前言：在電廠敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水不斷循環(huán)和蒸發(fā)，水中鹽類及有機(jī)物質(zhì)濃縮，如果采取的措施不當(dāng)，系統(tǒng)易出現(xiàn)積垢、腐蝕及微生物滋生等問題，影響設(shè)備正常運(yùn)行及安全生產(chǎn)。長久以來，電廠廣泛采用化學(xué)藥劑阻垢法，發(fā)揮了積極的作用，但同時(shí)存在化學(xué)藥劑排放對環(huán)境污染、運(yùn)行費(fèi)用高、不易管理等問題。隨著國家節(jié)水、環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)化學(xué)藥劑處理法存在的問題也越來越突出。為此，多年來水處理行業(yè)一直致力于探索綠色環(huán)保的方法，電化學(xué)阻垢是一種新的水處理技術(shù)，近年來獲得了國內(nèi)廣泛關(guān)注。
1 國內(nèi)外研究情況
電化學(xué)阻垢技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型水處理技術(shù)，目前較多運(yùn)用于民用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的供水處理中，如中央空調(diào)系統(tǒng)冷媒水系統(tǒng)、民用建筑熱水系統(tǒng)等。隨著電力技術(shù)的迅速發(fā)展，為滿足環(huán)保、節(jié)水等現(xiàn)實(shí)要求，循環(huán)水電化學(xué)處理技術(shù)被日益重視，已成為世界范圍的研究與開發(fā)熱點(diǎn)。
李明建等人用快速阻垢測試方法和熱水系統(tǒng)小型模擬試驗(yàn)法，表明電化學(xué)水處理器具有顯著的阻垢效果，能一定程度地降低水的硬度，其阻垢率與電壓、水質(zhì)、溫度等因素有關(guān)。
孫津鴻采用電解法對模擬循環(huán)冷卻水進(jìn)行處理，表明電化學(xué)可以在一定程度上降低水中的硬度。同時(shí)考察了不同電解條件對硬度去除效果和能耗的影響，在該試驗(yàn)體系中，最佳電壓為10V，最佳溫度為30℃，陰極沉積速率為20g/（h·m2），能耗為17kW·h/kg。
徐浩等人通過電化學(xué)阻垢試驗(yàn)研究，表明對于硬度大于300 mg/L（以CaCO3計(jì)）水樣，用7 V電壓進(jìn)行阻垢處理，阻垢效果最好；對于硬度小于130 mg/L的水樣，改為5 V的低電壓進(jìn)行除垢處理效果較好。
以色列理工學(xué)院拉賓海水淡化實(shí)驗(yàn)室David Hasson等人[4]研究認(rèn)為，在直流電場作用下，Ca2+和HCO3-從主體溶液到陰極區(qū)的傳質(zhì)速率是影響電化學(xué)沉積速率的主要因素，影響電化學(xué)阻垢技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)是能源消耗。常規(guī)電化學(xué)阻垢處理工藝所能獲得的最大沉積率為100g/（h·m2），典型能耗為5 kW·h/kg（CaCO3）。
2 技術(shù)原理
電化學(xué)阻垢技術(shù)是指將兩塊金屬板插入水中分別作為陰極和陽極，在兩極板間施加一定的直流電壓，形成低壓電場，這時(shí)極板間的水溶液中的正、負(fù)離子向極性相反的極板遷移，發(fā)生電子得失。
陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)：
2H2O+2e→2OH-+H2↑ （式1）
由于陰極OH-的增多，在陰極附近形成了一個(gè)堿性區(qū)域，從而促進(jìn)了CO32-的形成，反應(yīng)如式2-2和2-3所示。
CO2+OH-→HCO3-?（式2）
HCO3-+OH-→CO32-+H?2O （式3）
另一方面，循環(huán)水中的成垢離子Ca2+、Mg2+會(huì)在電場的作用下被吸引到陰極附近，與CO32-、OH-生成沉淀析出，并沉積于電解槽的陰極表面，反應(yīng)如式4、式5所示。
Ca2++CO32-→CaCO3↓ （式4）
Mg2++2OH-→Mg（OH）2↓ （式5）
由此可見，原水經(jīng)過電化學(xué)處理后，水中部分Ca2+、Mg2+會(huì)形成沉淀析出，原水硬度和堿度在一定程度上有所降低，達(dá)到主動(dòng)防垢的目的。
3 國內(nèi)電廠應(yīng)用實(shí)例
1、安徽某電廠一期2×630MW超臨界機(jī)組，于2008年8月和9月正式投產(chǎn)運(yùn)行，冷卻水系統(tǒng)采用敞開式循環(huán)冷卻方式，循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水源為地表水，原水在沉淀池中經(jīng)混凝、澄清處理后，補(bǔ)入冷卻塔塔池。凝汽器換熱管選用TP316不銹鋼，循環(huán)水系統(tǒng)原采用加硫酸、加阻垢緩蝕劑和殺菌滅藻劑聯(lián)合處理方式。2015年上半年，每臺(tái)機(jī)組安裝一套以色列某公司生產(chǎn)的電化學(xué)處理裝置（見圖1），單臺(tái)機(jī)組處理量500m3/h，分為5個(gè)模塊，每個(gè)模塊設(shè)計(jì)流量100m3/h，每個(gè)模塊運(yùn)行電壓15V左右，運(yùn)行電流450A左右。
圖1 安徽某電廠循環(huán)水系統(tǒng)的電化學(xué)水處理器
經(jīng)過電化學(xué)裝置后，循環(huán)水的堿度、硬度去除率在3%～10%之間。據(jù)了解，該機(jī)組原循環(huán)水采用加硫酸和6mg/L阻垢劑進(jìn)行處理，電化學(xué)處理裝置安裝并投運(yùn)后，隨即停止加阻垢劑處理，但運(yùn)行一段時(shí)間后，檢查發(fā)現(xiàn)凝汽器有較明顯的結(jié)垢。電廠不得不恢復(fù)加藥處理，只是阻垢劑加藥量降低為2mg/L，在此條件下，目前系統(tǒng)基本能維持穩(wěn)定運(yùn)行。
2、山西某電廠2×300MW空冷機(jī)組，其輔機(jī)工業(yè)水系統(tǒng)采用開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)水容積500m3，循環(huán)水量4800m3/h。電廠于2011年安裝了一套武漢某公司研制的EST-25-40K電化學(xué)阻垢裝置（如圖2），單臺(tái)設(shè)備處理流量設(shè)計(jì)10t/h，工作電流7～25mA，設(shè)計(jì)功率2500W。由于電化學(xué)阻垢技術(shù)在國內(nèi)尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，電廠為確保運(yùn)行安全，在安裝電化學(xué)阻垢裝置后，還始終加入少量阻垢劑輔助處理。根據(jù)電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)循環(huán)水的堿度、硬度均小于補(bǔ)給水，說明EST電化學(xué)阻垢裝置確實(shí)起到一定的除垢作用。但該電廠本著節(jié)水的原則，對水資源階梯使用，即用部分循環(huán)水沖鍋爐的灰渣，造成該系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍率一直較低，基本不超過1.2倍，加上電廠仍輔助藥劑處理，因此電化學(xué)阻垢裝置實(shí)際運(yùn)行效果尚難以評估。
圖2 山西某電廠輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的電化學(xué)水處理器
3、浙江某電廠裝有6臺(tái)125MW機(jī)組，輔機(jī)冷卻水采用敞開式循環(huán)冷系統(tǒng)，冷卻水量1800 m3/h，水源為溪口水庫水。2014年安裝一套以色列C.Q.M.公司生產(chǎn)的SR-CT電化學(xué)處理裝置（圖3），單臺(tái)機(jī)組處理量100m3/h，運(yùn)行電壓7～16V左右，運(yùn)行電流300～450A左右。為了提高電極的除垢效率及降低能耗，系統(tǒng)設(shè)置有加鹽（NaCl）裝置。調(diào)研結(jié)果顯示，安裝電化學(xué)裝置后，該輔機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)已停止化學(xué)加阻垢劑，系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)垢現(xiàn)象。需要指出的是，該輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水電導(dǎo)率小于80μS/cm，硬度、堿度均小于0.5mmol/L，水質(zhì)很好，且濃縮倍率一直控制較低，小于1.5倍，因此電化學(xué)裝置的實(shí)際阻垢效果實(shí)際并不好評價(jià)。
圖3 浙江臺(tái)州電廠輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的電化學(xué)水處理器
4 結(jié)論及技術(shù)展望
從電化學(xué)阻垢處理技術(shù)在電廠應(yīng)用上可以看出，單獨(dú)依靠電化學(xué)設(shè)備處理電廠循環(huán)冷卻水效果并不理想，但是電化學(xué)處理裝置確實(shí)可以減少化學(xué)藥劑的使用量，這是新技術(shù)發(fā)展應(yīng)用必然經(jīng)歷的一個(gè)階段，建議電廠采用電化學(xué)技術(shù)和化學(xué)藥劑相結(jié)合處理工藝。
隨著電化學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高效、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的電極材料的開發(fā)與應(yīng)用，電化學(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，電化學(xué)阻垢技術(shù)在大型循環(huán)水系統(tǒng)的獨(dú)立應(yīng)用也將成為可能，因此電化學(xué)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
