CN109399812A - 一种电化学除垢器 - Google Patents

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孙文
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Abstract

本发明公开了一种电化学除垢器，涉及工业循环水处理等领域，解决了现有循环水冷换设备的换热表面水垢沉积问题。该电化学除垢器包括电源系统和工作系统。电源系统为直流源，工作系统主要由平行、紧密、交替排列的阳极和阴极构成。阳极为非牺牲式DSA阳极。阴极为多层不同目数的金属丝网组合在一起，组成阴极的各层网之间用螺栓连接并固定。阴极再生方式采用超声波清洗。本发明采用更为高效、节能的阴极制成电化学除垢器对水中的成垢离子进行去除。常温下工作，除垢效率更高，电极再生周期更长，耗能更小。

Description

一种电化学除垢器
技术领域
本发明涉及电化学水处理系统领域，具体来说，是一种电化学除垢器。
背景技术
随着炼油、化工等行业的迅猛发展，工业用水日益紧缺。循环水冷换设备是炼油循环水系统的重要组成部分。但随着装置运行时间的延长，换热器内部结垢问题日益严重，不仅造成能量损失和水资源浪费，还会造成垢下腐蚀，导致生产的非计划停工，物料损失，甚至引起爆炸等恶性事故。由于碳酸钙的溶解度随温度的升高而降低，当循环水流经换热壁面，当温度达到碳酸钙的析出温度，则碳酸钙在换热表面析出形成水垢。现阶段，针对循环水系统主要采用添加阻垢剂的方法来抑制水垢沉积，而电化学除垢方面的理论、技术鲜有报道，其中最为常见的方式是以不锈钢板或设备筒体作为阴极的除垢设备，也有采用离子交换膜将设备分为阳极室和阴极室的除垢器形式。虽然现有的技术手段在一定程度上延缓了设备换热壁面水垢的沉积，但普遍存在除垢速率低、水处理量小、存在极限电流密度、去除单位碳酸钙能耗高、电极再生困难等缺点，针对冷换设备的结垢问题没有给出更为高效、经济的解决办法。
发明内容
为了解决循环水冷换设备换热表面因钙镁盐析出造成的结垢问题，本发明通过改进阴极形式设计一种电化学除垢器，通过降低循环水系统中的硬度和碱度来避免换热表面结垢现象。
本发明实现上述技术效果所采用的技术方案是：
一种电化学除垢器，包括电源系统和工作系统，所述工作系统主要由阳极、阴极组成,所述阴极由多层的不同目数的金属丝网叠放在一起组成,阴级和阳极采用交替的排列方式。
进一步地,在上述技术方案中,所述的电源系统包括直流恒流源或直流恒压源或脉冲直流源。使得工作系统可以在直流的电流状态下稳定工作。
进一步地,在上述技术方案中,所述阴极相邻两层金属丝网的间距为0-3mm。所述金属丝网材质选自不锈钢、碳钢、铜、钛、镍金属或其合金，或表面含有镍基二元、三元、多元合金镀层的不锈钢、碳钢、铜、钛、镍金属或其合金；其合金具体指的是不锈钢、碳钢、铜、钛、镍这些金属中的两种或多种的合金；镀层包括Ni-Mo、Ni-Co、Ni-Sn、Ni-Mo-Co、Ni-Mo-W、Ni-W-Fe-La。阳极采用非牺牲性阳极。
进一步地,在上述技术方案中,所述的组成阴极的金属丝网目数为8目至100目中的一种或多种；所述各层金属丝网目数相同或不完全相同或不同。
进一步地,在上述技术方案中,组成阴极的金属丝网层数为3层至11层中的一种或多种。
进一步地,在上述技术方案中,所述的阴级和阳极的排列方式为平行板式排列或者同心圆筒排列，每层相邻的阴级和阳极之间的间距在2mm至30mm之间。
进一步地,在上述技术方案中,阳极采用钛/铱-钽金属氧化物阳极网或其它非牺牲性阳极。
进一步地,在上述技术方案中,组成阴极的各层金属丝网之间用螺栓或铆钉连接固定。
进一步地,在上述技术方案中,电化学除垢器包括壳体,所述壳体下部设有进水口和排渣口,所述壳体顶部设有排水口。
进一步地,在上述技术方案中,所述壳体内部设有超声装置。
上述电化学除垢装置，所述工作系统在稳定工作状态下，循环水由除垢装置的底部流入，从除垢装置上部的出口流出。
上述电化学除垢装置，阴极表面生成松散的水垢，采用超声波剥离阴极表面形成的垢层，进行阴极再生，保证较大阴极反应面积。
本发明的有益效果是，本发明采用更为高效、节能的加速阴极表面成垢的方式实现对循环冷却水中的硬度及碱度的去除，除垢速率为26-64g/m2h，为传统除垢装置除垢速率的3-6倍。常温下工作，出口水中硬度和碱度含量更低，去除单位碳酸钙能耗更低,能耗为6.0-3.0KWh/KgCaCO3，仅为传统除垢装置的30-50％，进而解决工业循环水在换热设备换热表面结垢这一问题，提高循环水冷换设备的热效率，降低垢下腐蚀风险，延长设备的服役周期。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
图1中：1-出水口、2-阴极端子、3-阳极端子、4-绝缘外壳、5-进水口、6-不锈钢螺栓、7-不锈钢螺母、8-不锈钢垫片、9-阴极、10-阳极、11-卸渣口、12-钛合金螺帽、13-钛合金垫片、14-钛合金螺栓。
具体实施方式
为使对本发明作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施实例对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1，一种电化学除垢器，主要包括阴极9和阳极10，阴极9为7层不锈钢丝网钉装而成，组成阴极的不锈钢丝网目数依次为20目、12目、8目、50目、8目、12目、20目。阴极以不锈钢螺栓6、螺母7、垫片8固定，阳极10为DSA阳极，以钛合金螺栓14、螺母12、垫片13固定。相邻阴极和阳极间距为3mm。该设备整体立式放置，进水口5和卸渣口11在设备底部。进水时，将卸渣口11下部管道阀门关闭，水由进水口5流入，由上部的出水口1流出。
具体的，在设备运行前，首先将直流恒流源的正极与阳极端子3连接，负极与阴极端子2连接。然后关闭卸渣阀，开启进水阀门将设备内充满水，进而调节电流值以使阴极表面进行析氢反应。稳定电流值，使装置在恒定电流状态下工作，操作电流密度范围为18-50A/m2。接下来调节设备进、出水流量，以达到要求的出口水硬度值。稳定流量为300-500L/h，设备平稳运行。当阴极表面沉积满垢层之后，停止直流恒流源供电，关闭进水阀门，采用超声波剥离阴极表面的垢层，进行阴极再生，再生完成后开启卸渣阀排净除垢器内松散的水垢。本发明的性能与国内外同行的装置性能比较如表1所示，可以看出本发明相比于国内外同行的装置具有更高的除垢效率和更低的能耗。
表1：本发明的性能与国内外同行的装置性能对比
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实施例2
如图1，一种电化学除垢器，相邻阴极和阳极间距为5mm和8mm，其余装置参数和操作条件与实施例1相同。相邻阴极和阳极的间距与除垢器性能关系如表2所示，可以看出，相邻阴极和阳极间距的增加对除垢效率的增加并不明显，但显著增加了除垢所需的能耗。因此，本发明阴级和阳极采用交替紧密的排列方式以达到节能的目的。
表2：相邻阴极和阳极的间距对除垢器性能的影响
实施例3
如图1，一种电化学除垢器，组成阴极的多层金属丝网分别选用不锈钢网、铜网、镍网和钛网，其余装置参数和操作条件与实施例1相同。组成阴极的金属丝网材质与除垢器性能关系如表3所示，可以看出，本装置采用镍、钛等其它材质金属丝网也能达到较好的除垢性能，其中选用材质为不锈钢和铜的金属丝网具有更高的除垢速率和更低的能量消耗。
表3：组成阴极的金属丝网材质对除垢器性能的影响
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本行业的技术人员应该了解：本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求的保护范围有所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (12)

1.一种电化学除垢器，包括电源系统和工作系统，其特征在于，
所述工作系统主要由阳极、阴极组成,所述阴极由多层的金属丝网叠放在一起组成,阴级和阳极采用交替的排列方式。
2.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述金属丝网材质选自不锈钢、碳钢、铜、钛、镍金属或其合金，或表面含有镍基二元、三元、多元合金镀层的不锈钢、碳钢、铜、钛、镍金属或其合金；阳极采用非牺牲性阳极。
3.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述的镍基二元、三元及多元合金镀层，包括Ni-Mo、Ni-Co、Ni-Sn、Ni-Mo-Co、Ni-Mo-W、Ni-W-Fe-La。
4.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述的电源系统包括直流恒流源或直流恒压源或脉冲直流源。
5.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述阴极相邻两层金属丝网的间距为0-3mm。
6.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述的组成阴极的金属丝网目数为8目至100目中的一种或多种；所述各层金属丝网目数相同或不完全相同或不同。
7.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，组成阴极的金属丝网层数为3层至11层中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述的阴级和阳极的排列方式为平行板式排列或者同心圆筒排列，每层相邻的阴级和阳极之间的间距在2mm至30mm之间。
9.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，阳极采用钛/铱-钽金属氧化物阳极网。
10.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，组成阴极的各层网之间用螺栓或铆钉连接固定。
11.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，电化学除垢器包括壳体,所述壳体下部设有进水口和排渣口,所述壳体顶部设有排水口。
12.根据权利要求1所述的电化学除垢器，其特征在于，所述壳体内部设有超声装置。
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