前言：在電廠敞開式循環冷卻水系統中，冷卻水不斷循環和蒸發，水中鹽類及有機物質濃縮，如果采取的措施不當，系統易出現積垢、腐蝕及微生物滋生等問題，影響設備正常運行及安全生產。長久以來，電廠廣泛采用化學藥劑阻垢法，發揮了積極的作用，但同時存在化學藥劑排放對環境污染、運行費用高、不易管理等問題。隨著國家節水、環保要求越來越嚴格，傳統化學藥劑處理法存在的問題也越來越突出。為此，多年來水處理行業一直致力于探索綠色環保的方法，電化學阻垢是一種新的水處理技術，近年來獲得了國內廣泛關注。

1 國內外研究情況

電化學阻垢技術是20世紀70年代發展起來的新型水處理技術，目前較多運用于民用循環冷卻水系統的供水處理中，如中央空調系統冷媒水系統、民用建筑熱水系統等。隨著電力技術的迅速發展，為滿足環保、節水等現實要求，循環水電化學處理技術被日益重視，已成為世界范圍的研究與開發熱點。

李明建等人用快速阻垢測試方法和熱水系統小型模擬試驗法，表明電化學水處理器具有顯著的阻垢效果，能一定程度地降低水的硬度，其阻垢率與電壓、水質、溫度等因素有關。

孫津鴻采用電解法對模擬循環冷卻水進行處理，表明電化學可以在一定程度上降低水中的硬度。同時考察了不同電解條件對硬度去除效果和能耗的影響，在該試驗體系中，最佳電壓為10V，最佳溫度為30℃，陰極沉積速率為20g/（h·m2），能耗為17kW·h/kg。

徐浩等人通過電化學阻垢試驗研究，表明對于硬度大于300 mg/L（以CaCO3計）水樣，用7 V電壓進行阻垢處理，阻垢效果最好；對于硬度小于130 mg/L的水樣，改為5 V的低電壓進行除垢處理效果較好。

以色列理工學院拉賓海水淡化實驗室David Hasson等人[4]研究認為，在直流電場作用下，Ca2+和HCO3-從主體溶液到陰極區的傳質速率是影響電化學沉積速率的主要因素，影響電化學阻垢技術經濟性的主要參數是能源消耗。常規電化學阻垢處理工藝所能獲得的最大沉積率為100g/（h·m2），典型能耗為5 kW·h/kg（CaCO3）。

2 技術原理

電化學阻垢技術是指將兩塊金屬板插入水中分別作為陰極和陽極，在兩極板間施加一定的直流電壓，形成低壓電場，這時極板間的水溶液中的正、負離子向極性相反的極板遷移，發生電子得失。

陰極表面發生還原反應：

2H2O+2e→2OH-+H2↑ （式1）

由于陰極OH-的增多，在陰極附近形成了一個堿性區域，從而促進了CO32-的形成，反應如式2-2和2-3所示。

CO2+OH-→HCO3-?（式2）

HCO3-+OH-→CO32-+H?2O （式3）

另一方面，循環水中的成垢離子Ca2+、Mg2+會在電場的作用下被吸引到陰極附近，與CO32-、OH-生成沉淀析出，并沉積于電解槽的陰極表面，反應如式4、式5所示。

Ca2++CO32-→CaCO3↓ （式4）

Mg2++2OH-→Mg（OH）2↓ （式5）

由此可見，原水經過電化學處理后，水中部分Ca2+、Mg2+會形成沉淀析出，原水硬度和堿度在一定程度上有所降低，達到主動防垢的目的。

3 國內電廠應用實例

1、安徽某電廠一期2×630MW超臨界機組，于2008年8月和9月正式投產運行，冷卻水系統采用敞開式循環冷卻方式，循環冷卻水的補充水源為地表水，原水在沉淀池中經混凝、澄清處理后，補入冷卻塔塔池。凝汽器換熱管選用TP316不銹鋼，循環水系統原采用加硫酸、加阻垢緩蝕劑和殺菌滅藻劑聯合處理方式。2015年上半年，每臺機組安裝一套以色列某公司生產的電化學處理裝置（見圖1），單臺機組處理量500m3/h，分為5個模塊，每個模塊設計流量100m3/h，每個模塊運行電壓15V左右，運行電流450A左右。

圖1 安徽某電廠循環水系統的電化學水處理器

經過電化學裝置后，循環水的堿度、硬度去除率在3%～10%之間。據了解，該機組原循環水采用加硫酸和6mg/L阻垢劑進行處理，電化學處理裝置安裝并投運后，隨即停止加阻垢劑處理，但運行一段時間后，檢查發現凝汽器有較明顯的結垢。電廠不得不恢復加藥處理，只是阻垢劑加藥量降低為2mg/L，在此條件下，目前系統基本能維持穩定運行。

2、山西某電廠2×300MW空冷機組，其輔機工業水系統采用開式循環冷卻系統，系統水容積500m3，循環水量4800m3/h。電廠于2011年安裝了一套武漢某公司研制的EST-25-40K電化學阻垢裝置（如圖2），單臺設備處理流量設計10t/h，工作電流7～25mA，設計功率2500W。由于電化學阻垢技術在國內尚缺乏應用經驗，電廠為確保運行安全，在安裝電化學阻垢裝置后，還始終加入少量阻垢劑輔助處理。根據電廠運行數據顯示，該系統循環水的堿度、硬度均小于補給水，說明EST電化學阻垢裝置確實起到一定的除垢作用。但該電廠本著節水的原則，對水資源階梯使用，即用部分循環水沖鍋爐的灰渣，造成該系統的循環水濃縮倍率一直較低，基本不超過1.2倍，加上電廠仍輔助藥劑處理，因此電化學阻垢裝置實際運行效果尚難以評估。

圖2 山西某電廠輔機冷卻系統的電化學水處理器

3、浙江某電廠裝有6臺125MW機組，輔機冷卻水采用敞開式循環冷系統，冷卻水量1800 m3/h，水源為溪口水庫水。2014年安裝一套以色列C.Q.M.公司生產的SR-CT電化學處理裝置（圖3），單臺機組處理量100m3/h，運行電壓7～16V左右，運行電流300～450A左右。為了提高電極的除垢效率及降低能耗，系統設置有加鹽（NaCl）裝置。調研結果顯示，安裝電化學裝置后，該輔機循環水系統已停止化學加阻垢劑，系統未發現明顯結垢現象。需要指出的是，該輔機冷卻水系統補水電導率小于80μS/cm，硬度、堿度均小于0.5mmol/L，水質很好，且濃縮倍率一直控制較低，小于1.5倍，因此電化學裝置的實際阻垢效果實際并不好評價。

圖3 浙江臺州電廠輔機冷卻系統的電化學水處理器

4 結論及技術展望

從電化學阻垢處理技術在電廠應用上可以看出，單獨依靠電化學設備處理電廠循環冷卻水效果并不理想，但是電化學處理裝置確實可以減少化學藥劑的使用量，這是新技術發展應用必然經歷的一個階段，建議電廠采用電化學技術和化學藥劑相結合處理工藝。

隨著電化學技術的不斷發展，高效、穩定和經濟的電極材料的開發與應用，電化學設備結構的優化，電化學阻垢技術在大型循環水系統的獨立應用也將成為可能，因此電化學技術具有非常廣闊的應用前景。