循環(huán)水系統(tǒng)海水防污加藥方案調(diào)研與優(yōu)化

鄭 國，陳慶輝，龍新峰

(1.湛江電力有限公司,廣東 湛江 524099；2.廣東省能源集團有限公司，廣東 廣州 510530；3.華南理工大學 化學與化工學院,廣東 廣州 510640)

發(fā)電企業(yè)采用的循環(huán)水系統(tǒng)通常是敞開式冷卻系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)中水溫和pH值適宜多數(shù)微生物的生長[1-2]。微生物能形成氧濃差電池，導致?lián)Q熱設備和管道的腐蝕。形成的生物粘泥和藻類附著物會使凝汽器等換熱設備效率降低，甚至使部分管道污堵，導致凝汽器真空度降低，端差增大，排氣溫度升高，熱效率降低[3]，給機組安全經(jīng)濟運行帶來不良影響，甚至是嚴重的威脅。此外，隨著端板上不銹鋼管脹口處腐蝕不斷地加深，凝汽器泄漏量將增加，對水汽品質(zhì)和機組真空產(chǎn)生不良影響，進而影響機組安全穩(wěn)定的運行。

循環(huán)水是一個高鹽和溫度適宜系統(tǒng)，存在三大常見問題:腐蝕、結(jié)垢和微生物生長[4]。為此引入水處理劑，其中應用最為廣泛的是緩蝕劑、阻垢劑和殺生劑[5]。循環(huán)冷卻水處理的目的就在于消除或減少結(jié)垢、腐蝕和生物粘泥等危害，使發(fā)電系統(tǒng)可靠地運行。但由于循環(huán)水水文環(huán)境、水域生物、防污工藝等不同，為了保證殺滅效果和成本因素，應選取非氧化型藥劑、氧化型藥劑或交替投加的加藥方式?？紤]到海水冷卻系統(tǒng)受環(huán)境影響較大，加藥方案中殺生劑的投加劑量與投加時間需要根據(jù)不同冷卻水系統(tǒng)和不同外部環(huán)境變化情況而設定，而且還需要針對系統(tǒng)中海生物的種類和生長、繁殖季節(jié)而做調(diào)整。王佳佳等[6]用實驗證實C6H6NO3SNa可以被用作循環(huán)水中的熒光示蹤劑，對水處理劑的在線檢測有較強的應用價值。長期使用某一殺菌劑會產(chǎn)生抗藥性，降低殺菌處理效果，因此對于新建的1 000 MW機組推薦采用外購殺菌劑的方式，采用定期投加方案，并根據(jù)季節(jié)及運行工況隨時更改加藥品種。矸石電廠選用季銨鹽類殺生劑，采用沖擊式大劑量加藥方法[7]，基本上抑制了菌藻類物質(zhì)的繁殖。盤山電廠以氯系氧化性殺菌劑氯錠為主，殺滅水體中細菌，定期沖擊式加入非氧化性殺菌劑(復合殺菌劑和異噻唑啉酮交替使用)來提高殺菌滅藻功能[8]。杜超[9]對計量泵式加藥和自流式加藥從運行、維護以及檢修等方面進行比較分析，認為選用自流式加藥更加經(jīng)濟可靠。

本文對國內(nèi)四家濱海電廠和廣東省某集團下屬七家沿海電廠的循環(huán)水水文環(huán)境、海域生物、防污工藝、防污效果等有針對性地進行調(diào)查研究，通過藥劑市場調(diào)查、資料評估和模擬試驗，結(jié)合湛江發(fā)電廠循環(huán)水處理情況，推薦出較合適的防污藥劑，提出進一步加藥優(yōu)化的建議。

1 海水殺生劑

目前市場上的殺生劑比較多，但大部分是針對內(nèi)陸循環(huán)水系統(tǒng)的，專門面向濱海電廠的海水循環(huán)水系統(tǒng)的殺生劑還較少。根據(jù)搜集的資料，整理如表1所示。H-130M是一種非氧化型殺生劑。加入海水后，會與生物的細胞膜中的蛋白質(zhì)反應，從而破壞細胞的結(jié)構(gòu)，殺死生物。MEXEL432/0是烷基胺水乳濁液，屬于分散劑和洗滌劑，其作用是抵制和驅(qū)趕貝類和微生物，而非殺滅。WSCP是一種陽離子聚合殺菌滅藻劑，可有效控制藻類的生長。

表1 市場化殺生劑

CN907是一種海水微生物殺生藥劑，CN909能夠補充殺滅非氧化行殺生劑無特異針對性的海生物，特別是藻類和有些軟體動物。CN907與CN909交替使用，效果更佳。AY1001殺生劑是具有不同碳鏈長度的復合季銨鹽產(chǎn)品，具有顯著的協(xié)同增效作用。防污劑AY2001是一種復合型乳液體系，可以在海水中自動分散；AY2001產(chǎn)品中的復合有機胺成分具有很強的成膜性和黏附性，易附著于海生物表面，與殺生劑配合時，可有效提高殺生劑的殺生性能；并可在金屬和混凝土等內(nèi)壁表面形成光滑的保護膜，起到減緩金屬腐蝕和驅(qū)離海生物功能，阻止海生物在系統(tǒng)內(nèi)的吸附和固著。

2 海水防污殺菌滅藻狀況

通過查閱文獻、現(xiàn)場調(diào)研、與電廠技術人員交流溝通、查閱歷年加藥資料，對包括廣東省某集團下屬的7家電廠及國內(nèi)類似4家濱海電廠的循環(huán)水防污系統(tǒng)進行調(diào)研。

2.1 國內(nèi)濱海電廠

調(diào)研的QD電廠、CZ電廠、HM電廠和TS電廠等4家濱海電廠，均采用次氯酸鈉防污，其中1家投加次氯酸鈉防污，3家采用電解海水制次氯酸鈉。從運行情況看，電解制氯和投加次氯酸鈉的防污效果均比較理想，在加藥系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的情況下，未因海生物的積累影響機組運行。加藥防污因藥劑及投加方式不同，效果有差異，但防污費用有較大差異。

電解防污與加藥防污的電廠都存在出水口泡沫較多的問題，在循環(huán)水排回大海前，各電廠通過加消泡劑或者物理方案很好地解決了泡沫問題。

2.2 集團沿海電廠

調(diào)研的廣東省某集團下屬7家沿海電廠的加用藥劑和防污效果等情況如表2所示。可見，各電廠均采用加藥防污，除廣東某E電廠仍采用單一藥劑次氯酸鈉外，其余電廠都采用氧化性藥劑與非氧化性藥劑交替投加的防污方案。嘗試使用過的比較成功的藥劑包括氯氣、次氯酸鈉、CT1300(CT1302)、CN907、H130M、N2819SZ、WSCP。其中以氯氣使用效果應該是最好的。各電廠在所用藥劑種類一定的情況下，還根據(jù)每次檢修發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合小型試驗及多年的防污經(jīng)驗不斷完善加藥方式，取得了不錯的防污效果。

表2 能源電廠防污情況匯總

廣東省某集團下屬各電廠海域的生物略有差異，常見的對循環(huán)水系統(tǒng)造成污染的海生物有綠貝、藤壺、水螅蟲、褐貝、海瓜子、牡蠣等，其中綠貝是主要的污染物，各海域均有出現(xiàn)，因此采用加藥防污的方案，主要針對以上物種。從防污效果、經(jīng)濟效益以及環(huán)保因素等方面綜合考慮，較優(yōu)的防污方案應該是以氧化性殺生劑(次氯酸鈉)為主，然后根據(jù)實際情況，有選擇性地輔助添加一些對貝類、蛤類、牡類動物的生長有抑制作用的非氧化性殺生劑，兩種藥劑交替投加。

海生物的生存與水流關系密切，海生物的殺滅情況也和所加藥劑與循環(huán)水的混合均勻程度有密切關系，因此循環(huán)水系統(tǒng)的設計對防污效果的影響也不可忽視。不同海生物種類都有其適宜生長、繁殖的環(huán)境條件和季節(jié)，把握好加藥時間，根據(jù)季節(jié)變化適當調(diào)整加藥方式，有利于提高防污效果。只要控制海生物的生長量不至于影響機組運行即可，以降低防污費用。

3 防污加藥方案優(yōu)化

3.1 電廠概況

湛江電廠位于湛江市赤坎區(qū)調(diào)順北端，東臨海灣深水線，屬南海海域，水質(zhì)穩(wěn)定。電廠分別建有4臺330 MW發(fā)電機組，采用海水直流冷卻，單臺機組的循環(huán)水量為36 000 t/h；冷凝器材質(zhì)主要為鈦管，水室和部分管道為襯膠碳鋼。主要海生物污染為藤壺和貝類(青口貝等)，也有少量的藻類。

海水供水流程為：取水口—引水明渠—前池—旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)—循環(huán)泵房—壓力供水管—凝汽器—虹吸井—排水明渠—排水口。

3.2 加藥歷史

自2004年12月開始試用非氧化性海水殺生劑CN-907與次氯酸鈉交替使用已有10年。針對2011年至2012年凝汽器檢查情況，青口、褐貝問題基本解決，但藤壺又有稍微增加的痕跡，2012—2013年方案采用保持非氧化殺生劑量不變和增加次氯酸鈉加藥時間方式。2013年1月2號機組增容改造后，根據(jù)海水海生物情況，綜合其他濱海電廠的加藥防污的成功做法，在2號機組循環(huán)水系統(tǒng)新增加了H-1300海水殺生劑。其他1號、3號、4號機組維持繼續(xù)使用非氧化性海水殺生劑CN-907與次氯酸鈉交替使用。每年根據(jù)檢查情況對方案進行優(yōu)化。

近幾年循環(huán)系統(tǒng)情況是：凝汽器進口水室頂板及側(cè)壁生長有海生物，凝汽器鈦管較潔凈。2015年1月至12月的加藥方案中，1號、2號機組進行繼續(xù)加新型H130M海水殺生劑與次氯酸鈉。在3號、4號機組加CN907非氧化殺生劑和次氯酸鈉，只對加藥時間與方式進行稍微調(diào)整進行試驗。

3.3 加藥方案優(yōu)化

2016年1月起繼續(xù)對加藥方案優(yōu)化，主要采用防污抑制海生物控制技術，利用海生物殺生防污劑AY-2001成膜防污的原理，分散和剝離系統(tǒng)粘泥和積垢的同時，加強了海生物抑制能力。正常水質(zhì)和氣候條件下，取消氧化性殺生劑的使用。特殊水質(zhì)期間，加大殺生防污劑AY-2001的投加，以確保良好的海生物控制效果。

由于每年氣候、水質(zhì)和海生物條件均有一定的差異和不可預見性，根據(jù)湛江電廠小型模擬實驗結(jié)果，制定如下基本控制方案，并預留一定藥量以便及時調(diào)整優(yōu)化，2018—2019年的單機藥量具體如下方案見表3。如遇連續(xù)大雨或臺風等特殊氣候條件，海水水質(zhì)會出現(xiàn)較大的波動，如海水濁度增大，浮游海生物增多。因此需要對加藥計劃進行適當?shù)恼{(diào)整。如連續(xù)三天以上的雷風大雨或臺風在電廠周邊海域登陸，則按特殊氣候加藥執(zhí)行,方案見表4。

表3 1號～4號機組加藥計劃

表4 特殊氣候加藥計劃

建立并完善加藥臺賬，除了加藥量之外的，還將機組運行數(shù)據(jù)、機組啟停機情況、凝汽器檢查情況、前池水質(zhì)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、明渠、泡沫及潮位等加藥相關信息，記錄進臺賬，以便對加藥效果的評估與分析，及時調(diào)整加藥方案。

4 應用效果分析

2018年7月起，組織對循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化加藥方案的實施效果進行檢查，機組正常運行，凝汽器各參數(shù)穩(wěn)定(見圖1～圖2)，循環(huán)水入口壓力、凝汽器真空度和端差等參數(shù)保持平穩(wěn)，未出現(xiàn)因海生物堵塞影響機組運行情況，海生物控制效果良好，滿足機組的安全平穩(wěn)運行，滿足生產(chǎn)需求。

圖1 3號和4號機組凝汽器端差

圖2 3號和4號機組凝汽器真空度

根據(jù)機組運行和海生物檢查情況，四臺機組循環(huán)水泵旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)及凝汽器水室，管面光滑，鈦管面未見海生物附著(見圖3)，說明防污劑AY2001對湛江電廠海域的海生物控制良好，對運行機組起了有效的保護作用。通過多次對凝汽器的系統(tǒng)檢查對比，海生物的控制情況有明顯的改善，凝汽器水室無水螅蟲，在完全不投加次氯酸鈉的情況下，仍能較好地保持對水螅蟲的控制效果。

圖3 3號機組凝汽器水室檢查

根據(jù)凝汽器檢查情況，繼續(xù)優(yōu)化加藥方案。自2018年12月10日起，由原先每天補充投加的方式改為三天一次加大藥劑的沖擊性投加。由于AY2001有較強的粘泥剝離作用，剛開始運用沖擊性投加時有沖刷作用，會將系統(tǒng)內(nèi)部原有黏附的粘泥剝離下來。于是12月26日(沖擊性加藥執(zhí)行約半個月)打開4號凝汽器時，凝汽器水室位置有較多粘泥。而當系統(tǒng)內(nèi)部沖刷相對干凈后，剝離下來的粘泥便慢慢隨著水流流走，在2019年1月份打開3號機凝汽器時，水室處較為干凈，極少粘泥附著。加藥期間泡沫控制良好，未有大量泡沫涌出海面。

應用上述優(yōu)化方案期間，單位發(fā)電量藥劑費用為5.12元/萬kW·h，較之前的5.95元/萬kW·h下降了0.83元/萬kW·h。1號～4號機組真空度月平均提高了0.35 kPa，供電煤耗平均降低0.875 g/kW·h，可直接減少CO2、SO2、NOx和煙塵的排放量及其處理費用。每年同比減少凝汽器清理5次，降低清理循環(huán)水系統(tǒng)帶來的職業(yè)健康危害以及工作風險，提高了機組負荷的穩(wěn)定性；同時由于加藥時產(chǎn)生的泡沫較少，也減少了加消泡劑的費用，防止大量泡沫引起對海面的環(huán)保影響。

5 結(jié) 論

循環(huán)水系統(tǒng)防污是一個很復雜的過程，在所用藥劑種類一定情況下，防污效果還受加藥量、加藥方式、環(huán)境因素、季節(jié)變化、物種競爭以及循環(huán)水系統(tǒng)設計等多方面因素的影響。循環(huán)水系統(tǒng)防污要結(jié)合各電廠海域的海生物種類、海生物隨季節(jié)變化情況以及循環(huán)水系統(tǒng)運行自身特點等多方面原因設計加藥方案，并在運行過程中根據(jù)新出問題不斷完善加藥方式，不能僅憑小型試驗就確定某種藥品在各海域適合的加藥方式。

由于海生物生長的特性與海水水溫、生長環(huán)境、循環(huán)水藥品的耐藥性等因素影響，需要加強對海生物的生長規(guī)律進行監(jiān)測，根據(jù)實際情況持續(xù)對循環(huán)水加藥處理方案進行不斷優(yōu)化和調(diào)整。