作者：黄倩1，2 姜琪1，2 苏艳1，2 冉琼1，2 降晓艳1，2 胡大龙1，2 陈力铭3 ( 1．西安西热水务环保有限公司 西安 710054; 2．西安热工研究院有限公司 西安 710054; 3．郑州华兴电力设备有限公司 郑州 450000)

摘 要 提出了循环水完全无药剂化且经济环保处理的理念，将低压电解除垢、电解、电吸附、高压静电 水处理技术合理组合，并充分利用各技术的独特优势，设计形成一种新的循环水处理技术———电解吸附融合 技术。相比于单一的物理阻垢技术，电解吸附融合技术处理循环水时在降碱度、降硬度、电解 Cl － 、脱盐、对水 分子的偶极作用等方面的处理效果均有明显提高，既能保证阻垢、防腐及杀菌效果，又能大幅降低循环水排污 水的回用难度，是一种真正的绿色环保技术。

关键词 循环水 电解吸附融合 阻垢 防腐 杀菌

0 引言 火电厂为维持循环水系统在较高浓缩倍率下的 稳定运行，普遍采用投加阻垢缓蚀剂的方法，但这种 方法的药剂成本高、药量难以把握、且对水体存在二 次污染，极大地增加了循环水排污水的处理及回用 难度［1］。为了避免循环水系统添加阻垢缓蚀剂带 来的上述问题，近些年出现了电场法、磁场法、超声 波法等环境友好的物理阻垢除垢技术［2］。目前研 究多为采用单一的物理除垢法如低压电解除垢、高 压静电水处理、电磁阻垢等技术作为循环水水质稳 定处理技术［3－5］，但由于湿冷机组循环水系统水质 复杂，实际生产中采用单一的物理阻垢技术处理循 环水时，因各技术本身的局限性导致其阻垢、防腐及 杀菌效果均不理想，实际运行中，单独采用上述任一 工艺时仍需要加酸、阻垢缓蚀剂( 减量) 维持循环水 系统的安全稳定运行。另外，由于单个技术的处理 效率较低，导致其处理量大、设备投资费用较高。 为了解决单一物理阻垢技术处理循环水时存在 的各种问题，本文提出了一种复合的循环水水质稳 定处理技术———电解吸附融合技术( 简称 EAFT) ， 该技术将低压电解除垢、电解、电吸附、高压静电水 处理技术进行了合理融合，是国内外上述单一技术 的技术融合和工艺系统化集成。

1 电解吸附融合技术原理介绍 电解吸附融合技术作为一种完全无药剂化的经 济环保水处理技术，主要是从处理循环水和循环水 排污水两个方面来确保火电厂循环水系统的稳定运 行。其中，处理循环水采用的是低压电解除垢和高 压静电水处理技术，并将上述两个单一技术各自进 行升级后，又进行了工艺融合，其除垢、防腐和杀菌 效果较单一技术均有了明显提高。处理循环水排污 水采用的是电解吸附技术，它既能起到缓蚀、杀菌作用，又能用于循环水排污水的脱盐处理。

1．1 低压电解除垢 低压电解除垢即通常所说的电化学除垢，主要 是利用电化学的氧化还原反应产生除垢及杀菌作 用，但它对暂时硬度较低有结垢倾向的循环水处理 效果不佳。 国内目前采用低压电解除垢技术处理火电厂循 环水的案例也有一些，但实际运行中的处理效果均 不理想，均未完全停止化学加药，这主要是因为这些 低压电解除垢设备的电解效率较差，对循环水碱度 的去除率很低，仅 5%左右。实际运行过程中，低压 电解除垢设备能够去除的碱度的量远远小于循环水 补水中代入的碱度总量，循环水中的碱度、硬度会不 断富集浓缩，因此，循环水系统必须同时加入阻垢缓 蚀剂等化学药剂才能避免结垢。

1．2 高压静电水处理 高压静电水处理技术主要利用的是静电场效 应，即循环水流经由正负极构成的高压静电场时水 分子的偶极矩会增大，形成极性水分子，并与水中的 钙镁、碳酸根、硫酸根、Cl － 等正负离子相互吸引产生 水合作用，使其不能自由运动，从而阻止水垢的形 成，并减缓 Cl － 对阴极器壁的腐蚀。 高压静电水处理技术只阻垢不除垢，单独使用 时仅适用于水质特别好的循环水系统，若循环水的 碱度、硬度较高，则单独的高压静电水处理技术不能 稳定循环水水质。

1．3 电解吸附 电解吸附不同于一般的电吸附，它是将电解和 电吸附进行了技术融合，并通过优化电极和控制合 适的工作电压、电流使其阳极具有电解能力，阴极具 有吸附能力。工作状态下，循环水排污水流经电解 吸附装置时，氯离子在阳极附近被大量电解生成次 氯酸和游离氯等起防腐和杀菌作用，同时钙、镁等阳 离子逐渐聚集、吸附于阴极板上，起除垢和脱盐作 用。当电极吸附饱和时，将直流电源切断，施加反向 电压并持续一段时间使正负极再生，脱附水中钙镁 离子含量较高，可作为脱硫系统补水。 电解吸附融合技术是根据以上 3 种技术的自身 特点进行了升级改造、技术融合、工艺组合，从而形 成一种阻垢、防腐及杀菌效果全面提升的无药剂化 循环水水质稳定处理技术。 2 电解吸附融合技术处理流程及特点 2．1 处理流程介绍 采用电解吸附融合技术处理循环水时，一般分 为旁路处理和浸没式处理两种，具体的处理流程如 图 1 所示。冷却塔内的循环水首先经低压电解除垢 装置进行降碱度处理，出水经过滤后大部分直接回 至冷却塔，剩余的少量循环水排污水送至电解吸附 装置进行电解及脱盐处理，同时高压静电水处理装 置对循环水进行全流量的阻垢缓蚀处理，3 种技术 相互补充和促进，保证循环水系统的安全稳定运行。

2．2 处理循环水的特点 电解吸附融合技术中低压电解除垢装置的工作 原理和国内同类设备相似，但对碱度的去除率可达 到 90%以上，比国内外同类设备的去除效率高出 10 ～20 倍，这一方面是因为低压电解除垢装置的电极 经过升级改造，本身的电解效率得到大幅提高，另一 方面是高压静电水处理技术的高阻垢率为其提供了 一个碱度较高的循环水水质，促进了低压电解除垢 装置上碳酸盐垢的形成。 电解吸附融合技术中的高压静电水处理装置之 所以具有高阻垢率，最高可维持循环水碱度在 14 mmol/L 左右不结垢，是因为其工作电压高达 26 000 V，比一般高压静电水处理装置的工作电压 高出 8 000 V，对水分子的偶极作用更明显。

当暂时硬度形成的碳酸盐垢在阴极板上富集饱 和时( 通常为 8 ～ 12 h) ，切换正负极可使垢脱落，产 生的脱垢水经沉淀之后，上清液作为脱硫系统补水 或经后续的电解吸附装置除盐后回至冷却塔。和传 统的低压电解除垢装置采用机械法脱垢相比，本技 术通过切换正负极使垢脱落的方法简化了电化学设 备结构，对电极涂层损害小，且能提高电解效率并实 现自动化控制［6］。

2．3 处理循环水排污水的特点 电解吸附可适应不同水量、水质要求的水处理系 统，尤其适用于离子浓度高、水量大的循环水系统。 它在处理循环水排污水时，一般对氯离子和其他盐类 的单级去除率均在 30% ～50%，此时产水中的杀菌剂 含量较高，回用至冷却塔可进一步增强杀菌效果，产 水中的钙镁等离子含量降低，起除垢和脱盐作用。 电解吸附弥补了一般电吸附处理水量有限、对来 水流速要求高的不足，单级脱盐率比国内一般电吸附 高出 2～3 倍，为循环水排污水的脱盐处理提供了新 的方法和思路。相比传统的膜脱盐技术，电解吸附在 处理循环水排污水时对进水的硬度、COD 等含量几 乎没有限制，不需要复杂的预处理工艺即可实现较高 的脱盐率。因此，采用电解吸附技术单独处理循环水 排污水时，可完全避免循环水排污水因含有大量阻垢 缓蚀剂而难以进行两级软化的技术难点，且投资及运 行费用低于膜法脱盐，设备维护简单。

3 电解吸附融合技术处理循环水的中试试验 某电厂 2×350 MW 亚临界燃煤凝汽式汽轮发电 机组的凝汽器管材为 TP316L，每台机组配 1 座逆流 式的自然通风冷却塔，补水水源为城市中水。电厂 循环水系统一直采用投加阻垢缓蚀剂、杀菌剂的方 式控制其浓缩倍率在 4 倍左右，具体循环水水质如 表 1 所示。 由表 1 可见，循环水系统浓缩倍率控制在 4 倍 时，循环水中 Cl － 质量浓度最高不超过 500 mg /L，由 此说明限制循环水系统浓缩倍率的不是腐蚀而是结 垢问题。在此背景下，该电厂 2×350 MW 机组进行 了电解吸附融合技术处理循环水的中试试验。 3．1 中试装置流程图 中试采用旁路处理方式，低压电解除垢、高压静 电水处理、电解吸附装置的处理量分别为 20、2、2 t /h，具体的中试装置流程如图 2 所示。电解吸附设 备出水 pH 值较高，后接二级低压电解除垢装置主 要起降低 pH 值作用。

3．2 中试结果及讨论 现场采用手动间断的运行方式，连续运行 10 d， 每天同时取循环水、低压电解除垢出水、电解吸附出 水( 经二级低压电解除垢装置处理过的水样) 各 1 次水质分析，以考察电解吸附融合技术的除垢、脱盐 及氯离子去除情况。 中试过程中，各试验水样的 pH 值、总碱度、钙 硬度、电导率、Cl － 的变化情况分别如图 3—图 7 所示 ( 1 为原水、2 为低压电解除垢出水、3 为电解吸附出 水、4 为低压电解除垢出水、5 为电解吸附出水) 。

根据水质分析结果可知: ( 1) 循环水经低压电解除垢装置处理后，出水 pH 值降低率平均为 29．10%，总碱度去除率平均为 91．89%，钙硬度去除率平均为 18．57%，去除效果远 高于国内外同类型除垢设备( 对碱度、钙硬度的去 除率通常在 3% ～8%、1．5% ～ 3%) ，完全可代替循环 水的加阻垢剂及加酸处理。 ( 2) 低压电解除垢出水经电解吸附装置处理 后，钙硬度去除率平均为 32．44%，Cl － 去除率平均为 32．57%，电导率降低率平均为 31．48%，单级脱盐率 明显高于一般的电吸附脱盐设备( 通常单级脱盐率 不超过 20%) ，可代替循环水加杀菌剂及循环水排 污水膜脱盐处理。 ( 3) 高压静电水处理技术作为一种阻垢缓蚀的 辅助处理技术，为低压电解除垢装置的高除垢率提 供了保障。 ( 4) 电解吸附融合技术的直接运行成本主要是 电耗，其中处理循环水的电耗约 0．2( kW·h) /t，处 理循环水排污水的电耗约 2( kW·h) /t，远低于传 统的化学加药阻垢及膜法脱盐的运行成本。 ( 5) 针对该厂两台 350 MW 机组的凝汽器材质 和循环水水质，目前单独采用国内低压电解除垢技 术的设备投资约 3 000 万，而采用电解吸附融合技 术( 包括低压电解除垢、电解吸附、高压静电水处 理) 进行处理的投资费用约 3 200 万元。因此与国 内同类产品相比，电解吸附融合技术的设备投资也 具有一定优势。

4 结语 本文提出的电解吸附融合技术应用于循环水系 统时，工艺可靠、运行稳定、设备组装灵活、处理效果 明显、运行及投资费用较低。 该技术突破了传统的“化学阻垢法+循环水排 污水膜法脱盐”的局限性，互补了低压电解除垢、高 压静电水处理、电解吸附三项单一技术的独特优势， 可实现循环水及循环水排污水完全无药剂化处理， 大幅降低循环水排污水的回用难度，提高循环水回 用处理的经济性，为火电厂循环水处理及回用提供 了一条新的工艺技术路线。