马世松

（河北国华沧东发电有限责任公司，河北 沧州 061113）

0 概 述

河北国华沧东发电厂以600MW等级汽轮机的抽汽作为汽源，采用低温多效蒸馏海水淡化技术制造淡水，一期工程与发电机组配套建有2台万吨级海水淡化装置。设计要求海水淡化装置入口处海水的总悬浮物（TSS）含量应小于300mg／L，但该装置入口处海水的泥沙和悬浮物含量较高，且含量的变化较大。在历史监测数据中显示，该处海水的TSS含量一般在100～500mg／L。因此，为保证入口处海水的水质符合海淡设备的运行要求，在一期工程中，增加了2台海水淡化装置的预处理设备。选用两列高效沉淀池，采用混凝澄清工艺对原海水进行预处理，共包括混凝、絮凝和沉降等三个过程［1］，处理海水的工艺流程，如图1所示。预处理设备加入的主要药品为混凝剂，其次是絮凝剂，混凝剂设计选用浓度为41%的FeCl3溶液，加药量通常控制在80mg／L，年用量约646t；絮凝剂设计选用聚丙烯酰胺，年用量约4t。

图1 海水淡化预处理设备工艺流程图

每年冬季检查海水淡化装置时，就会发现在蒸发器换热管表面、冷凝器和板式换热器的换热管内部含有大量红褐色污垢，如图2所示。这些污垢堵塞换热管后，使海水淡化装置进效海水的流量降低，并影响换热器的换热作用，从而导致海水淡化设备的制水效率大幅下降。在某年冬季，海水淡化装置的造水比由设计值8.33剧降至4.5左右，为此，被迫停运海水淡化装置进行污垢清理。

图2 蒸发器换热管表面的污垢

1 海水淡化设备被污堵的原因

该电厂附近海域的海水温度每年约有3个半月在5℃以下（冬季时海水的最低温度达－1.5℃）。

海水温度的变化将对海水预处理的效果产生影响。利用混凝和絮凝的工艺方法，分别向高效沉淀池和絮凝池加入混凝剂三氯化铁和絮凝剂聚丙烯酰胺，与天然海水中的碱度发生反应形成氢氧化铁胶铁，形成的絮凝物密度大且沉降性能好，对高浊水、低浊水的混凝效果比用铝盐更好，在5℃以下FeCl3的活性极差，遇到后续反应过程的温升将激发活性，并在下级海水淡化装置中温度较高部位（如蒸发器和板式换热器中）形成胶体，形成氧化铁类［Fe2O3·nH2O］的红褐色污垢并堵塞换热管，如图3所示。

图3 冷凝器换热管内部被污垢堵塞的状况

这些化学反应为：

（1）水解反应：一般无机盐的水解反应为吸热反应，当水温低于5℃时，水解速度极慢，形成的矾花细小、松散。

（2）混凝及絮凝反应：混凝反应的速度取决于反应颗粒的碰撞几率，在低温条件下颗粒的布朗运动减慢，动能降低，水的黏度增大，这些都不利于颗粒的碰撞和絮凝体的长大，形成的絮凝物结构疏松，含水量多，颗粒细小［2］。

（3）沉降过程：在低温条件下，混凝反应生成的絮体颗粒细小，加之水的黏度增大，因此造成絮凝体沉降速度相对下降，出水水质差。

通过分析，海水淡化换热设备产生污堵主要是因预处理的加药所致，因此，需对预处理加药工艺进行改进。

2 海水淡化预处理停止加药试验

当原海水的温度低于5℃时，停止向海水预处理沉淀池和絮凝池加入混凝剂和絮凝剂，仅靠重力沉降作用对原海水进行处理。在试验过程中，为保证预处理出水水质满足海淡设备的进水要求，以预处理出水总悬浮物含量在300mg／L内，作为满足试验要求的最终判断标准，以预处理出水浊度在300NTU内，作为试验要求的辅助判断标准。停止加药试验的流程，如图4所示。停止加药后的监测数据显示，如图5所示。尽管海水淡化预处理的出水水质有所波动，但出水的TSS均小于160mg／L（重量法人工测定）、出水的浊度均小于140NTU（在线监测值），说明了在停止对海水加药期间，依靠预处理的物理沉降后的出水水质能满足下级海水淡化装置的进水要求。通过对系统内部的检查发现，海水淡化预处理停止加药后，蒸发器换热管表面及其它换热器的换热管表面均清洁和光亮，如图6、图7所示。因此，尽管在海水预处理过程中，包括了混凝、絮凝和沉降等三个过程，但通过停止加药的试验发现，海水淡化的预处理加药工艺有改进和优化空间。在冬季停止加药试验成功的基础上，将预处理停止加药的试验周期扩展至全年。在后期的试验结果表明，全年停止加药在海水淡化的预处理也是可行的，停止加药的试验成功后，同时也产生了很大的经济效益和社会效益。（1）全年节约药品费用约80万元，其中削减三氯化铁用量646t，每年节约77.52万元，削减聚丙烯酰胺用量4t，每年节约2.64万元；（2）减少了换热器的污堵，使海水淡化系统的制水效率明显提高，冬季可平均提高1个造水比，降低制水成本0.3元／吨水；（3）每年减少检修费用（包括设备定期清理及因清理所发生的备件更换费用）13万元，减轻了检修和维护工作量；（4）为二期工程的万吨级海水淡化预处理系统设计提供了理论和试验依据［3］。

图4 海水淡化预处理停止加药试验框图

图5 海水淡化预处理停止加药后出水水质曲线图

图6 停止加药后蒸发器换热管的表面较为清洁

图7 停止加药后冷凝器换热管内部较为清洁

3 结 语

在低温多效蒸馏海水淡化系统的传统设计中，为保证海水淡化装置进水水质，常采用混凝澄清工艺的预处理设备，但在实际运行中发现，混凝澄清工艺中加入的混凝剂和絮凝剂会使下级海水淡化换热设备产生污堵，尤其在海水温度较低的季节，更易产生污堵现象。污堵产生的主要原因是海水淡化换热设备中局部区域的温度较高，混凝药品在该处易发生反应而生成沉淀物。针对产生污堵原因，对混凝澄清工艺进行试验并加以改进，试验结果证明，停止加入混凝药品后，仅依靠预处理的物理沉降过程，也可保证其出水水质满足设计要求。因此，在二期设计容量为1.25万t／d国产低温多效蒸馏海水淡化系统中，并未设置海水预处理设备，只是简单设置一座缓冲水池，兼用作海水提升泵蓄水池，系统投产至今，运行情况良好，没有再次发生换热管的污堵现象。通过改进预处理工艺，不但节省了药品费用，也防止了结垢现象的发生。