量子管通环在600 MW汽轮发电机组循环水系统的试验应用

翟德双，项 林

（1.上海电力股份有限公司，上海 200010；2.淮沪煤电有限公司田集发电厂，淮南 232098）

对于火力发电厂而言，循环冷却水占电厂总用水量的70%～80%，因而实现水的循环利用、提高循环水系统浓缩倍率是电力工业节水的关键。正因如此，循环水的水质控制成为电厂实现节能减排及安全生产的一项重要工作，一旦循环水系统水质控制不好，将会导致整个机组发生严重的安全隐患。

一般来说，结垢、腐蚀、微生物是循环水处理技术面对的3个主要问题，三者间相互作用和影响构成了电厂循环冷却水系统长周期安全运行的隐患。常见处理办法是采用投加阻垢剂的方法解决结垢问题；采用投加缓蚀剂、涂层防腐和阴极保护的方法减缓腐蚀现象；并采用投加杀生剂的方式抑制微生物的生长。另外电厂还采用胶球清洗的方式进行凝汽器水侧内壁的清洁工作。

1 系统简介

某发电厂一期工程为2×600 MW超临界燃煤发电机组，水源取自淮河，经混凝澄清后作为补充水补入冷却塔，循环冷却水系统采用扩大单元制供水系统，每台机组配9 000 m2自然通风冷却塔，机组正常运行时循环水流量为72 000 m3／h·台，冷却倍率60，循环水处理工艺采用传统的处理方式：“阻垢剂＋杀菌剂＋排污”，加入阻垢剂控制总磷浓度在3.5～3.8 mg／L，循环水浓缩倍率不超过4。主要冷却设备为凝汽器、机组冷油器、闭式水冷却器、真空泵冷却器等，凝汽器冷却面积36 000 m2，管材为316L不锈钢管。

量子管通环在化工、冶炼、油田、制药、食品行业水处理领域都有应用成功案例，经过该产品的开发，目前逐步进入发电企业，并在发电企业超滤反渗透系统应用，但在火电厂循环水系统上还有没有相关应用研究和运用。某电厂将量子管通环应用在600 MW发电机组循环水处理中，减少传统水处理工艺中阻垢剂的计量，控制系统的结垢速率，摸索最安全可靠和经济运行的最佳组合效果。

2 量子管通环工作原理

量子管通环由含有高硅铝及其它特殊材料合成的特种信息记忆材料组成，是一种在亚原子级能够稳定储存和记忆及释放量子信息的高科技产品。德国IAB公司利用特定设备测定和储存水中水垢和铁锈等相关物质的分子振动波形，并针对水中相关物质的分子振动波形，IAB开发多种超精微振动波，再利用LPL激光振动技术将超精微振动波刻录储存到量子管通环亚原子级中。如图1所示

图1 量子管通环原理示意图A

量子管通环直接安装在系统管道外壁，将超精微振动波持续恒量地释放并通过管壁传入水中。在这种超精微振动波的作用下，水分子吸收分子共振波后增强了分子的振动性能，大的水分子团被分解为小的单个水分子，增强了水分子的活性及溶解性，相关成垢离子吸收有关干扰波，离子键结合力减弱，同水分子氢键的结合力因而增强，从而起到防垢和除垢的效果［1］。如图2所示。

图2 量子管通环工作原理示意图B

3 量子管通环功能

（1）除垢防垢

清除水系统中存在的老垢并防止新垢形成。量子管通环向水中释放超精微振动波，使碳酸钙晶体产生共振，碳酸钙晶体中的部分钙离子和碳酸根离子振动幅度越来越大，大到超过了库伦力的约束，脱离晶体。尽管碳酸钙这种物质同样形成，但无法形成大块稳定的晶体，只能形成微小的碳酸钙颗粒，这些颗粒随着流体继续流动，在冷水池等流速慢的地方自然沉降，对系统不造成危害。量子水处理器对水的总硬度、总碱度有很宽的容忍度，应用实践表明当钙离子达到2 000 mg／L（以CaCO3计）p H值大于11时，表现出良好的阻垢效果。

（2）除锈防腐

去除水系统中已有的锈蚀并防止腐蚀发生。腐蚀产生的原因是多种多样的，其主要原因是不同电位的物质接触在一起形成原电池。影响锈蚀程度的其中一个原因就是水的饱和度（游离氧O2），以最常见的碳钢的吸氧腐蚀为例，钢铁中的铁元素和碳元素构成简单的原电池反应，安装量子管通环后超精微振动波作用于金属表面后激活金属表面的铁原子和水中的氧原子，首先原有的锈层被溶解下来随水流排出，其次铁与氧定向结合生成蓝黑色Fe3O4惰性氧化铁保护层，从而达到长效防腐目的［2］。

（3）杀菌灭藻

杀灭水系统中的菌藻，消除病菌赖以生存的温床。量子管通环连续不断地向水中释放类似生物信号的振动能，受其影响的菌藻生物膜遭到破坏而死亡，生物的代谢过程被振动能所终止。同时，在振动能的作用下，细菌残核被解体，生物粘泥失去粘性而分散于水中，振动波的杀生作用的本质是生物波，这就完全杜绝了生物产生抗药性的可能。

因此，量子管通环是有具有记忆功能的特殊材料制成，安装在水体中，即可记忆流经环内流体易结垢物质如钙、镁、铁锈等的振动波形，针对这些波形，量子管通环再释放出预先储存在其内部的超精微振动波。在释放波的作用下，水体中易结垢类物质物理特性发生改变，活性再次被激活，不会沉积在热力系统金属表面，从而避免系统结垢和菌类生长。由于新安装的管道不会结硬垢、生锈、或者长菌藻，旧管道中的原有锈蚀、老垢等也逐步溶解消除，并最终在管道内壁形成保护性氧化层，不再出现腐蚀。

4 量子管通环协助水质处理

4.1 试验研究内容

将量子管通环应用到循环水处理工艺中，通过模拟试验寻求极限水处理工况；通过现场试验寻求最终运行工艺参数，寻找在管通环作用下循环水的处理工艺，使传统的处理工艺药品用量下降，同时不降低水质指标。

确定的主要试验研究内容如下：

（1）根据水体容量及流动特点，确认对加装量子管通环位置与数量；

（2）通过试验室动态模拟实验，确认传统工艺水质不产生腐蚀和结垢的极限运行工况；

（3）结合动态模拟实验数据，开展现场试验，寻求在量子管通环的协助作用下，寻找水处理新的加药工况，从而确定运行控制参数，减少传统工艺中各类药品加入量，达到节能、环保的效果。

4.2 设备安装

2012年3月初，在机组循环水补水母管和开式滤水器A上共加装3套量子管通环，如图3所示。

图3 量子管通环安装位置示意图

为了能够及时的监测凝汽器内运行情况，在1号机凝汽器出水侧安装一套PJHQ2型循环水在线监测换热系统，用以对现场循环水的运行情况进行直接的监测分析，如图4所示。

图4 循环水在线监测换热装置

4.3 确定试验步骤

经过多方收资及电力试验研究院对电厂循环水进行试验室动态模拟试验后数据确定最终试验方案，现场评价试验分三个阶段进行：（1）将两机组循环水中药剂总磷含量控制在3 mg／L，试验时间3个月；（2）将两机组循环水中药剂总磷含量控制在2.5 mg／L，试验时间3个月；（3）将两机组循环水中药剂总磷含量控制在2.0 mg／L，试验时间5个月。试验期间循环水中“Ca2＋硬度＋碱硬度”始终维持在950～1 000 mg／L（以CaCO3计）。

4.4 结垢速率测定

凝汽器换热管表面污垢沉积速率大小是判断循环水系统是否正常运行的一个重要指标。根据《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—207）之规定，敞开式循环水冷却水系统设备传热面水侧污垢沉积速率不应大于15 mg／cm2·月，此次试验共对在线检测换热器内换热管检测5次，沉积速率分别为：2.73 mg／cm2·月、0.41 mg／cm2·月、0.09 mg／cm2·月、1.39 mg／cm2·月和7.14 mg／cm2·月，远小于国标中的传热面水侧污垢沉积速率不应大于15 mg／cm2·月的规定，无明显结垢现象。

4.5 检查结垢情况

2013年6月，利用机组停机检修期间，分别对1号、2号机组凝汽器水侧进行检查，凝汽器进、出水室均比较干净，换热管内均未见明显结垢现象，粘泥较少，说明凝汽器的总体运行状况不错，循环水系统无明显结垢倾向，图5所示。对机组冷油器和闭冷水板式换热器进行解体检查，光滑清洁、无结垢。

5 效果总结

节能降耗是火电厂降低发电厂本、提高机组经济性最有效的方法之一，采用科学手段改变传统电厂化学水处理工艺以减少药品的使用，可达到节约水资源、降低水处理成本的目的。在项目实施一年多的时间里，协助水处理产生了一定的效果。

图5 凝汽器水侧干净、无垢

（1）通过对循环水在线换热监测系统内换热管定量检测污垢沉积速率及机组检修时解体检查，可以确定凝汽器整体运行状况良好，无明显结垢现象。

（2）循环水采用传统方法处理时每年两台机组循环水阻垢剂使用量约160～180 t。安装循环水量子管通环后，2013年两台机组循环水阻垢剂使用量约100～120 t，节约药剂量约30%。

（3）在确保循环水系统不发生腐蚀和结垢情形下，系统排污量减少10%左右，全年节水约100万吨。

（4）因加药量、排污量减少，从而减少排污水对自然水体的影响，达到环境保护的目的。

6 结语

随着节水要求的进一步提高，循环水处理技术将向浓缩倍率更高、处理效果更好、系统更经济方面发展，相比传统的化学处理方法及电磁除垢等方法，量子管通环具有安装、使用方便，降低系统运行成本，延长设备使用寿命，能取代部分水处理药剂，减少环境污染，有很好的节能降耗的效果，经济效益和社会效果显著。

［1］ 苏建国，龙媛媛，杨为刚，等.量子管通环阻垢技术在胜利油田的应用［J］.全面腐蚀控制，2009，23（5）：33-34.

SU Jian-guo，LONG Yuan-yuan，YANG Wei-gang，et al.The application of quantum ring anti-scaling technology inyong 921 fault block of Dongxin Oil Field［J］.Total Corrosion Control，2009，23（5）：33-34..

［2］ 金德浩.量子技术在循环水高浓缩倍数运行中的应用研究［J］.工业水处理，2010，30（3）：68-71.

JIN De-hao.Application of quantum technology to the circulating cooling water running with high concentration cycle［J］.Industrial Water Treatment，2010，30（3）：68-71.