電解海水制氯技術(shù)在火電廠(chǎng)的應(yīng)用

1、20D6年第9期京見(jiàn)電力裁術(shù)35電解海水制氯技術(shù)在火電廠(chǎng)的應(yīng)用Application of Electrolyzed Sea Water ChlorinationTechnology to Fossil-fueled Power Plant張廣文潘春生？（l.北京國(guó)華電力技術(shù)硏究申心*北京065201? 2.東北電力科學(xué)研究曉有限公司，遼寧 沐陽(yáng)110006）摘要*闡述電解槪水制氯技術(shù)原理，介紹了目前國(guó)產(chǎn)連續(xù)運(yùn)新時(shí)間赧長(zhǎng)的大產(chǎn)率電解晦水制氯裝骨，井結(jié)合國(guó)華綏申發(fā) 電有限責(zé)杜公司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用悄況對(duì)裝置進(jìn)行了評(píng)價(jià)口關(guān)tt詞：悔水制匏；技術(shù)；應(yīng)用中圖井類(lèi)號(hào)P746.1 文猷標(biāo)識(shí)碼B 文章編號(hào)KXM-

2、79以（2006） 09-0035-0320D6年第9期京見(jiàn)電力裁術(shù)3520D6年第9期京見(jiàn)電力裁術(shù)35國(guó)華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司位于渤旃遼東灣 內(nèi)，一期2自區(qū)0OMW機(jī)組已于2000年投產(chǎn)發(fā)電。 凝汽器冷卻水采用海水，冷卻水防污、滅藻處理方 式采用電解海水制次氯酸鈉技術(shù)，選擇了國(guó)內(nèi)生產(chǎn) 的電解海水次氯酸鈉裝置。如世紀(jì)90年代前，國(guó)內(nèi)大型電廠(chǎng)使用的循環(huán) 冷卻水氯化處理系統(tǒng)都是國(guó)外引進(jìn)的，大亞灣核電 站21x166 kg/h氯化系統(tǒng)引進(jìn)英國(guó)CHU0ROPAC發(fā) 生器卜北侖港電廠(chǎng)72.6 kg/h系統(tǒng)引進(jìn)日本DAIK1 發(fā)生器*營(yíng)口電廠(chǎng)的力kg/h系統(tǒng)引進(jìn)美國(guó)EA TECH發(fā)生器°且前電解

3、海水次氯酸鈉裝置技術(shù)在 世界處于領(lǐng)先水平的有意大利DE NORA PERME- I£C的SEACU0R®海水電解制氯系統(tǒng)，英國(guó) CHL0ROPAC海水電解制氯系統(tǒng)，美國(guó)ELTECH的 SANIIJX；海水電解制氯系統(tǒng)，日本東芝DAIKJ海忒 電解制氯系統(tǒng)“90年（弋初青島電廠(chǎng)使用國(guó)產(chǎn)首臺(tái)超70 kh 電解海水次氯酸鈉發(fā)生裝置LHB -70. 1998年, 綏中發(fā)電有限責(zé)任公可安裝了 LHB-90型電解海 水次氯酸鈉發(fā)生裝置，是目前國(guó)產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間鮭 長(zhǎng)的大產(chǎn)率電解海水制氯裝置。1電解海水制次氯酸鈉技術(shù)E1原理天然海水中含有大量鹽類(lèi)物質(zhì)，其主要成分為 氯化鈉（NaCl）t 一

4、般海水中氯離子含量為15 00019 000 mg/Le,當(dāng)海水以一定的流速通過(guò)通有直流 的陰陽(yáng)極板間時(shí)，由于電化學(xué)作用，生成具有強(qiáng)氧 化能力的NaClO,在海水中進(jìn)一步分解成原子態(tài) 氧和氯化鈉。原子態(tài)氧具有很強(qiáng)的殺傷力，能夠?qū)?海水中的微生物、菌類(lèi)直接殺死*使海生物（如貝 類(lèi)）失去在冷卻水管道、通水建筑物上的附著能 力，從而起到防污、滅藻作用。K2電極的種類(lèi)及要求電解海水技術(shù)的核心為電極，電極的質(zhì)盤(pán)決定 了電解效率及電解裝置的使用年限。為此世界各國(guó) 竟相開(kāi)發(fā)多種電極.電極的特性是由海水的特點(diǎn)決 定的"海水中常見(jiàn)的陽(yáng)離子有N八、M尹、Ca2+ . K* , H+；常見(jiàn)的陰離子有Cl-

5、 . SOg*.琢0、 0H-o這些離子在通過(guò)電極時(shí)，根據(jù)電解定律都可 能發(fā)生電解反應(yīng)“為消除副反應(yīng)，從電化學(xué)角度要 求陽(yáng)扱應(yīng)有較低的析氯電位和較商的析氧電位，陰 扱應(yīng)有較低的析氫電位，且應(yīng)防止氫脆.為滿(mǎn)足上 述要求，常見(jiàn)的陽(yáng)極有鉗電極、鈦鍍鈉電極、鈦涂 釘和鈦涂錶電極°當(dāng)見(jiàn)的陰極有鈦電極、操合金電 極。對(duì)陽(yáng)極的使用壽命一般要求至少能保證 氏電極板的布置有2種，一種是平行板式，一種 是圓筒式。平行板式設(shè)計(jì)流速較低*需要定期清 洗；圓筒式設(shè)計(jì)流速較商.不需要定期清洗"從電 扱運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性上看，一般要求海水溫度不低于5 X,且海水含C廣濃度不低于8 000 n/Lo為保證 電極使

6、用壽命，要求海水含沙撾少，不含重金屬離 子”未受到油和有機(jī)物污染。2電解海水次氯酸鈉發(fā)生器2.1技術(shù)指標(biāo)有效氯產(chǎn)率：90 kg/h有效氯濃度：1 000 mg/L海水流量：90n?/h工作電流： DC 2 500 A工作電壓：WDC 180 V直流電耗；3.9 kW'Vkg AVC120D6年第9期京見(jiàn)電力裁術(shù)35| 維普資訊 h ttp:/2006年第9期耒北電力技術(shù)372006年第9期| 維普資訊 h ttp:/2006年第9期耒北電力技術(shù)37設(shè)計(jì)壓力：03 MPa試驗(yàn)壓力:0.5 MPa設(shè)計(jì)溫度：50 T 陽(yáng)扱壽命；5 a2.2養(yǎng)生器結(jié)構(gòu)a+ LHB - 90發(fā)生器由4個(gè)電解槽組

7、成。乩發(fā)生器液路為直通串聯(lián)海水經(jīng)細(xì)網(wǎng)過(guò)濾 器（過(guò)濾精度為0,5 mm）后進(jìn)入發(fā)生器人口處，再經(jīng) 電磁流量變送器自動(dòng)調(diào)整為穩(wěn)定的工作流量進(jìn)人電 解櫓。在1號(hào)及2號(hào)電解槽中連續(xù)電解后產(chǎn)生的吹 氯酸鈉溶液及氯氣進(jìn)入中間除氫器，除去溶液中的 氫氣再繼續(xù)進(jìn)入3號(hào)、4號(hào)電解稱(chēng)中進(jìn)行電解，進(jìn)一 步提高次氯酸鈉濃度毘后產(chǎn)生的次氯酸鈉溶灌和 氫氣宜接進(jìn)人貯罐,貯罐中氫氣由2臺(tái)聯(lián)鎖的鳳機(jī) 經(jīng)空氣稀釋后達(dá)到安全濃度排放到大氣中。僅4個(gè)電解槽間的電路連接為兩井兩串回 跖 而電解液的進(jìn)口和出口都使之處于接地的同一 電位上，消除了雜散電流對(duì)管線(xiàn)元件的爛蝕，也保 證制氯間的安全。丄 電解槽之間的液路用可撓接頭連接口長(zhǎng)電解槽

8、兩端接線(xiàn)端子用銅母線(xiàn)連接*其間 涂以導(dǎo)電膏可降低接觸電阻25%-95%,溫升降 低25%- 60%,外部用不銹鋼保護(hù)罩加以防護(hù) 保證運(yùn)行安全。f.設(shè)置專(zhuān)門(mén)的酸洗液路°g-發(fā)生器出口有取樣閥，電解槽設(shè)排空回路。h,發(fā)生器尺寸為4 500 mm x 2 230 Trm x 2 800 rrmD 23 發(fā)生器自身的安全系統(tǒng)氣 過(guò)濾精度為0.5 mm的細(xì)網(wǎng)過(guò)濾器減少異 物及泥沙進(jìn)入電解槽，保證電解槽安全運(yùn)行，減輕 陽(yáng)扱涂層的磨損口b. 電厳流最變送器保證電解液以穩(wěn)定的流疑 進(jìn)人電解槽*當(dāng)?shù)土髁浚ǘ氯蚝Ｋ霉收希┌l(fā)生 時(shí)自動(dòng)切斷電源。c, 過(guò)載保護(hù)裟置在電流過(guò)載時(shí)自動(dòng)切斷電源。乩 分別監(jiān)控每

9、個(gè)電解槽的槽電壓，便于確定 電解槽的酸洗和維修。仁 進(jìn)出口處的壓差控制使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)異常 時(shí)可得到保護(hù)“2.4電極根據(jù)綏中發(fā)電有限責(zé)任公司提供的水質(zhì)分析報(bào) 告,LHB-90生器陽(yáng)扱采用適用于該水質(zhì)條件的 鈦基多元涂層的DSA陽(yáng)極具有良好的電催化活 性，析氯電位低（kl2 ¥），在氯化物介質(zhì)中耐蝕工作壽命fe（5小,質(zhì)量指標(biāo)符合中國(guó)化工設(shè)備總公 司金展陽(yáng)極質(zhì)量檢測(cè)中心頒布的金屬陽(yáng)極質(zhì)量分 等細(xì)則中的赳級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)亠檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表讓衰1質(zhì)梅標(biāo)檢測(cè)皓果拯準(zhǔn)規(guī)定假3圾櫚試結(jié)果析輒電位/Vl.J2IJ09械化率4032暹牝奇命Anin18 540陽(yáng)扱基體材料為鈦板，雖然鈦網(wǎng)板具有激發(fā)湍 流的優(yōu)點(diǎn)，

10、但其缺點(diǎn)是電扱連接端的接觸電阻太 大，以國(guó)產(chǎn)鈦網(wǎng)板（Q/BS593291 ） TB12.5 x T1A.5 （最密網(wǎng)扳）為例，其連接端的接觸面積儀 為平板的3%左右，網(wǎng)板接觸電阻損耗太大，而且 網(wǎng)板僅能作單極性電極而不宜作雙極性電極。陰扱采用鈦陰扱，其氫超電位比高樣合金（如 Hastelloy-C）高 0.2 V 左右、但由于 Hastelloy - C 含有4%-?%的鐵元素*鮒次氯酸鈉爛蝕性能就 比鈦差，其價(jià)格為鈦的5倍左右。由于其價(jià)格太 高*優(yōu)越性不明顯，而且鈦陽(yáng)極不能與其他金屬對(duì) 焊，雙扱性電扱僅能整體選用鈦。2*5電極結(jié)構(gòu)廉式采用雙極性電極的結(jié)構(gòu)形式（SEACL0IL aiLOROP

11、AC.PEPCON 及 SEA-CELL 都為雙極性電 極人與單極性電扱比較可通過(guò)圖1和圖2表示。通過(guò)圖】和圖2的比較，雙扱性電極對(duì)海水電解 比單扱性電極有如下優(yōu)點(diǎn)：札電解室間匯流排連接次數(shù)少，電81損耗小;b.電解室之間的管線(xiàn)連接短，水頭損失小且 電解液無(wú)需多次上下方向轉(zhuǎn)換*g 不受氣阻的干擾，液流比較平穩(wěn)均衡；d. 發(fā)生器的電解槽數(shù)懐減少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；e. 槽電壓較低*f. 電流效率較髙。從整流電源的配置方面進(jìn)行分析*用12個(gè) ELTECH單極性電解槽（SC - 330/1 ）串聯(lián)而成裨aCTO+肪 j圏1 4牛電解皇塑合的取極性電扱電解槽圖2 4個(gè)電解室組合的單極性電極電解槽的產(chǎn)率為70

12、kg/h的發(fā)生器，其工作電流為6000 At而用4個(gè)雙極性電解槽串聯(lián)而成的產(chǎn)率也為M kg/h的發(fā)生器，其工作電流為2 150 A,這樣雙極 性電扱電解槽的發(fā)生器對(duì)整流電源的容童要求就小 得多連接的匯流排尺寸也相應(yīng)大大減小，這對(duì)于 減少運(yùn)行費(fèi)用、降低投資都有利。2*6電解欄LHB-90發(fā)生器電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組裝技術(shù) 是一種最新電解槽形式。LHB-9O發(fā)生器電解槽的剖面圖如圖3所示& 電解液在垂直面方向流動(dòng).在電極組合件的上下空 間有2個(gè)非電解區(qū)沖和其中/空間為氫氣匯 集區(qū)、而B(niǎo)為較大泥沙雜質(zhì)的沉積區(qū)。圖3 LHB-90電解槽剖面依據(jù)Perry的化工手冊(cè)，海水中氣泡上升速 度為 183

13、 213 mm/saLHB-90每個(gè)電解槽中的電解液通過(guò)時(shí)間為4 底部產(chǎn)生的氫氣泡僅要1與就可以上升到A區(qū), 電解液進(jìn)口處所產(chǎn)生的氫氣很快就可以升到A區(qū), 而不會(huì)使后續(xù)的電解過(guò)程増加電阻壓降，可以達(dá)到 校髙的電解槽效率和較低的電能消耗。電解槽槽體選用標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)PVC管.外部纏 繞聚脂玻璃鋼纖維，其強(qiáng)度比P譏:管廟倍, 比用聚丙烯模壓的槽休有更高的強(qiáng)度和壽命。減少穆漏的最有效方法是減少密封面，采用雙 極性電扱使電解槽數(shù)量減少，每個(gè)電解槽也只有2 個(gè)密封面*為了確保密封可靠性，采用美國(guó)卩ARK ER密封材料，可以保證發(fā)生器長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。2.7中閭除氫系統(tǒng)電解槽反應(yīng)式為Naa + H20-NaC10

14、 + H2 t在100貓送拉第效率的條件下,電解槽每產(chǎn)生1 切h的有效氯同時(shí)產(chǎn)生0.32 Nir?的氫氣*一般沒(méi)定 法拉第效率為0.85,則毎產(chǎn)生1 kg/h的有效氯便產(chǎn)主 0J75 Nn?氫氣。產(chǎn)率為70kg/h時(shí)其氫副產(chǎn)品的產(chǎn) 率為26,25 NmVh。在電解槽工作壓力為0.3毗條 件下所產(chǎn)生的氫氣可占電解室有效容積的1兀左 右電解液中大量的氫氣泡將增加電解液的電覘壓 降，而使槽電壓升高電解槽的效率也隨之下降，電耗 增加，采用中間除氫技術(shù)可以降低氫氣對(duì)電解槽效率 的負(fù)面影響,以達(dá)到降低電耗提高產(chǎn)率的目的。2.8控制系統(tǒng)系統(tǒng)全部開(kāi)關(guān)攝信號(hào)及摸似量信號(hào)送人PLC 中，由PLC程序執(zhí)行后，輸出至

15、相應(yīng)的執(zhí)行元件, 并由PLC的CPU模塊上通訊口送至上位機(jī)。上位 機(jī)為工業(yè)級(jí)PC機(jī)，內(nèi)賈一通訊卡與妝 連接中上 位機(jī)畫(huà)面按系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)（為彩色），動(dòng)態(tài)監(jiān)視H 0表中全部輸入/輸出信號(hào)及報(bào)警信號(hào)，并有定時(shí) 記錄各參數(shù)、報(bào)警、故障信號(hào)。對(duì)錯(cuò)誤的操作將給 出報(bào)警和提示信息，對(duì)操作員的全部操作過(guò)程和步 驟都記錄在案?jìng)鋿?。上位機(jī)配有打印機(jī)，可隨時(shí)打印運(yùn)行報(bào)告、報(bào) 警、故障信號(hào)"操作員的全部操作過(guò)程等。打印內(nèi) 容可通過(guò)上位機(jī)軟件設(shè)置，可為PLC輸入和輸出 量的任一種或全部。上悅機(jī)可通過(guò)通訊口同時(shí)監(jiān)控 其他站點(diǎn)，如化學(xué)加藥、制氫、水處理等°3電解海水設(shè)備的評(píng)價(jià)通過(guò)在綏中發(fā)電有限責(zé)任公司近兩年使用和考 核，裝置出力能達(dá)到設(shè)計(jì)值，其特點(diǎn)評(píng)價(jià)如下空取LHB-90型控制系統(tǒng)采用了上位機(jī)在工 業(yè)控制領(lǐng)域中方便、靈活.抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了 計(jì)算機(jī)對(duì)水處理設(shè)備的管理及聯(lián)阿，提高PC的控 制能力*使其從對(duì)設(shè)備級(jí)的控制發(fā)展到生產(chǎn)線(xiàn)，達(dá) 到無(wú)人值班運(yùn)行。b* LHB-90型發(fā)生器的雙扱性板式電扱結(jié)構(gòu) 比單扱性電極結(jié)構(gòu)具備電解槽數(shù)量少、電瞬槽之間