某电厂用于循环水杀菌的海水制氯系统

陶志国，喻 江

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

某电厂用于循环水杀菌的海水制氯系统

陶志国，喻 江

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

某电厂为滨海电厂，凝汽器的循环冷却水采用海水。为抑制海水中微生物的生长，新建了海水制氯系统。通过实验，分析了海水制氯系统的制氯能力。为解决制氯系统阴极上沉积物，对制氯电极进行了酸洗，提高了制氯能力。研究结果表明，新建海水制氯系统的制氯能力，能满足机组运行的要求。

电厂；海水；制氯；系统；设计；循环水；杀菌；氯酸钠

0 概 述

某电厂属于滨海电厂，主机凝汽器的冷却水源为海水，供水系统采用一次循环方式。由于海水中存在各类微小的海生物，这些海生物进入凝汽器冷却水系统后，会附着在凝汽器的管壁上，降低凝汽器的换热效果，影响汽轮机的出力和安全运行。为抑制循环冷却水中海生物的生长，该电厂新建了海水制氯系统。制氯系统从循环冷却水中引出部分海水，将其电解后，产生了以次氯酸钠为主的溶液，再将溶液加入冷却水进行循环。次氯酸钠具有较强的杀菌能力，能够防止冷却循环水中微小海生物的生长及繁殖。

1 海水制氯系统

该电厂机组凝汽器的设计循环冷却水量为104100m3/h。海水制氯系统电解的海水，由冷却系统的海水循环泵提供，海水的有效氯浓度设计值为1mg/L。海水制氯系统中设置了二组电解槽，每组槽的制氯能力为60kg/h。

有关试验的研究结果表明［1］，海水温度过低时（＜5℃），电解效率低，只有降低电流才能保证槽压不过压，然而电流过低，会影响制氯的产量和效率。该电厂处于较为温暖的地理环境，其周围海水的全年温度，均超过20℃，适宜建设海水制氯装置。

1.1 工作原理

含有氯离子的海水流经海水制氯系统的电解槽时，给电解槽通以直流电，在电解槽内会产生化学反应。

阳极反应：

2Cl-→Cl2↑＋2e

阴极反应：

2H2O＋2e→2OH＋H2↑

极间的化学反应：

Cl2＋2OH-=ClO-＋Cl-＋H2O

ClO-＋H2O=HClO＋OH

HClO=H＋＋ClO-

海水的总体反应：

NaCl＋H2O=NaClO＋H2↑

除这些化学反应外，由于海水中存在钙、镁离子，电解时，这些离子会在阴极上形成钙和镁的沉淀物，增加电能的消耗。因此，必须通过定期酸洗的方法，消除这些钙镁离子沉淀物［2］。

海水制氯系统的制氯量与消耗电量有关。该电厂海水制氯系统，依靠调节整流装置的输出电流控制制氯量，最大允许的运行电流为7200A，保护动作电流为7900A。

1.2 制氯系统的组成

海水供给系统由海水管道、阀门、海水升压泵组成。

过滤系统由海水自动冲洗预过滤器、自动冲洗过滤器等设备组成。

次氯酸钠发生系统由电解槽、整流电源及控制仪表组成。

次氯酸钠储存系统由贮存罐、风机、液位指示仪表等组成。

加药系统由投药管道、投药阀门、投药泵及流量监测仪表组成。

酸洗系统由酸贮箱、酸洗箱、浓酸泵、酸洗泵、废水排放泵、加药装置及液位指示仪表等组成。

电气控制系统由整流电源、整流变压器、控制柜、程控柜及上位机组成。

很多滨海电厂的制氯系统，由于过滤器常出现故障，但这些方面依然没有得到足够重视，其实，如果设计和运行时，对过滤系统不重视，会严重影响整个制氯系统的安全运行和安全生产［3］。1.3 制氯工艺流程

制氯系统的工艺流程图，如图1所示。

图1制氯系统工艺流程

该装置在正常运行状态下，海水通过2台自动反冲洗预过滤器进入系统，防止海水中较大固体颗粒的混入，造成系统堵塞和对系统管道、电极等的磨蚀。海水升压泵为二用一备，自动切换，将海水升压，再经过2台自动反冲洗过滤器，除去海水中较小颗粒物。然后，海水才进入电解槽组。

制氯单元由二组电解槽组成。每组电解槽的制氯能力为60kg/h，每组电解槽有8个电解小室，在水路上串联连接，在电路上通过导电母排串联连接。

电气控制由2套整流装置将6.0kV交流电转化为85V交流电，通过整流装置转换成直流输出，分别供给对应的电解槽组。电解槽内的海水被电解后，产生次氯酸钠溶液及副产物氢气进入次氯酸钠储罐。排氢风机将风鼓入溶液储存罐，氢气被排出至大气。

当储罐的液位达到2m时，连续加药泵自启动进行加药。当储罐液位达到4.5m液位时，冲击加药泵自启动进行加药，当在液位恢复至2m时，冲击加药泵自停止。当储罐液位再降至0.5m时，连续加药泵自停止。

海水电解时，除产生次氯酸钠和氢气外，还在电解槽的阴极上累积了钙、镁沉淀物，导致电解槽的槽电压升高，电解效率下降，电耗增大。此外，不断增多的沉淀物，也给电解槽的运行带来安全隐患。因此，需定期或根据实际情况，对电解槽进行酸洗，以除去阴极表面的沉淀物。

该套制氯系统的初期设计方案，没有设计余氯检测及配套的运行电流控制模块。经试运行后，对系统进行了整改和完善。在某电厂的制氯系统中，通过布置在凝汽器出口的仪表，测量海水的残余氯含量，应用自动模块控制，调节制氯系统电流的大小，防止排入海洋循环水的余氯过高，最大程度地减少了对海洋生物的危害，同时有效节约了电能［4］。

此外，对制氯系统优化的研究表明，让一部分产水（次氯酸钠溶液）回流，有利于增加制氯系统内溶液的稳定性，减少阴极钙镁沉积速率［5］。

2 制氯能力试验检测

2.1 试验检测思路

（1）投产运行初期，在不同的运行电流下，分别采集1号、2号两组电解槽内的次氯酸钠溶液，并在实验室进行有效氯含量的检测。

（2）选取任意一组电解槽，在其累积运行（停运时间不计入）15天后，对不同运行电流下的有效氯产量进行检测。

2.2 有效氯的检测方法

参照国家标准GB19106-2013（次氯酸钠）中的“5.3有效氯的测定”，对产出的有效氯进行测定。标准方法中，待检测的次氯酸钠溶液有效氯浓度范围为5%～13%，要求稀释25倍后检测。海水制氯产品次氯酸钠溶液有效氯质量百分比浓度范围在0.04%～0.2%，所以依据该标准方法检测，不必进行稀释。该标准方法得出的试验结果，为样品的有效氯质量比（g/g），由此可以进行制氯量和直流电耗的计算。

制氯量的计算公式为：

式（1）中：G—单位时间制氯量，单位为kg/h；

w—次氯酸钠溶液有效氯质量比浓度，单位为g/g；

B—通过电解槽的海水质量流量，kg/h。

直流电耗的计算公式为：

式（2）中：W —生产每公斤有效氯的直流电耗，kW·h/kg；

U—每组电解槽上的槽电压，V；

I—制氯系统运行时的控制电流，A。

2.3 系统运行初期的制氯能力

制氯系统投产初期，调节整流装置的输出电流，使制氯系统在不同电流下运行，并分别采样进行有效氯检测，检测后的结果，如表1、表2所示。

表1 1号槽投产初期的有效氯检测结果

表2 2号槽投产初期的有效氯检测结果

根据表1、表2的检测数据，可得到电解槽制氯量与运行电流的关系，如图2、图3所示。简化后的函数关系式，分别为：

y=0.0087x＋4.7867

y=0.0083x＋5.28152.4 系统后期制氯能力的试验

图2 1号槽运行初期的制氯量与运行电流

1号槽组累积运行15天后，槽组内各电解阴极出现了白色沉淀物，由于海水沿各个电解槽串联流动，第一个电解槽阴极沉淀物最多，其后电解槽阴极的沉淀物逐级减少。在1号电解槽组阴极有沉淀物的状态下，使其在不同电流值下工作，并分别采样，进行有效氯检测，检测结果，如表3所示。

图3 2号槽运行初期的制氯量与运行电流

表3 1号槽组运行15天后的有效氯检测结果

根据表3检测数据，可得到1号电解槽组制氯量与运行电流的关系，如图4所示。简化后，得制氯量与运行电流的函数关系式：

y=0.0085x＋6.0856

与表1数据相比，1号电解槽组在相同的电流下运行，制氯能力基本没有变化，但所需的电压升高，直流电耗增加，即在消耗同等电能的情况下，制氯能力下降。2.5 制氯系统酸洗后制氯能力试验

图4 1号槽组运行15天后制氯量与运行电流

1号槽组运行15天后，阴极积累了沉淀物，对槽组进行了酸洗。相关研究成果表明［6］，沉积物的主要成分为钙镁离子碳酸盐及氢氧化物。酸洗采用5%的盐酸溶液即可，酸洗后沉淀物完全被去除。让电解槽在不同电流下运行，并分别采样，进行有效氯检测，检测的结果，如表4所示。

表4 1号槽组酸洗后有效氯的检测结果

根据表4检测数据，得出1号电解槽组制氯量与运行电流的关系，如图5所示。求得制氯量和运行电流的函数关系式为：

y=0.0085x＋6.5874

与表1数据、表3数据相比，酸洗的效果良好。在消耗同等电量的情况下，提高了制氯能力。制氯系统经初始运行后，电解槽阴极已出现微量沉淀物，因此，电量的消耗要高一些。

图5 1号槽组酸洗后的制氯量与运行电流

3 结 语

通过试验，对制氯系统进行了检测，并对检测数据进行研究分析。

1号电解槽组、2号电解槽组的制氯量和各自的运行电流均为线性关系，最大运行电流为7200A，能满足制氯量60kg/h的设计要求。

运行15天后，再对1号电解槽组的制氯能力进行检测，与运行初期相比，在相同运行电流下，制氯的能力基本不变，但因阴极的沉淀物增多，增加了电量消耗。

对1号电解槽组的阴极进行酸洗，去除沉淀物后，再对系统制氯能力进行检测，与运行初期相比，在相同运行电流下，制氯能力基本不变，但消耗电量略有降低。通过酸洗，能使制氯系统恢复制氯能力，但不建议经常酸洗，应根据阴极上沉淀物的积累情况，选择适当的酸洗时机。

［1］逢洪敏，张明杰.电解海水制氯技术在营口电厂的应用［J］.华北电力技术，2000（9）：46-48.

［2］赵东普，姜丽.电解海水制氯装置及系统的调试技术［J］.科技创新导报，2012（06）：98.

［3］王永兰，张宏波，吕学亮.电解海水制氯进水系统改造［J］.山东电力技术，2002（4）：81-82.

［4］马少华.华能丹东电厂的电解海水制氯系统［J］.电站辅机，2003，24（1）：46-48.

［5］裴长运，李东，常文强.电解海水制氯系统的研究和优化［J］.山东工业技术，2014，（17）：148-149.

［6］聂鑫，刘克成，龙潇.海水淡化浓盐水回用于电解海水制氯系统的试验研究［J］.电站辅机，2012，33（1）：10-12.

简讯

中国核电跨入国际市场

中国核电在国际市场的出口项目涉及投资、工程建设、运营与核电技术等方面。借助在三大竞争性核电市场的突破，中国核电已经成为世界核电市场中的重要力量。

近日，中国核电在国际市场频频出手，先攻破老牌工业大国英国的大门，而后又与罗马尼亚签订核电项目寿命期框架协议，不久前，中核集团与阿根廷核电公司正式签署了重水堆核电站商务合同及压水堆核电站框架合同，标志着中核集团与阿根廷核电公司将合作建设阿根廷第四、第五座核电站。

未来5年美国核电装机总量将增加5000兆瓦

日前，美国能源信息署发布数据称，尽管2019年前有超过2000兆瓦核电机组面临退役，但是预计在2016年至2020年间，美国核电装机总量仍将增加5000兆瓦以上。

美国不仅是全球最早开始利用核能的国家之一，也是当前核电装机最多的国家之一。由于建设较早，眼下美国有许多核电站都进入了退役阶段。目前，美国共有62个核电站、99个核反应堆正在运营。过去4年间，美国总共关闭了4个核电站，共5座反应堆，总共减少了超过4000兆瓦的核发电能力。

摘自上海电气电站设备有限公司电站辅机厂技术部《信息简讯》第205期

SeaWaterChlorinationSystemofaPowerPlantfor theCirculatingWaterSterilization

TAOZhi-guo，YUJiang
（HuadianElectricPowerResearchInstitute，Hangzhou310030，Zhejiang，China）

Seawaterhasbeenusedascirculatingcoolingwaterforcondenserinacoastalpowerplant.Anewseawater chlorinationsystemhasbeenbuilttosuppressthegrowthofmicroorganismsinseawater.Thechlorinecapabilityof thechlorinationsystemhasbeenanalyzedthroughtest.Tosolvetheprecipitationonthecathodeofthechlorination system，thecathodewasacidpickled，whichimprovedthechlorinecapability.Theresearchresultsprovedthatthe newseawaterchlorinationsystemcanmeettherequirementofunitoperation.

powerplant；seawater；chlorination；system；design；circulatingwater；sterilization；sodiumchlorate

TK268.+2

A

1672-0210(2015)04-0031-04

2015-09-01

：2015-09-07

陶志国（1981-），男，理学学士，工程师，主要研究方向为电厂化学和环保技术。