電解海水制氯穩定運行方案研究

薛臘梅

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200）

河北某公司自備電站采用海水作為循環冷卻水源，為了抑制藻類及細菌微生物的大量繁殖對電站設備運行造成的影響，在海水取水泵房附近設置海水電解制氯設施，并在循環水進水口設加氯點，隨水流進入流道和設備，抑制細菌和藻類的生長繁殖[1]。建有2 套海水制氯裝置，利用有效氯的強氧化性破壞細菌、真菌、藻類細胞的細胞壁，從而防止污損生物附著。為了保障發電機組及海水淡化裝置的安全運行，電解制氯裝置全年投入運行。

1 電解海水制氯系統運行中存在的問題

1.1 有效氯產率難以達到發電機組的需求

根據《發電廠化學設計規范》（DL 5068—2014）要求，海水直流冷卻系統易連續投加氧化性殺菌劑，控制凝汽器冷卻水出口中余氯量為0.1—0.5mg/L。因此，發電機組凝汽器對海水冷卻水水質需求高且需連續投加氧化性殺菌劑。根據檢測發現，該公司自備電站凝汽器出口海水中余氯約為0.06mg/L，目前電解海水制氯的有效氯產率不能滿足發電機組凝汽器對冷卻水的要求。

1.2 冬季海水溫度低于規范限值

《電解海水次氯酸鈉發生裝置技術條件》（GB/T 22839—2010）要求電解槽進水水溫不能低于10℃[2]。但是每年的11 月至次年的4 月，曹妃甸海域水溫一般低于10℃，最低達到-2℃以下。

在海水溫度過低（低于10℃）時，陽極板會有吸氧反應產生，導致DSA 涂層加速脫落，產生電解槽槽壓升高、易結垢、產品水有效氯濃度降低等一系列問題[3]，嚴重影響電解海水制氯設備穩定運行（見圖1）。

圖1 陽極板結垢及DSA 涂層脫落

1.3 設備使用壽命已超過規定年限

一般情況下，電解槽陽極板的使用壽命為3—5 年，海水溫度過低（低于10℃）或海水中錳離子（Mn2+）含量超過10μg/L，都會影響電解槽的電流效率，加速陽極板DSA 涂層的脫落[3]。正常情況下，陽極板DSA 涂層減薄或脫落后，會導致電解槽槽壓升高、易結垢、產品水有效氯濃度降低。大連電廠冬季最低的海水溫度只有0℃左右，DSA 涂層脫落速度很快，陽極板一般運行2—3 年就需要更換。

按照《電解海水制氯系統操作運行維護手冊》要求，次氯酸鈉發生裝置需每5 年進行一次大修或設備更換；電解槽的陽極需5 年更換一次，以保證電解槽高效率、低電耗地穩定工作。該電解海水制氯系統于2008 年投產，考慮到費用因素，運行后只更換過部分陽極板（10 年內更換量占總量的一半），大部分陽極板已超過使用壽命5 年。

根據10 月12 日2#電解制氯系統電解槽酸洗后運行初以及11 月1 日酸洗前后測得的槽壓，得出以下結論：

（1）電解槽槽壓高且升高速度快

根據《電解海水制氯系統操作運行維護手冊》，整流器電流在1000A 時，對應電壓應為40V（見圖2）。而目前整流器輸出電壓達到50V 以上，個別電解槽槽壓超過上限值5.5V，而且酸洗后的槽壓最高達4.8V，也遠遠超過正常運行時2.86V 的水平。11 月1—3 日，僅2 天時間，整流器輸出電壓就由48.7V 升高至58V，槽壓升高速度快。

圖2 電解海水制氯整流器電流與電解槽槽壓的對應關系

兩套電解制氯系統運行期間，整流器電流在1000A 時，測得電站凝汽器出口海水冷卻水余氯低于0.1mg/L，標準規定余氯為0.1—0.5mg/L。

（2）酸洗周期短

10 月12 日酸洗后，2#電解制氯系統運行19 天，因電解槽極板結垢嚴重且槽壓高，于11 月1 日再次酸洗?！峨娊夂Ｋ坡认到y操作運行維護手冊》規定一般酸洗周期為30 天。但據實際情況，酸洗周期不超過20 天。

2 改善措施

2.1 在電解海水制氯達產前，外購氧化性殺菌劑

為保障發電機組滿足凝汽器冷卻水出口中余氯量為0.1—0.5mg/L 的要求，需根據電解海水產氯效率及時采購氧化性殺菌劑。由于前期沒有數據支撐，投加量需要通過實驗確定。

2.2 改造海水水源管道，提高海水進水溫度

低溫海水的黏滯性較強，電解反應不充分會使次氯酸鈉發生裝置的極板結垢，縮短陽極壽命。在電解過程中，陽極的析氯反應是一個吸熱反應，陽極的過電勢會隨著溫度的增加而降低，因此增加電解液的溫度有利于析氯反應的進行。原料水溫度上升會使陽極電流效率上升，但溫度上升后，氯氣在水中的溶解度會隨之下降，次氯酸鹽的分解速率也會隨著溫度的上升而提高，最終導致溶液中有效氯含量下降。

結合電解海水制氯裝置的有關技術要求及相關實驗研究，電解海水制氯系統的進水水溫控制在10℃—40℃為宜。

（1）引入發電機組凝汽器出水

該發電機組采用海水直流冷卻工藝，根據多年統計，海水直流冷卻退水水溫一般在10℃—40℃（見圖3），滿足電解制氯海水進水水溫要求，因此建議使用發電機組海水直流冷卻退水作為電解制氯水源。

圖3 原海水與冷卻水溫度變化趨勢

方案改造示意見圖4，在300WM 機組檢修期間，新敷設電解制氯海水水源管道（DN200）的水源取自熱電海水直流冷卻退水管道。

圖4 管道改造示意

（2）引入海水淡化濃鹽水退水

海水淡化濃鹽水退水水泵出口溫度全年在35℃左右，滿足電解制氯海水進水水溫要求，而且氯化鈉含量高，電解效率高[4]，因此可以使用海水淡化濃鹽水退水作為電解制氯水源。

（3）加一組換熱器

使用蒸汽與電解制氯海水進水換熱，提高電解海水制氯系統海水溫度至20℃—30℃。

三種方案優缺點對比見上表。綜合考慮，建議采取引入發電機組冷凝器出水的方案1。

方案對比

2.3 更換極板

《電解海水制氯系統操作運行維護手冊》要求次氯酸鈉發生裝置每5 年進行一次大修或設備更換；電解槽的陽極5 年更換一次，以保證電解槽高效率、低電耗地穩定工作。如果發現電解槽結垢速率明顯增加或發生大面積結垢，說明電解槽的槽壓已經超標，電解槽極板存在問題，需要檢修處理或更換陽極板。

3 改造期間保障措施

在實施電解海水制氯改造期間，采購次氯酸鈉，保證有效氯的連續及沖擊投加。加強對海水水質的跟蹤分析，化驗室每天化驗海水余氯、濁度，專業人員對結果進行趨勢分析。

當海水溫度低于10℃時，降低負荷運行，運行電流控制在2000A 以下，當海水溫度低于5℃時，停止使用電解制氯系統，以延長陽極的使用壽命。

根據實際情況做好設備維護,及時酸洗電解槽[5]。為了有效進行酸洗，鹽酸濃度最好控制在8%—10%[3]，酸洗后要及時對電解槽組進行沖洗。正常情況下，酸洗的周期為1 個月左右。