4）增加的电解电耗

采用电解水处理器之后，一期增加的电耗为：1.5kWh×8000 h= 12000kWh/a。

以上没有包括因污水排放增加的污水处理费用、药剂难于管理导致的频繁清洗费用、药品存放引起的管理费用、生物粘泥导致的能量消耗、劳动力节省费用、原工况下经常更换换热设备的费用（EST可以连续运行15～20年），EST排水可以回收用于灌溉节省的一次水费用等。

4 结论

通过以上方案和数据分析， EST技术应用于漳山电厂2×300MW工业循环冷却水处理系统，完全满足国家标准《工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2007》的要求。技术先进,运行安全可靠,一次性投资与长期维护运行管理费用更加经济。在减少药剂投放与污水排放的同时也利于环保，为解决本行业大型火力发电企业工业循环冷却水处理问题，具有案例示范与技术推广作用。