循环水系统海水防污加药方案调研与优化

郑 国，陈庆辉，龙新峰

(1.湛江电力有限公司,广东 湛江 524099；2.广东省能源集团有限公司，广东 广州 510530；3.华南理工大学 化学与化工学院,广东 广州 510640)

发电企业采用的循环水系统通常是敞开式冷却系统，冷却水系统中水温和pH值适宜多数微生物的生长[1-2]。微生物能形成氧浓差电池，导致换热设备和管道的腐蚀。形成的生物粘泥和藻类附着物会使凝汽器等换热设备效率降低，甚至使部分管道污堵，导致凝汽器真空度降低，端差增大，排气温度升高，热效率降低[3]，给机组安全经济运行带来不良影响，甚至是严重的威胁。此外，随着端板上不锈钢管胀口处腐蚀不断地加深，凝汽器泄漏量将增加，对水汽品质和机组真空产生不良影响，进而影响机组安全稳定的运行。

循环水是一个高盐和温度适宜系统，存在三大常见问题:腐蚀、结垢和微生物生长[4]。为此引入水处理剂，其中应用最为广泛的是缓蚀剂、阻垢剂和杀生剂[5]。循环冷却水处理的目的就在于消除或减少结垢、腐蚀和生物粘泥等危害，使发电系统可靠地运行。但由于循环水水文环境、水域生物、防污工艺等不同，为了保证杀灭效果和成本因素，应选取非氧化型药剂、氧化型药剂或交替投加的加药方式。考虑到海水冷却系统受环境影响较大，加药方案中杀生剂的投加剂量与投加时间需要根据不同冷却水系统和不同外部环境变化情况而设定，而且还需要针对系统中海生物的种类和生长、繁殖季节而做调整。王佳佳等[6]用实验证实C6H6NO3SNa可以被用作循环水中的荧光示踪剂，对水处理剂的在线检测有较强的应用价值。长期使用某一杀菌剂会产生抗药性，降低杀菌处理效果，因此对于新建的1 000 MW机组推荐采用外购杀菌剂的方式，采用定期投加方案，并根据季节及运行工况随时更改加药品种。矸石电厂选用季铵盐类杀生剂，采用冲击式大剂量加药方法[7]，基本上抑制了菌藻类物质的繁殖。盘山电厂以氯系氧化性杀菌剂氯锭为主，杀灭水体中细菌，定期冲击式加入非氧化性杀菌剂(复合杀菌剂和异噻唑啉酮交替使用)来提高杀菌灭藻功能[8]。杜超[9]对计量泵式加药和自流式加药从运行、维护以及检修等方面进行比较分析，认为选用自流式加药更加经济可靠。

本文对国内四家滨海电厂和广东省某集团下属七家沿海电厂的循环水水文环境、海域生物、防污工艺、防污效果等有针对性地进行调查研究，通过药剂市场调查、资料评估和模拟试验，结合湛江发电厂循环水处理情况，推荐出较合适的防污药剂，提出进一步加药优化的建议。

1 海水杀生剂

目前市场上的杀生剂比较多，但大部分是针对内陆循环水系统的，专门面向滨海电厂的海水循环水系统的杀生剂还较少。根据搜集的资料，整理如表1所示。H-130M是一种非氧化型杀生剂。加入海水后，会与生物的细胞膜中的蛋白质反应，从而破坏细胞的结构，杀死生物。MEXEL432/0是烷基胺水乳浊液，属于分散剂和洗涤剂，其作用是抵制和驱赶贝类和微生物，而非杀灭。WSCP是一种阳离子聚合杀菌灭藻剂，可有效控制藻类的生长。

表1 市场化杀生剂

CN907是一种海水微生物杀生药剂，CN909能够补充杀灭非氧化行杀生剂无特异针对性的海生物，特别是藻类和有些软体动物。CN907与CN909交替使用，效果更佳。AY1001杀生剂是具有不同碳链长度的复合季铵盐产品，具有显著的协同增效作用。防污剂AY2001是一种复合型乳液体系，可以在海水中自动分散；AY2001产品中的复合有机胺成分具有很强的成膜性和黏附性，易附着于海生物表面，与杀生剂配合时，可有效提高杀生剂的杀生性能；并可在金属和混凝土等内壁表面形成光滑的保护膜，起到减缓金属腐蚀和驱离海生物功能，阻止海生物在系统内的吸附和固着。

2 海水防污杀菌灭藻状况

通过查阅文献、现场调研、与电厂技术人员交流沟通、查阅历年加药资料，对包括广东省某集团下属的7家电厂及国内类似4家滨海电厂的循环水防污系统进行调研。

2.1 国内滨海电厂

调研的QD电厂、CZ电厂、HM电厂和TS电厂等4家滨海电厂，均采用次氯酸钠防污，其中1家投加次氯酸钠防污，3家采用电解海水制次氯酸钠。从运行情况看，电解制氯和投加次氯酸钠的防污效果均比较理想，在加药系统正常运转的情况下，未因海生物的积累影响机组运行。加药防污因药剂及投加方式不同，效果有差异，但防污费用有较大差异。

电解防污与加药防污的电厂都存在出水口泡沫较多的问题，在循环水排回大海前，各电厂通过加消泡剂或者物理方案很好地解决了泡沫问题。

2.2 集团沿海电厂

调研的广东省某集团下属7家沿海电厂的加用药剂和防污效果等情况如表2所示。可见，各电厂均采用加药防污，除广东某E电厂仍采用单一药剂次氯酸钠外，其余电厂都采用氧化性药剂与非氧化性药剂交替投加的防污方案。尝试使用过的比较成功的药剂包括氯气、次氯酸钠、CT1300(CT1302)、CN907、H130M、N2819SZ、WSCP。其中以氯气使用效果应该是最好的。各电厂在所用药剂种类一定的情况下，还根据每次检修发现的问题，结合小型试验及多年的防污经验不断完善加药方式，取得了不错的防污效果。

表2 能源电厂防污情况汇总

广东省某集团下属各电厂海域的生物略有差异，常见的对循环水系统造成污染的海生物有绿贝、藤壶、水螅虫、褐贝、海瓜子、牡蛎等，其中绿贝是主要的污染物，各海域均有出现，因此采用加药防污的方案，主要针对以上物种。从防污效果、经济效益以及环保因素等方面综合考虑，较优的防污方案应该是以氧化性杀生剂(次氯酸钠)为主，然后根据实际情况，有选择性地辅助添加一些对贝类、蛤类、牡类动物的生长有抑制作用的非氧化性杀生剂，两种药剂交替投加。

海生物的生存与水流关系密切，海生物的杀灭情况也和所加药剂与循环水的混合均匀程度有密切关系，因此循环水系统的设计对防污效果的影响也不可忽视。不同海生物种类都有其适宜生长、繁殖的环境条件和季节，把握好加药时间，根据季节变化适当调整加药方式，有利于提高防污效果。只要控制海生物的生长量不至于影响机组运行即可，以降低防污费用。

3 防污加药方案优化

3.1 电厂概况

湛江电厂位于湛江市赤坎区调顺北端，东临海湾深水线，属南海海域，水质稳定。电厂分别建有4台330 MW发电机组，采用海水直流冷却，单台机组的循环水量为36 000 t/h；冷凝器材质主要为钛管，水室和部分管道为衬胶碳钢。主要海生物污染为藤壶和贝类(青口贝等)，也有少量的藻类。

海水供水流程为：取水口—引水明渠—前池—旋转滤网—循环泵房—压力供水管—凝汽器—虹吸井—排水明渠—排水口。

3.2 加药历史

自2004年12月开始试用非氧化性海水杀生剂CN-907与次氯酸钠交替使用已有10年。针对2011年至2012年凝汽器检查情况，青口、褐贝问题基本解决，但藤壶又有稍微增加的痕迹，2012—2013年方案采用保持非氧化杀生剂量不变和增加次氯酸钠加药时间方式。2013年1月2号机组增容改造后，根据海水海生物情况，综合其他滨海电厂的加药防污的成功做法，在2号机组循环水系统新增加了H-1300海水杀生剂。其他1号、3号、4号机组维持继续使用非氧化性海水杀生剂CN-907与次氯酸钠交替使用。每年根据检查情况对方案进行优化。

近几年循环系统情况是：凝汽器进口水室顶板及侧壁生长有海生物，凝汽器钛管较洁净。2015年1月至12月的加药方案中，1号、2号机组进行继续加新型H130M海水杀生剂与次氯酸钠。在3号、4号机组加CN907非氧化杀生剂和次氯酸钠，只对加药时间与方式进行稍微调整进行试验。

3.3 加药方案优化

2016年1月起继续对加药方案优化，主要采用防污抑制海生物控制技术，利用海生物杀生防污剂AY-2001成膜防污的原理，分散和剥离系统粘泥和积垢的同时，加强了海生物抑制能力。正常水质和气候条件下，取消氧化性杀生剂的使用。特殊水质期间，加大杀生防污剂AY-2001的投加，以确保良好的海生物控制效果。

由于每年气候、水质和海生物条件均有一定的差异和不可预见性，根据湛江电厂小型模拟实验结果，制定如下基本控制方案，并预留一定药量以便及时调整优化，2018—2019年的单机药量具体如下方案见表3。如遇连续大雨或台风等特殊气候条件，海水水质会出现较大的波动，如海水浊度增大，浮游海生物增多。因此需要对加药计划进行适当的调整。如连续三天以上的雷风大雨或台风在电厂周边海域登陆，则按特殊气候加药执行,方案见表4。

表3 1号～4号机组加药计划

表4 特殊气候加药计划

建立并完善加药台账，除了加药量之外的，还将机组运行数据、机组启停机情况、凝汽器检查情况、前池水质、旋转滤网、明渠、泡沫及潮位等加药相关信息，记录进台账，以便对加药效果的评估与分析，及时调整加药方案。

4 应用效果分析

2018年7月起，组织对循环水系统优化加药方案的实施效果进行检查，机组正常运行，凝汽器各参数稳定(见图1～图2)，循环水入口压力、凝汽器真空度和端差等参数保持平稳，未出现因海生物堵塞影响机组运行情况，海生物控制效果良好，满足机组的安全平稳运行，满足生产需求。

图1 3号和4号机组凝汽器端差

图2 3号和4号机组凝汽器真空度

根据机组运行和海生物检查情况，四台机组循环水泵旋转滤网及凝汽器水室，管面光滑，钛管面未见海生物附着(见图3)，说明防污剂AY2001对湛江电厂海域的海生物控制良好，对运行机组起了有效的保护作用。通过多次对凝汽器的系统检查对比，海生物的控制情况有明显的改善，凝汽器水室无水螅虫，在完全不投加次氯酸钠的情况下，仍能较好地保持对水螅虫的控制效果。

图3 3号机组凝汽器水室检查

根据凝汽器检查情况，继续优化加药方案。自2018年12月10日起，由原先每天补充投加的方式改为三天一次加大药剂的冲击性投加。由于AY2001有较强的粘泥剥离作用，刚开始运用冲击性投加时有冲刷作用，会将系统内部原有黏附的粘泥剥离下来。于是12月26日(冲击性加药执行约半个月)打开4号凝汽器时，凝汽器水室位置有较多粘泥。而当系统内部冲刷相对干净后，剥离下来的粘泥便慢慢随着水流流走，在2019年1月份打开3号机凝汽器时，水室处较为干净，极少粘泥附着。加药期间泡沫控制良好，未有大量泡沫涌出海面。

应用上述优化方案期间，单位发电量药剂费用为5.12元/万kW·h，较之前的5.95元/万kW·h下降了0.83元/万kW·h。1号～4号机组真空度月平均提高了0.35 kPa，供电煤耗平均降低0.875 g/kW·h，可直接减少CO2、SO2、NOx和烟尘的排放量及其处理费用。每年同比减少凝汽器清理5次，降低清理循环水系统带来的职业健康危害以及工作风险，提高了机组负荷的稳定性；同时由于加药时产生的泡沫较少，也减少了加消泡剂的费用，防止大量泡沫引起对海面的环保影响。

5 结 论

循环水系统防污是一个很复杂的过程，在所用药剂种类一定情况下，防污效果还受加药量、加药方式、环境因素、季节变化、物种竞争以及循环水系统设计等多方面因素的影响。循环水系统防污要结合各电厂海域的海生物种类、海生物随季节变化情况以及循环水系统运行自身特点等多方面原因设计加药方案，并在运行过程中根据新出问题不断完善加药方式，不能仅凭小型试验就确定某种药品在各海域适合的加药方式。

由于海生物生长的特性与海水水温、生长环境、循环水药品的耐药性等因素影响，需要加强对海生物的生长规律进行监测，根据实际情况持续对循环水加药处理方案进行不断优化和调整。