CN105271476A

CN105271476A - 循环冷却水低压电化学处理装置及工作方法

Info

Publication number: CN105271476A
Application number: CN201410237464.4A
Authority: CN
Inventors: 刘国琛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-31
Filing date: 2014-05-31
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明公开了一种循环冷却水低压电化学处理装置及工作方法，属于环保技术领域。该装置包括反应器壳体、端盖、进水管及进水电控阀、出水管、排污管及排污电控阀、管状内极板、管状外极板、反应器控制及电源箱、支架、结晶促进剂箱、计量泵和混合器；反应器壳体和端盖构成电化学反应空间，与水接触的部位喷涂防水绝缘涂层，管状外极板和管状内极板分别通过导线与反应器控制及电源箱接通；计量泵通过加药管和混合器接通。工作方法包括工作环节和再生环节，工作环节发生降硬、杀菌灭藻、防腐反应，再生环节恢复极板工作能力。本发明采用低压电化学反应，可靠性好，运行费用低，适于循环冷却水水质稳定处理应用。

Description

循环冷却水低压电化学处理装置及工作方法

技术领域

本发明涉及循环冷却水水质稳定技术，具体涉及循环冷却水低压电化学处理装置及工作方法，属于水处理及环保技术领域。

背景技术

目前，循环冷却水水质稳定处理主要采用化学方法，通过向循环冷却水中添加阻垢剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂防止水垢沉积、过水部件腐蚀和细菌藻类繁殖的发生，化学方法运行管理复杂、药剂成本高、排放的浓水污染环境。上世纪70年代电化学处理装置开始在循环冷却水稳定处理中应用，目前我国推广应用的电极可再生的电化学处理装置主要为以色列和日本生产，电化学处理循环冷却水只消耗电就能阻止水垢生成、防止腐蚀发生、抑制菌类藻类生长，实现循环冷却水的水质稳定和高浓缩倍数运行。以色列和日本电化学处理装置运行电压为10～20V，阳电极损耗速度快。以色列电化学处理装置阴极板采用机械刮垢再生，效果不稳定；日本电化学处理装置采用倒换电极的方法使沉积在阴极板的垢脱落，再生效果较好，但阴极板和阳极板均损耗严重，极板更新费用高。

发明内容

为了克服现有循环冷却水电化学处理装置的缺点，本发明提供一种低压电化学处理装置和工作方法，以降低循环冷却水硬度、防止过水部位腐蚀、抑制细菌藻类繁殖，实现电化学处理装置低费用稳定运行。

本发明所采用的技术方案是：

循环冷却水低压电化学处理装置，包括反应器壳体、端盖、进水管及进水电控阀、出水管、排污管及排污电控阀、管状内极板、管状外极板、反应器控制及电源箱、支架、结晶促进剂箱、计量泵和混合器；反应器壳体和端盖构成电化学反应空间，反应器壳体和端盖为碳钢材料，组成电解反应空间的与水接触的部位喷涂防水绝缘涂层，反应器壳体内壁固定管状外极板，通过端盖下端的内极板支架管状内极板固定在端盖上，管状外极板和管状内极板分别通过外极板导线和内极板导线与反应器控制及电源箱接通；计量泵通过加药管与混合器接通，混合器串接在进水管上。

循环冷却水低压电化学处理装置工作方法，包括工作和再生两个环节，交替进行。在工作环节循环冷却水由进水管流经混合器与结晶促进剂混合后，流入壳体和端盖组成的电化学反应空间，在管状内极板和管状外极板构成的环形电场内发生恒定低电压电解反应，在电场和结晶促进剂的双重作用下其中一个极板表面形成水垢沉积，出水硬度下降，电解反应还产生出少量Cl₂、O₃等强氧化物质。随着极板上沉积的水垢数量增加，两极板间电阻逐步升高，极间电流降低，当电流降至设计值，反应器控制及电源箱指令电化学处理由工作环节转入再生环节，进水电控阀关闭，进水停止，管状内极板和管状外极板所接直流电源极性自动倒换，极板上沉积的水垢逐渐脱落，积垢脱落完毕，排污电控阀自动打开，排出水垢，而后进水电控阀打开，循环冷却水进入电解反应空间，下一个工作环节开始。

本发明的益处是，电化学处理采用2.5～5V直流电源，并在进水中添加结晶促进剂，使极板表面在低电流强度条件下出现水垢沉积，实现电极可靠再生，电极寿命得到提高。

附图说明

图1是本发明总体结构图。

图中零部件及编号：

1—外极板导线；2—端盖；3—螺栓；4—出水管；

5—外极板固定尼龙螺栓；6—绝缘涂层；7—管状内极板；

8—管状外极板；9—反应器壳体；10—支架；

11—排污电控阀；12—排污管；13—排污阀控制导线；

14—结晶促进剂箱；15—计量泵；16—加药管；

17—进水电控阀；18—进水管；19—混合器；

20—进水阀控制导线；21—反应器控制及电源箱；

22—内极板固定尼龙螺栓；23—内极板支架；24—密封垫圈；

25—导线防水接头；26—内极板导线；27—内极板接线柱；

28—外极板接线柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

循环冷却水低压电化学处理装置，包括反应器壳体9、端盖2、进水管18及进水电控阀17、出水管4、排污管12及排污电控阀11、管状内极板7、管状外极板8、反应器控制及电源箱21、支架10、结晶促进剂箱14、计量泵15和混合器19；端盖2用螺栓3固定在反应器壳体9上端，密封垫圈24夹在端盖2和反应器壳体9之间构成电化学反应空间，反应器壳体9和端盖2为碳钢材料，组成电化学反应空间的与水接触的部位喷涂防水绝缘涂层6，反应器壳体内壁上用外极板固定尼龙螺栓5固定管状外极板8，通过端盖2下端面焊接的內极板支架23管状内极板7用内极板固定尼龙螺栓22与端盖2固联，管状外极板8和管状内极板7分别通过外极板导线1、外极板接线柱28和内极板导线26、内极板接线柱27与反应器控制及电源箱21接通，外极板导线1、内极板导线26通过导线防水接头25穿过端盖2；计量泵15通过加药管16与混合器19接通，混合器19串接在进水管18上。如图1所示，管状内极板7、管状外极板8为钛合金材质，分别与反应器控制与电源箱21的电源输出端通过内极板导线26和外极板导线1接通，电源为直流输出，且输出接线柱极性由反应器控制与电源箱21内部的控制系统控制自动倒换；管状外极板8表面电流密度0.3～0.5mA/cm²，管状内极板7表面电流密度0.4～0.65mA/cm²，两极板间的直流电压可在2.5～5V范围内连续调整，调整完成即恒定在调定电压工作；反应器壳体9和端盖2与水接触面均涂防水绝缘涂层6，避免电流通过产生水垢附着和电化学腐蚀；反应器壳体9下端部焊有3条支架10。进水管18设在反应器壳体9的下部，前端串接进水电控阀17，后端串接混合器19；出水管4设在反应器壳体9的上部，并与进水管18相对，从而保证循环冷却水在反应器中的停留时间。排污管12设在反应器壳体9的底部中心，并串接排污电控阀11。计量泵15从结晶促进剂箱14中抽取结晶促进剂，并通过加药管16压入混合器19中，均匀混入循环冷却水中。计量泵15的加药量可在0～6L/h范围内连续调整。进水电控阀17、排污电控阀11为电动阀或电磁阀，分别通过进水阀控制导线20和排污阀控制导线13与反应器控制及电源箱21连接。进水电控阀17为常开型，排污电控阀11为常闭型。反应器控制及电源箱21由可编程控制器（PLC）和高精度稳压直流电源组成，控制进水电控阀17、排污电控阀11的开闭，为电解反应提供电能，并适时倒换输出接线柱极性。在循环冷却水低压电化学处理装置运行时，两极板间施加的电压可在2.5～5V范围内任意设定，设定完成后在设定值恒定运行。与反应器控制及电源箱21阴极接线柱接通的极板表面附近氢氧根离子及碳酸根离子浓度升高，PH值9.5以上，水中的钙、镁离子与氢氧根离子和碳酸根离子发生反应，生成氢氧化钙、、氢氧化镁、碳酸钙等难溶盐，以水垢形式沉积在极板表面。与反应器控制及电源箱21阳极接柱接通的另一极板表面电流将水中的氯离子转化成氯气和游离氯，并产生出少量臭氧、双氧水等氧化性物质。

循环冷却水低压电化学处理装置运行时有两个环节，即工作环节和再生环节；

在工作环节：循环冷却水从反应器壳体9下部的进水管18经混合器19与计量泵15输出的结晶促进剂均匀混合后进入管状外极板8和管状内极板7之间的环形电场，水中离子发生电化学反应，钙、镁离子与水中部分阴离子结合成难溶盐并沉积在其中某一极板表面，水中钙、镁离子浓度下降，出水口4流出的循环冷却水经低压电化学处理后结垢趋势减弱或消失。电化学反应时循环冷却水中会产生少量的Cl₂、0₃等易溶于水中的强氧化物质，Cl₂、O₃能高效杀灭循环冷却水中的细菌和藻类，防止循环冷却系统中粘泥和藻类滋生。Fe参与水中的电化学反应在碳钢部件表面形成Fe₃O₄保护层，阻止过水面产生腐蚀。

在再生环节：工作环节管状外极板8或管状内极板7表面沉积的难溶盐厚度会随工作时间的延长逐渐增加，极板间电阻升高，在反应器控制及电源箱21向管状外极板8和管状内极板7施加恒定电压情况下，两极板间电流逐渐降低，当电流降低到设计数值反应器控制及电源箱21驱动进水电控阀17关闭，同时输出接线柱极性倒换，管状外极板8和管状内极板7的极性随之变换，工作环节表面积垢的极板的近表面水层由碱性水质变为酸性水质，使积垢与极板接触部分分解，附着力降低，积垢与极板接触表面还会产生一定量的氧气，促进积垢从极板表面脱落，脱落完成后两极板间电阻随之下降，极板间电流恢复至工作值，极板上脱落的积垢集中在反应器壳体9底部，经反应器控制及电源箱21控制的排污电控阀11排出，再生环节完成，进水电控阀17打开，循环水进入反应空间，下一个工作环节开始。

结晶促进剂是天然矿物质的超细粉粒悬浮液，能提高低电压条件下碳酸钙垢形成速度，是低压电化学反应必须的助剂。

实施例1，某循环冷却水系统循环水量4500m³/h,补水钙硬度（CaCo₃计）88.4mg/L、总碱度（CaCo₃计）91.2mg/L，安装循环冷却水低压电化学处理装置后浓缩倍数（以钠离子计）25～26.6，循环水钙硬度（CaCo₃计）387.4～396.5mg/L，总碱度（CaCo₃计）159.8～166.3mg/L，30天挂片试验无结垢、腐蚀，循环水中无细菌、藻类繁殖。

实施例2，某循环冷却水系统循环水量50m³/h，补水钙硬度（CaCo₃计）205.4mg/L、总碱度（CaCo₃计）225.4mg/L，安装循环冷却水低压电化学处理装置后，浓缩倍数21.1～22.7，钙硬度（CaCo₃计）126.8～135.5mg/L、总碱度（CaCo₃计）100.8～120.1mg/L，运行中未添加任何化学水质稳定剂，用水设备内部和过水管道中均未结垢、腐蚀，循环水池没有粘泥和藻类。本循环冷却水低压电化学处理装置已正常运行50个月极板基本没有损耗，极板表面用显微镜观察与新极板没有差别。

Claims

1.一种循环冷却水低压电化学处理装置，包括反应器壳体9、端盖2、进水管18及进水电控阀17、出水管4、排污管12及排污电控阀11、管状内极板7、管状外极板8、反应器控制及电源箱21、支架10、结晶促进剂箱14、计量泵15和混合器19，其特征在于端盖2用螺栓3固定在反应器壳体9上端，密封垫圈24夹在端盖2和反应器壳体9之间构成电化学反应空间，管状外极板8用外极板固定尼龙螺栓5固定在反应器壳体9内壁上，管状内极板7通过端盖2下端面焊接的内极板支架23用内极板固定尼龙螺栓22与端盖2固联；反应器壳体9和端盖2与水接触部位喷涂防水绝缘涂层6。

2.根据权利要求1所述的循环冷却水低压电化学处理装置，其特征在于，所述管状外极板8、管状内极板7为圆管状。

3.根据权利要求1所述的循环冷却水低压电化学处理装置，其特征在于，进水管18设在反应器壳体9的下部，前端串接进水电控阀17，后端串接混合器19；出水管4设在反应器壳体9的上部，并与进水管18相对；排污管12设在反应器壳体9的底部中心，并串接排污电控阀11。

4.根据权利要求1所述的循环冷却水低压电化学处理装置，其特征在于，管状外极板8和管状内极板7间的直流电压可在2.5～5V范围内连续调整，调整完成即恒定在调定电压工作，管状外极板8表面电流密度0.3～0.5mA/cm²，管状内极板7表面电流密度0.4～0.65mA/cm²。

5.根据权利要求1所述的循环冷却水低压电化学处理装置，其特征在于，所述反应器控制及电源箱21由可编程控制器（PLC）和高精度稳压直流电源组成。

6.循环冷却水低压电化学处理装置工作方法，其特征在于，包括工作环节和再生环节。

7.在工作环节：循环冷却水从反应器壳体9下部的进水管18经混合器19与计量泵15输出的结晶促进剂均匀混合后进入管状外极板8和管状内极板7之间的环形电场，水中离子发生电化学反应，钙、镁离子与水中部分阴离子结合成难溶盐并沉积在其中某一极板表面，水中钙、镁离子浓度下降，出水口4流出的循环冷却水经低压电化学处理后结垢趋势减弱或消失。

8.电化学反应时循环冷却水中会产生少量的Cl₂、0₃等易溶于水中的强氧化物质，Cl₂、O₃能高效杀灭循环冷却水中的细菌和藻类，防止循环冷却系统中粘泥和藻类滋生。

9.Fe参与水中的电化学反应在碳钢部件表面形成Fe₃O₄保护层，阻止过水面产生腐蚀。

10.在再生环节：工作环节管状外极板8或管状内极板7表面沉积的难溶盐厚度会随工作时间的延长逐渐增加，极板间电阻升高，在反应器控制及电源箱21向管状外极板8和管状内极板7施加恒定电压情况下，两极板间电流逐渐降低，当电流降低到设计数值反应器控制及电源箱21驱动进水电控阀17关闭，同时输出接线柱极性倒换，管状外极板8和管状内极板7的极性随之变换，工作环节表面积垢的极板的近表面水层由碱性水质变为酸性水质，使积垢与极板接触部分分解，附着力降低，积垢与极板接触表面还会产生一定量的氧气，促进积垢从极板表面脱落，脱落完成后两极板间电阻随之下降，极板间电流恢复至工作值，极板上脱落的积垢集中在反应器壳体9底部，经反应器控制及电源箱21控制的排污电控阀11排出，再生环节完成，进水电控阀17打开，循环水进入反应空间，下一个工作环节开始。