蒸发式冷凝器循环冷却水的电化学处理

蒸发式冷凝器循环冷却水的电化学处理

刘英新李雨佳

国家电投内蒙古公司赤峰新城热电公司内蒙古赤峰市024000

摘要：由于蒸发式冷凝器冷凝盘管表面水流速度慢、水温高、蒸发率高等导致易结垢，且难于控制。本文通过实际工程改造采用电化学处理技术（ECT），去除水中的结垢因子并控制微生物繁殖和白锈腐蚀，并与化学处理法进行对比，发现电化学处理的循环水质各项指标明显优于化学法处理的水质。

关键词：蒸发式冷凝器；循环冷却水；电化学水处理

冷库制冷系统中的冷凝器对系统的性能有重要影响。如采用蒸发式冷凝器，需要做好循环冷却水的处理，以防结垢腐蚀等问题。但循环水的维护不受重视，同时也很难处理，致使很多冷库蒸发式冷凝器都存在严重的结垢、生物粘泥、微生物滋生、腐蚀等问题。常用的水处理方法包括化学法、物理法、排污法、电化学法等。由于蒸发式冷凝器循环水量较小，化学药剂添加管理复杂，往往达不到理想的效果。为保证蒸发式冷凝器高效和无故障运行，提高蒸发式冷凝器热交换效率，节约能源，根据蒸发式冷凝器循环冷却水的特点，实验对比测试电化学法处理循环冷却水的效果。

由于蒸发式冷凝器循环水系统循环水水量小，水盘容积小，蒸发速率高，传统的水质稳定剂技术，在实际运行过程中实现水质管理目标难度很大。与大多数蒸发式冷凝器一样，循环冷却水没有得到有效处理，无机盐结垢，藻类滋生，镀锌材质的盘管白锈腐蚀等现象非常严重，不仅造成大量能源浪费，同时也带来安全隐患（高排气压力），也大大缩短了蒸发式冷凝器冷凝管的使用寿命。另外，由于该冷库储存食品，采用化学药剂处理安全管理上手续繁琐，为了满足环保要求还需要增加一套排污水处理装置。因此，提出循环冷却水处理工艺改造，采用电化学循环冷却水处理系统（简称ECT）替代化学药剂处理，实现对结垢、腐蚀和微生物的控制，同时节约用水，减少排污量。而且排污水中没有投加任何化学药剂，各项指标满足直接排放要求。自2016年4月至8月，进行了两个技术对比实验，最后确定了电化学处理技术方案，同时停止化学药剂的使用。

1工程概况

1.1水质水量

本改造工程针对冷库两台蒸发式冷凝器进行实验对比。对比实验期间只对#2蒸发式冷凝器进行电化学处理，#1蒸发式冷凝器仍然采用化学药剂处理，两台蒸发式冷凝器交替使用。

1.2电化学处理工艺流程

电化学处理系统采用专用水泵以旁流形式从蒸发式冷凝器水槽取一定比例的循环冷却水流入ECT反应室，反应室中维持一定的工作电流，在阴极（反应室内壁）附近形成高碱性环境（pH值高达12），让易结垢的矿物质首先结垢析出，沉积到阴极表面，减少系统中的硬度和碱度总量。悬浮物在电场的作用下失稳，絮凝沉淀到反应室底部，冲洗刮垢时随水垢一起排出循环系统。

1.3电化学处理能力计算

针对该系统，在补充自来水的情况下，假设循环冷却水中钙硬度控制浓度为300mg/L，那么通过排污和飞溅带出循环冷却水系统的钙硬度的量为357.6g/h。则需要通过电化学设备带出循环冷却水系统的钙硬度的量为369.04g/h。对于该补水水源，电化学设备钙硬度去除率大约为15mg/L，则电化学旁流处理水量24.60m3/h。达到6倍浓缩平衡后，循环冷却水中的钙硬度约为300mg/L，甲基橙碱度约为135mg/L，在蒸发式冷凝器系统中，结垢可以得到有效控制。由于蒸发冷没有单独设置远置水槽，整个循环冷却水系统的容积约为6m3，按照处理量24.60m3/h计算，每天蒸发冷凝器中的保有水量被处理98遍。根据经验，每天经过电化学设备处理4遍以上，微生物就可以得到有效控制。

1.4设备选型及单元参数

#2蒸发式冷凝器循环冷却水浓缩倍数（氯离子计）为5.0倍，钙离子浓缩倍率为2.3倍，钙硬度的累计去除率为53.5%。现场检查冷凝盘管，发现表面基本洁净，有极少量的水垢析出。依据计算，设计一个ECT单元，处理能力为25m3/h，配套水泵两台，一备一用，流量30m3/h，扬程17米。电化学设备最大工作电流为28A，最大工作电压为40VDC，出口设置一个沉淀过滤池，出水溢流到两台蒸发式冷凝器水槽，固体沉淀物定期人工清理，外运。排污设沉淀池，上清液直接外排。循环冷却水水质在线检测参数包括电导率、pH值和温度。就地显示仪表和控制，同时采用远程无线传输和控制。全部设备及配套设施，置于蒸发式冷凝器旁边，设独立的设备间。现场安装布置，参见图1。

2改造方案及试验结果对比分析

该工程于2016年4月安装完毕并调试后，初期仅处理#2蒸发式冷凝器进行电化学处理，#1蒸发式冷凝器仍使用化学药剂处理，两台蒸发式冷凝器轮流开启，对比实验于2016年8月结束。ECT设备处理水量为25m3/h，单元电流设定为20A，24小时不间断处理。

2.1水质处理结果对比

经过4个月的测试后，重新对两个蒸发式冷凝器循环水进行水质监测。#2蒸发式冷凝器循环冷却水浓缩倍数（氯离子计）为5.0倍，钙离子浓缩倍率为2.3倍，钙硬度的累计去除率为53.5%。现场检查冷凝盘管，发现表面基本洁净，有极少量的水垢析出。而#1蒸发式冷凝器循环冷却水采用化学处理，氯离子浓缩倍数为10.2倍，钙离子浓缩倍率为6.2倍，由于没有其它带出钙硬度的渠道，约损失39.2%的钙离子可以认为是在冷凝盘管上结垢析出。这与实际观察的结果是一致的。

2.2微生物控制

通过ECT处理，在阳极附近生成强氧化性氯气、臭氧、氧气等杀菌灭藻物质，将进入反应室内的循环水中的微生物灭活，并将整个循环水中的微生物总量维持在较低的水平，从而控制生物膜和生物粘泥的滋生。ECT设备工作时，电化学消毒并不是一个简单的过程，其包括了物理、化学和生物等多种作用机理和反应历程，可以认为是多种因素共同作用的结果。阳极附近会发生相应的氧化反应。阳极附近同时产生氧自由基、臭氧以及双氧水，给水提供很好的消毒作用。强杀菌能力有助于循环冷却水浊度的控制，尤其是微生物滋生带来的浊度上升，浊度控制在5NTU以下。

同时，电解产生的氯气与水反应发生反应生成HCl和HClO。该反应的产物，可以降低循环冷却水的pH值，从而有助pH值调节，预防无机盐结垢物质析出。采用化学处理的#1蒸发式冷凝器的水质，浊度经常在15NTU以上，有雾状物质，呈乳白色。而ECT处理的#2蒸发式冷凝器内的水体较为清澈透明。

2.3白锈腐蚀

控制白锈腐蚀也是改造工程的目的之一，采用化学处理期间，钝化的锌层多处有破坏，可见白锈腐蚀。从水质分析来看，由于化学处理管理依赖于现场操作人员的专业水平，化学药剂投加不均匀是造成白锈腐蚀的主要原因。采用电化学处理之后，水质通过自动化设备来自动调节，而且不存在过量化学药剂带来的破坏钝化锌层的问题，白锈腐蚀始终处于较好的控制状态。

结论：

电化学循环冷却水处理技术能够去除碳酸钙水垢，能够杀灭微生物，有效控制蒸发式冷凝器冷凝盘管无机盐结垢问题和污垢沉积问题，预防热镀锌材料的白锈腐蚀。此外，ECT属于自动化设备，自动排污，易于管理，处理效果稳定。

参考文献：

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[2]张小波，欧阳奇，刘艳东.电解水处理器应用在循环水系统的可行性[J].科技信息，2010（17）：415-416.

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