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大唐黄岛发电公司三期电解制氯系统电解槽出力不足浅析及处理方案


大唐黄岛发电公司海水电解制氯系统电解槽出力不足 浅析及处理方案
席斌斌
大唐山东电力检修运营有限公司,青岛,266500

摘要: 大唐黄岛发电公司 2×660MW 火力发电机组海水电解制氯设备在运行过程中, 频繁出 现电解槽海水流量不足、槽压高、电流低、极板短路等故障,导致电解制氯系统出力不足。 分析其故障产生原因并研究其解决方案, 无论

是从汽轮发电机组的出力及安全运行方面来说, 还是从减少检修维护费用方面考虑, 都具有现实的积极意义, 同时对国内采用相似技术的沿 海电厂的电解制氯设备运行与维护起到借鉴作用。 关键词: 海水制氯 电解槽 故障 维护
Abstract: Datang Huangdao power company 2 * 660MW thermal power generating units using seawater as the condenser cooling water, to inhibit microbial growth and organic matter in sea water in the condenser titanium pipe in the form of dirt, reduce the heat exchange efficiency, processing method of cooling water with sodium hypochlorite. Direct seawater electrolysis preparation technology of sodium hypochlorite with the company, and in a certain dose delivery to the cooling water. Seawater electrolysis equipment in the process of operation, frequent problems, electrolytic seawater flow tank pressure high, low current, plate burning, rectifying cabinet trip fault, resulting in insufficient output electrochlorination systems. Analysis of causes and the solutions of its fault, both the output and the safe operation of the turbine generator, or from the aspects of reducing maintenance cost, have a real positive, while using similar technology to the domestic coastal power plant operation electrochlorination equipment and maintenance play a reference role. Keywords:maintenance of sea water chlorination electrolyzer fault

一、系统设备概述 大唐黄岛发电公司 2×660MW 火力发电机组采用海水作为凝汽器冷却水,为抑制海水中 微生物和有机物在凝汽器钛管中生长形成泥垢, 降低热交换效率, 采用冷却水中加次氯酸钠 的处理方法。 该公司采用直接海水电解制氯技术制备次氯酸钠, 并以一定的剂量投放到冷却 水中,设有 3×75kg/h 海水电解次氯酸钠发生装置,加药采用冲击加氯方式,并设 3×50 立方米次氯酸钠储存罐; 一套公用酸洗系统和三个次氯酸钠储存罐, 加氯点位置取在循环水 泵房滤网间进口管。投产时间为 2006 年,生产厂家为青岛双瑞防腐防污工程有限公司,该 电解海水制氯装置由海水供应系统、过滤系统、次氯酸钠发生系统(即电解槽)次氯酸钠贮 存和排氢系统、投药系统、酸洗系统等工艺部分和与之相配套的电气及自控系统组成。 海水供应系统由管道、阀门、海水升压泵等组成; 过滤系统由自动冲洗过滤器、阀门等组成; 次氯酸钠发生系统由电解槽、中间除氢器、整流装置及控制仪表等组成。

次氯酸钠贮存和排氢系统由贮存罐、排氢风机、风管及风帽、液位指示仪表等组成; 加药系统由连续加药泵、管道、阀门及流量监测仪等组成。 酸洗系统由浓酸箱、浓酸泵、酸洗箱、酸洗泵、酸雾吸收器、酸洗和回酸管道、配酸水 射器及液位指示仪表等组成。 电气和控制系统由整流电源、整流变压器、运行控制柜、系统控制柜及上位机组成。 电解所需直流电流由变压器/整流器组提供, 每台次氯酸钠发生器配一台变压器/整流器 组,将 6.6KV 交流电转变成直流电,并控制输出在规定值。 其中次氯酸钠发生器(电解槽)为电解制氯装置的核心部分,现将列其设备参数如下: 序号 主要设备规范及特性 #1、2、3 电解槽 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 有效氯产量 型号 有效氯浓度 直流电耗 阳极材质 阳极寿命 阳极寿命强化试验失效时间 阴极材质 电解温度 设计温度 工作电压 工作电流 电流效率 电极清洗液 二、电解海水制氯系统的原理及工艺 1、电解海水制氯的原理 将流量恒定的海水注入隔膜板式电极结构的槽体中,槽内通以直流电。由于海水中的 NaCl 是以离子状态存在,在电厂的作用下,阳极表面产生 Cl2?,阴极表面产生 H2,Cl2 和 NaOH 在溶液中发生次级化学反应生成 NaClO,反应方程式如下: 电离反应: NaCl====Na? +Cl? H2O====H? +OH? 电化反应: 阳极 2Cl? -2e???Cl2? 阴极 2H? +2e???H2? 溶液中化学反应: Na? +OH? ???NaOH 2NaOH+Cl2???NaClO+NaCl+H2O ≥75kg/h.台 SC400 ≥2.30g/L ≤3.92kw/kg.cl2 DSA 阳极(美国进口) 5年 100 小时 哈氏合金(进口) 5-40 摄氏度 5-40 摄氏度 0-55V 0-7200A ≥86.0% 8%-10%HCL 设备名称 备注

总反应: NaCl+H2O 电解 NaClO+H2? 在电解槽中发生的电化学反应和化学反应的产物基本上是次氯酸钠溶液和氢气。 2、电解海水制氯的工艺 由电厂循环水泵出口来的海水经过前预过滤器后由海水升压泵提升进入自动冲洗过滤 器, 经滤网过滤后注入次氯酸钠发生器电解槽进行电解, 生成的次氯酸纳溶液进入次氯酸钠 贮存罐。 当次氯酸钠贮存罐内液位达到一定高度时, 次氯酸钠溶液通过连续加药泵投加到循 环水取水头部 。其流程图如下:

三、运行异常现象 三期海水电解制氯系统在运行过程中频繁出现电解槽海水流量低报警 (三台电解槽同开 的情况下) 、电解槽槽压高、电流低、极板短路等故障,导致出力不足甚至跳闸,严重影响 到电解制氯系统的安全稳定运行,甚至对影响到汽轮发电机组的出力。 四、原因分析及相应处理方案 1、电解槽前海水流量低报警并引起跳闸的原因分析及处理方案 a、海水母管来水流量低 (1)机组负荷降低 海水母管来水取水口为循环水泵出口, 故当汽轮发电机组负荷降低时, 低压缸排气量降 低,在维持凝汽器真空度不变的情况下,所需冷却水量降低,故循环水泵的打水流量通过变 频调节而降低,导致海水母管来水流量降低。 经笔者在实际工作中发现, 由此种情况引起的海水流量低报警并跳闸多是在 3 台制氯电 解槽同时开启的情况下发生,因为 3 台制氯电解槽的来水都是从 1、2、3、4 号海水泵的出 口母管中引来的,3 台电解槽并列运行起到分流,若 3 台电解槽同时运行,用水量大,在海 水母管来水流量已经降低的情况下极易导致电解槽流量低报警并跳闸。 所以, 当汽轮发电机 组负荷在低位运行时,运行人员巡检时发现海水循环泵变频调节流量变小时,建议运行 2 台电解槽,另外 1 台停运打到备用状态,以确保运行的 2 台电解槽流量不至于过低。 (2)循环水泵入口滤网堵塞及海水母管附着生物 由于海水中存在着海生物如鱼类、贝类、藻类、菌类等,这些海生物附着性强,可能附 着在循环水泵滤网外围导致滤网堵塞,从而引起循环水泵流量降低。 而即使经过循环水泵入口滤网的拦截及次氯酸钠溶液的灭杀, 海生物的孢子或卵子仍有极少

部分进入海水母管中,经过长年累月的积累、衍生,造成管线的阻力增大,从而导致流量降 低。 对于此种情况,应定期对循环水泵滤网及海水母管进行清理疏通。 b、前预过滤器及自清洗过滤器滤网堵塞 海水从循环水泵出口引出后先经过前预过滤器,经过海水泵升压后到自清洗过滤器, 经过滤后进入电解槽, 在这个流程中前预过滤器或自清洗过滤器滤网发生堵塞都能造成电解 槽前海水流量降低, 解决措施就是对前预过滤器定期进行人工清洗, 运行人员则每班对自清 洗过滤器清洗 2-4 次,避免滤网堵塞。 C、海水泵出力不够 海水泵对从循环水泵引来的海水进行二次升压,如果海水泵出现异常也会影响到海水 流量。检修人员应对存在异常的泵进行解体检查,检查叶轮是否有磨损,紧帽是否脱落等, 待泵异常消除后再投运。 另外, 运行人员应检查海水泵变频调速电位器旋钮是否到位, 根据情况调整旋钮开度, 保证海水泵功率。 2、制氯电解槽槽压高、电流低、极板短路的原因分析及处理方案 a、化学、电化学反应结垢 由于海水中存在有钙、 镁等矿物质盐类, 在电解槽电解过程中经化学反应和电化学反应, 由钙、镁离子引起的沉积物会在电解槽阴极表面形成,而且 NaCL 在电解过程中不可避免的 生产 NaOH 结晶在电极和极板表面,这些附着物将导致电解槽槽压上升,电流效率下降,电 极间距减小,严重时会造成电极间短路,甚至烧毁极板。 为避免此种情况发生, 应根据情况及时对电解槽进行酸洗, 建议运行人员除了执行累计 工作 720 小时提醒酸洗报警启动后进行单台解列酸洗外, 还应注意以下几种情况, 酌情对电 解槽进行酸洗: (1) 、若电解槽槽电压超过 5V(槽组电压正常值为 40V,每台电解槽有 10 个槽)时, 应对电解槽电极进行酸洗。 (2)电解制氯过程中,应严格控制电解电流不得超过 3225A,当工作电流在正常范围 内,工作电压超过初始工作电压 10%以上,并且产品浓度明显下降时(此时电解槽累计工作 时间虽未到 720 小时) ,仍应对电解槽进行酸洗。 (3)电解槽面板能明显的看到严重的结垢现象时必须酸洗。 (4)当电解槽中含有金属颗粒时须酸洗。 b、电解槽阳极板老化,析氯活性降低 相比于钛合金阴极板, 制氯电解槽阳极板的寿命要短很多, 其析氯活性取决于极板表面 的贵重金属活性涂层。随着电解槽运行时间的延长,阳极板渐渐老化,其表面的活性物质逐 渐地减少,引起表面层的钝化,致使涂层电阻升高,电压相应增大。 另外,在运行过程中,当氧扩散到阳极板和活性层间时,钛集体被氧化,在阳极板和活 性涂层间生产一层二氧化钛,由于二氧化钛不导电,使得阳极的导电性变差,使涂层的欧姆 电压降增加, 从而导致电解槽槽压上升,阳极失去活性。 同时酸洗也会对阳极板的表面涂层造成损伤脱落。 处理方案如下: (1)加强巡检,当发现阳极板表面涂层脱落严重(由黑色变成棕黄色甚者白色) ,产品 浓度明显降低时,及时联系检修人员更换新极板。 (2)严格执行酸洗工艺,避免人为的酸洗操作对阳极板造成损伤,在酸洗之后要对电 极槽进行充分的海水冲洗,清除内部存留酸液。 (3)待极板达到使用寿命后及时更换。

C、电解槽内金属颗粒滞留或阴、阳极板接触 在电解槽运行过程中,若有小的金属颗粒通过或者滞留,或者阴极板与阳极板接触,将 会出现打火花或是红亮点等现象出现,造成极板短路。 解决方案:发现此种现象后立即将系统停止,将电解槽内金属颗粒酸洗后排掉。或者拆 解电解槽,将极板拆除整形、添加隔离豆或处理绝缘后重新安装。 五、结束语:

海水电解制氯设备出力不足的原因是多方面造成的, 在生产实际中应针对不 同的故障情况采取相应的处理方案,本文只是作为抛砖引玉之举,所提出的处理 方案是在生产中的摸索及总结, 对于此类问题仍需在生产实践中继续摸索,以找 到更有效的解决方案。 参考文献: 1、 《中电解海水制氯运行维护手册》 ,武汉兴达高技术工程有限公司,2011.06 2、 《海水直接电解制氯过程的研究》 ,黄运涛, 2005.06.01 3、 《大唐黄岛发电有限责任公司企业标准.670MW 机组环保设备检修规程》 , 2012.08.01 发布, 2012.08.01 实施 4、 《海水电解制氯设备的优化运行》 ,何文斌,华能大连电厂,2004.09 部门:黄岛项目部 班组:化学检修班 姓名:席斌斌 电话:15066193810


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