龙宏斌

（广东红海湾发电有限公司，广东 汕尾 516623）

0 概 述

广东红海湾发电有限公司一期工程的1号、2号机组为国产600MW超临界压力燃煤机组，循环冷却水取自海水，采用单元制供水系统，其流程为：码头港池 →取水口 →引水明渠 →循环水泵 →循环水进水管 →凝汽器 →排水管 →虹吸井 →排水管 →排水口。投运后，机组循环水的排放有时会夹带大量泡沫，严重时，泡沫将聚集在排放口的数公里范围内，积聚时间较长，且不容易消散，对电厂附近的海域环境造成了不良影响。

1 循环水泡沫的成分及规律

为了解循环水泡沫的起因，找出解决的方案，对泡沫的组成进行了取样分析，并对泡沫的排放情况进行了近1年的观察和记录。

对泡沫成分的分析结果，如表1所示。泡沫的主要成份是浮游生物有机质、悬浮物和藻类植物的残骸。

循环水泡沫的形成也有一定规律，在循环水加入杀生剂后的2～3天内，会产生较多泡沫；在低潮位时，产生的泡沫量较大；当气温和水温较高时泡沫量大；台风来临前，形成的泡沫较多。

表1 泡沫成份分析结果

2 循环水泡沫的起因分析

产生循环水泡沫须有三个必要条件：（1）海水中含有表面活性剂或大量的微生物、蛋白质等能增加表面张力的物质；（2）海水中掺入了大量气体；（3）剧烈的搅拌。

根据对循环水泡沫的成分分析可知，产生泡沫的海水中含有大量的微生物及贝类、藻类等死亡后腐烂分解出的蛋白质。在循环水中加入杀生剂后，由于杀生剂CT1300中的主要成分是聚胺盐，具有一定的表面活性作用，且海水中的贝类、藻类、微生物等被杀生剂杀灭，腐烂后也会分解成蛋白质，因此，在循环水加入杀生剂后，在短期内有较多泡沫产生。同样在夏天海水水温高时，生物的新陈代谢旺盛，也会大量繁殖并在死亡后分解出蛋白质；台风来临，取水明渠内积聚的悬浮物、浮游生物及鱼类等，也使海水的有机质增多。这几种情况均使循环水排水中有机物含量增加，从而造成了泡沫的增多。

虹吸井溢流堰的主要作用是稳定地维持凝汽器出水管的水封，避免大气进入凝汽器出水管而破坏虹吸作用，因此，虹吸井溢流堰顶应满足一定的高度要求。循环冷却水经虹吸井溢流堰自由跌落，跌落过程中吸附大量空气与下游水体发生猛烈碰撞，掺气水体剧烈波动继而破碎翻腾形成大量气泡［1］，落差越高则掺气、搅拌现象就越剧烈，生成泡沫则越多。这些气泡由于表面吸附了表面活性剂或微生物、蛋白质等物质增大了表面张力，形成稳定难以扩散及破灭的泡沫［2－3］。对虹吸井排气孔处的观察，证实了正是从溢流堰流出后才产生了大量泡沫。

广东红海湾发电有限公司1号、2号机分别配备2台循环水泵和1根DN3200的循环水压力进水管，循环冷却水通过循环水泵从取水明渠抽水，经进水管道将循环冷却水送入蒸汽轮机凝汽器，循环冷却水吸收凝汽器内水蒸气热量使蒸汽冷却成水，吸热后的循环冷却水通过2根外径2 240mm的排水管排入虹吸井，虹吸井的结构布置，如图1所示。排水经溢流堰溢流后，通过尺寸为3 200mm×3 200 mm的钢筋混凝土排水暗沟排入红海湾海域。

图1 虹吸井结构图

该虹吸井溢流堰顶的高度为2.858m。根据红海湾遮浪海洋站观测数据，历史最高潮位为2.50 m、历史最低潮位为－0.97m。循环冷却水排水与下游水体在涨潮和落潮时落差分别为0.358m和3.828m，因此，在涨潮时泡沫较少，落潮时泡沫量就会大大增加。

3 减少循环水泡沫的可行性分析

要避免循环水泡沫的产生，需要从产生泡沫的三个必要条件着手。

（1）降低海水的表面张力

海水中的贝类、藻类、微生物等始终存在，即使被杀灭，其分解后也依然存在于海水中，加入消泡剂降低泡沫的表面张力是消除泡沫的有效办法，但存在运行成本高昂、会对海域环境产生二次污染的问题［4，5］。

（2）避免海水中掺气及剧烈搅拌

同样水质的海水产生泡沫的多少，将取决于搅拌的强度及掺气量的多少。电厂循环水的搅拌及掺气是经虹吸井溢流堰下落时同时发生的，落差越高则掺气、搅拌越剧烈，因此可以从这两个方面考虑，采用优化虹吸井结构或其他方式减少海水掺气及减轻海水的搅拌［6］。

4 虹吸井消泡优化方案

4.1 斜板堆

增加斜板堆的方案，如图2所示。将长度与虹吸井宽度相等的板料如同百叶窗一样顺着溢流堰堰体倾斜角度，将其平行排列后固定在虹吸井的两侧壁上，斜板底部标高应在最低潮位水位以下（但要保证斜板以下部分的通流面积），斜板顶则逐级升高。运行时，水流越过溢流堰后，在逐级升高的斜板顶的阻拦下形成具有一定厚度且水面相对稳定的水流层。当海水通过水流层底部时，被多层斜板分隔形成多个狭窄流道平稳地下泻至排水渠，只有在水流层的末端（即排水下泻的最后1个流道），因排水不能充满流道，在该处会掺入空气产生少量的泡沫。两层斜板之间的间距越小则产生的泡沫越少。

斜板堆结合了导流箱涵和正反斜板堆的优点，能有效减少泡沫的产生，并且这样的结构相对简单，但需在机组停运时进行维修和清理。

图2 正向斜板堆方案示意图

4.2 拦泡墙加消泡喷淋管

拦泡墙加消泡喷淋管的消泡方案，如图3所示。在虹吸井的出口处设置挡墙，同时在挡墙顶部设置1根或数根平行于挡墙的喷淋水管。漂浮在水面的泡沫被挡泡墙拦截，水流则从挡泡墙下方流出排入大海。被拦截的泡沫聚集在拦泡墙前，从消泡喷淋管喷洒出细小、密集的水滴淋在泡沫上迅速使泡沫溃灭［5］，避免泡沫大量聚集从排气孔溢出。

此方案是在挡泡墙方案的基础上发展改进而来，解决了被挡泡墙拦截的泡沫需较长时间才能溃灭、泡沫容易大量聚集溢出的问题。

4.3 缓坡溢流堰

缓坡溢流堰的方案，如图4所示。将溢流堰下水一侧用混凝土填充改造成平缓的坡度（坡度应尽量平缓）。海水越过溢流堰后，顺着缓坡流入排水方涵。由于坡度平缓，且水流方向与排水方涵内的海水流动方向大致相同，水流的冲击与掺气将大为减轻，能有效减少泡沫的产生。

此方案可减少泡沫的产生和聚集，如能配合挡泡墙、喷淋管等措施则效果会更好。泡沫较少时，可关闭喷淋水让泡沫自行溃灭。

图3 挡泡墙加消泡喷淋管方案示意图

图4 缓坡溢流堰方案示意图

4.4 柔性膜覆盖层

柔性膜具有抗水汽渗透的能力。柔性膜的密度小，耐腐蚀性强，这种有机高分子PE复合材料通常用于制作除盐水箱的柔性浮顶，浮顶漂浮在水面能有效隔绝空气。

柔性膜覆盖层方案是用一块宽度与虹吸井宽度相等的柔性膜漂浮覆盖在溢流堰前直至溢流堰后10m以上的水流表面，通过隔绝水流与空气的接触避免掺气来防止泡沫的产生［6］。柔性膜的前端用耐海水腐蚀的1mm不锈钢薄板卡边，由一端固定在虹吸井项部的数条缆绳将柔性膜的前端拉住，使柔性膜既能随水位自由浮动又不会被水流冲走。柔性膜的前端由于薄不锈钢板卡边增加了重量沉在水面下少许（可调整缆绳的固定位置改变下沉深度），确保从膜下面流过的水流不会掺气，少量的海水可能越过前端从膜表面流过，但并不足以产生泡沫。

这些消泡方案的优缺点，如表2所示。

表2 各种消泡方案优缺点对比

5 结 语

这几种解决方案均能有效解决或减少循环水排水口处产生泡沫污染的问题，采用斜板堆方案的设计结构较复杂、实施工程量大、维护清理困难，不推荐采用；拦泡墙加消泡喷淋管的消泡方案同样较复杂，而且消泡效果易受潮位的变化影响，也不推荐采用；缓坡溢流堰方案实施工程量较小且免维护，具有较好的应用价值，但有时会有少量泡沫产生；用柔性膜覆盖的实施方案较简单，工程费用低，具有较好的应用价值，但需在每次机组检修时进行检查维护，及时更换损坏的系泊缆绳或柔性膜。