潘晓文 魏海春 黄晓明 杨继光 李长华

1．国能九江发电有限公司

2．上海电力大学自动化工程学院

3．国能江西电力有限公司

0 前言

国能九江发电有限公司在役机组包括三期#5、#6 机组（2×350 MW），四期#7 机组（1×660 MW），全厂总装机容量为1 360 MW。#7机组冷却水塔冷却循环水中加入的化学除垢剂和杀菌剂的种类有所限制，原采用含磷的除垢剂现必须改成无磷的除垢剂，满足排水总磷合格。但改用无磷的化学剂后除垢效果大大降低，用循环水作为冷却水的闭式冷却水系统中的各个冷却器如凝汽器、小机凝汽器、大机润滑油冷却器和定子水冷却器等，其冷却器存在结垢的问题，冷却器维护工作量大，运维成本高，有些结垢严重的部分必须3个月左右清垢一次，大大增加了维护成本，影响系统运行安全的稳定性。针对国能九江发电有限公司#7机组冷却水塔循环水主要冷却凝汽器及汽机辅机等主要设备安装智能电磁阻垢抑菌系统的效果进行研究，提出切实、可行、经济合理、可实施性强的技术方案和评估方法，该技术方案和多种评估方法对现有系统有明显的降低结垢速率，多种评估方法对产生的效果进行评价和相关参数调整优化，达到设备的安全稳定运行。

1 智能电磁阻垢抑菌系统

水垢主要成分有CaCO3、Mg（OH）2、MgCO3、CaSO4、MgSO4、CaCI2、MgCI2等。水垢是硬水煮沸后所含矿质附着在容器内逐渐形成的白色块状或粉末状的物质[2]。通过实验测量当过高时，将通过下列反应生成定型和无定型晶体，并生成水垢：

传统的去垢方法一般包括物理去垢和化学去垢。化学去垢就是往循环水里面投放化学药品，通过发生化学反应而达到去垢的目的。这也是目前最常用的一种方法。物理去垢目前主要有超声波去垢、静电去垢等方法。但是这些方法都存在明显不足：超声波去垢[3]，会带来一定的噪声影响；静电去垢，会消耗大量的电能，增加电厂成本。

智能电磁抑菌阻垢系统（IEDS）的工作原理是通过发射适当频率的低频电磁波激发水分子产生共振，增加水的内部能量，在冷却水系统中形成无附着性的高能态的碳酸钙及磁铁层，解决积垢和腐蚀问题。同时细菌和藻类长时间累积会产生大量的软垢，而且软垢阻碍热交换效果相对硬垢更加明显。而该系统产生的独特的离子电流脉冲在水中可达到对微生物显著的杀菌效果，控制细菌和藻类生长。智能电磁抑菌阻垢系统最大特点是在大口径循环水管道应用上有突破。除垢的机理也有很大突破，该设备能使附着在凝汽器换热管内壁的垢发生共振，使各种垢的晶体连接键发生断裂而使垢变得疏松进而脱落。

通过文献和实验可知，除垢和杀菌的波形和脉冲频率是完全不同的，所以在此系统中采用的是扫频的方式并寻找合适的波形和频率（200 Hz～200 KHz）从而达到兼顾除垢和杀菌的目的。以往电磁阻垢抑菌的发射功率受电子元件及线圈电感的限制无法提高，如今通过选用高频的大功率器件和线圈材料的特制缠绕方法使输出功率和效率大大提高，系统只需少量的电量，无需专人看管，容易维护。带有持续监控系统的IEDS 系统可以有效满足绝大多数的环境安全标准。生态环境部规定的电磁辐射限值最小频率为10 万Hz，而IEDS 的频率远低于限值。安装时在发射电磁波的线圈外层包有屏蔽层以阻断电磁波对外干扰。因此，智能电磁阻垢抑菌系统比其他物理阻垢技术有着一定的优越性。在物理阻垢技术中，有很多运行参数影响评估效果，必须要用有效的评估方法来优化系统参数。

2 新型效果评估方法

在以前的观察中，通过凝汽器端差和真空度或者直接打开设备来判断结垢程度的好坏。但是前两种方法受环境温度、机组负荷、化学药水时间和数量、循环水泵开的台数以及胶球的投放次数等的影响较大[1]。特别是对于真空度的考核，其值受真空泵的运行影响较大，所以由真空度作为考核结垢程度的标准难度很大。通过近几年数据的观察可知，如果把这两个考核指标，特别是以瞬间测量值作为考核无意义。第三种方法会花费大量的人力物力，影响机组及循环水系统的正常运行，而且安全性差。基于以上分析，通过长时间的连续观察，我们提出以下三种方法来评估除垢效果，并采用大数据的分析方法，尽可能将评估条件控制在相同的条件下，能够较真实地反映出安装智能阻垢系统的阻垢效果。经长时间观察数据和打开换热器直观比较认为该三种评估方法是可行的。以下是评估的三种具体方法分析。

2.1 换热器循环水调门开度

因为机组对多个换热器如润滑油循环水及定冷水循环水都没有设置流量监控点，所以从各循环水调门开度和大量数据对比和分析，致力于筛选出同等负荷以及同等大气温度条件下、连续时间段的调门开度数据，取平均处理后发现调门开度明显变小。从这一现象，直接说明减少了循环水用量，热交换效果得到了大幅提升，从而推论系统内结垢状况的明显改善。在这里选取润滑油循环水调门开度为例，具体数据见表1、图1。

图1 润滑油阀门开度

通过以上数据可以看出，负荷与气温相近的情况下，2020年阀门开满的情况明显减少，较2019年阀门平均开度小了6%。

另外从定冷水循环水阀门开度的数据分析中也得到验证。

2.2 大数据下的小机凝汽器端差分析

在循环冷却水系统中[4]，端差是指换热器的冷水出口处与热水出口处的温度差。机组端差分为小机凝汽器端差和大机凝汽器端差。在同等机组负荷、循环水进口温度条件下，对比大、小机凝汽器端差大量数据，发现小机端差明显下降，由于本机组大机端差情况较好，改善有限，所以选取小机凝汽器端差进行分析。在上述中，可以知道端差瞬时值是没有意义的，但是通过近几年数据的观察分析，我们可以得到表2、图2。通过大数据分析得出的以下数据，可以清晰地推断出在使用智能电磁阻垢抑菌系统之后，结垢情况有了明显的改善。

表2 小机凝汽器端差

如以上数据所示，工况近似的情况下，小机端差变小2．4 ℃左右，胶球一直按计划投入情况下，热交换效率明显提升，且阻垢药水换成无磷药水1年后，情况仍旧改善。

2.3 换热器清理周期

长时间使用循环水会导致换热器结垢，一段时间后将无法通过换热器保证被控制量的稳定运行，如润滑油的油温，特别在夏天，当无法恒温时必须进行换热器除垢清理，否则影响机组安全运行。所以多长时间清理一次换热器直接反映出换热器的结垢情况。在电厂中，循环水管道分为A、B 侧。通过切换，一侧清洗的时候，另一侧可以正常工作。在安装电磁阻垢抑菌系统之前，三个月清洗一次的水垢程度如图3 左所示，在使用电磁抑菌阻垢系统之后，一年清洗一次的水垢程度如图3 右所示。清理换热器的周期明显加长，在使用该系统之后，结垢明显减少，而且颜色加深，说明其碳酸盐含量减少。用电磁抑菌阻垢系统降低了电厂成本的同时，也降低了清理换热器时给机组运行带来的安全风险。

图2 小机端差

3 结论

1）通过测量循环水中的铁离子，可以分析出，循环水系统中的铁离子较使用智能电磁抑菌阻垢系统之前明显减少，说明使用该系统后可以在管道内形成一层保护层，同时投放化学药水量的改变和减少，都可以延长管道的使用寿命。

2）从机组运行数据分析可以推论发现，结垢状况得到明显改善，换热效果显著提升，设备切换次数和检修时间大幅降低[5]。

3）通过原除垢化学药水从有磷逐步被无磷替代，工业废水的成分更加符合环保排放标准。

4）系统投运后，改善了机组结垢情况、提升了换热效率、减少了因结垢而检修的次数，适应了化学药水的成分的改变，以及日后杀菌剂的用量减少，有效提升了机组的运行经济效益和安全性、稳定性。

通过以上四点结论，可以很好地证明本文提出的三种评估方法是有效的。在常见几种物理除垢的方法中，采用大功率的智能电磁阻垢抑菌系统在660 MW 的机组循环水系统上应用有较好的效果。

图3 使用电磁阻垢抑菌系统前后水垢情况