CN110182972A - 一种循环冷却水处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种循环冷却水处理装置和方法，包括：筒体；筒体内壁设有金属涂层作为阴极；筒体中设置有阳极；筒体的侧壁设置有进水口，顶部设置有出水管；筒体的底部设置有锥形筒体；锥形筒体上设置有排垢管；筒体和锥形筒体构成了水力旋流器。本发明将电化学技术与水力旋流沉淀技术相结合，装置结构简单，增强了除垢收集能力；阴极采用涂覆在筒体内壁的镍钴活性涂层，降低了阴极反应发生的过电位，能耗因此大幅下降；阳极采用三维立体网状结构，提高了阳极反应接触面积，提升了微生物杀灭效率。
Description
技术领域
本发明术语水处理技术领域，特别涉及一种循环冷却水处理装置和方法。
背景技术
循环水系统是湿冷发电厂生产中的重要组成部分，循环水量占企业总用水量的50％～80％，因此循环水处理是火电厂的节水减排的关键。在循环水运行过程中随之浓缩倍数的提高，循环水中的无机离子和有机物浓缩、pH升高、悬浮物增多，导致出现换热管结垢、腐蚀和生物黏泥滋生等问题。国内电厂通过向循环水中投加药剂(阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、预膜剂等)的方式对循环水进行处理。虽然药剂投放法在实际生产中能够有效地防止结垢、减轻腐蚀以及抑制微生物生长，但其投资和运行成本高、循环倍数存在上限(一般为3～5)、且易产生二次污染，难以满足电厂节水、环保的应用要求。
电化学方法是一种新型的循环水处理技术，能够通过电化学反应在电极表面实现循环水中钙、镁等硬度离子的去除和微生物的杀灭。基于此技术开发的电化学循环水处理装置具有环境友好、操作简单、适用范围广等优势，既符合国家有关发展循环经济、资源节约和清洁能源生产的要求，又有助于电厂企业提升经济效益和完成节能减排指标，因此展现出非常广阔的应用前景。但现存的电化学循环水处理装置普遍存在结构复杂、除垢不彻底、微生物杀灭效率不足等缺陷，限制了电化学循环冷却水处理方法的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环冷却水处理装置和方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种循环冷却水处理装置，包括：筒体；筒体内壁设有金属涂层作为阴极；筒体中设置有阳极；筒体的侧壁设置有进水口，顶部设置有出水管；筒体的底部设置有锥形筒体；锥形筒体上设置有排垢管。
进一步的，出水管安装在筒体的垂直中心线上；进水管、筒体、锥形筒体和出水管构成了水力旋流器。
进一步的，筒体的外壁设置有电性连接阴极的阴极接线柱；筒体顶部设有上盖，上盖上设置有电性连接阳极的阳极接线柱；阳极接线柱和阴极接线柱分别连接外部直流电源的正极和负极。
进一步的，出水管安装在筒体的垂直中心线上。
进一步的，筒体内壁的金属涂层为镍钴涂层。
进一步的，所述阳极为圆筒形网状的DSA电极，具有三维立体网状结构。
进一步的，还包括支撑架，所述锥形筒体底部设置支撑架支撑整套装置。
进一步的，所述筒体的材料为碳钢，所述的锥形筒体的材料为碳钢。
循环冷却水处理方法，步骤包括：将电源接通，循环冷却水从进水口切向进入筒体，循环冷却水沿筒体的周围切线方向旋转向下运动，在内壁面附近发生阴极反应使钙离子和镁离子从水中析出变成水垢；当水流达到锥形筒体部位后，转而沿筒体轴心向上旋转，水垢在流体惯性离心力和自身重力作用下沿锥形筒体壁面落入锥形筒体底部经排垢管排出，脱除水垢后的循环冷却水经出水管排出；水流在阳极附近发生阳极反应，产生活性氯和活性氧用于杀灭微生物。
进一步的，装置运行期间，阳极工作电流为5～15A，阴极工作电流为5～10A。
进一步的，除垢时，将施加在阴极的直流电提高，形成脉冲电流，电水解产生大量氢气使水垢从阴极脱落。
进一步的，脉冲直流电流为20～30A，脉冲电流的持续时间为5～20min，输入间隔时间为3～12h，持续时间为5～30min。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明提供一种循环冷却水处理装置和方法，将电化学技术与水力旋流沉淀技术相结合，装置结构简单，增强了除垢收集能力；
本发明的阴极采用涂覆在筒体内壁的镍钴活性涂层，降低了阴极反应发生的过电位，能耗因此大幅下降；
本发明的阳极采用三维立体网状结构，提高了阳极反应接触面积，提升了微生物杀灭效率；
本发明中，除垢时，采用脉冲电流操作方式，实现阴极自动脱垢，降低了装置的操作成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种电化学循环冷却水处理装置的结构示意图；
其中：1进水口，2阳极接线柱，3阳极，4出水管，5阴极接线柱，6筒体，7锥形筒体，8排垢阀，9排垢管，10支撑架，11阴极。
图2为本发明一种电化学循环冷却水处理装置中所用阳极的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
请参阅图1和图2，本发明提供一种循环冷却水处理装置，包括进水口1，阳极接线柱2，阳极3，出水管4，阴极接线柱5，筒体6，锥形筒体7，排垢阀8，排垢管9，支撑架10。
筒体6的材料为碳钢，内壁涂覆活性涂层作为阴极11，阴极接线柱2设置在筒体外壁面中间位置，并与外部直流电源的负极连接；阳极为圆筒形网状的商用DSA电极，阳极上端通过阳极接线柱2固定于筒体6上盖上，与外部直流电源的正极连接；其中所述筒体6和锥形筒体7构成了水力旋流器，锥形筒体7的材料为碳钢；进水管1安装在筒体6的偏心位置，出水管4安装在筒体6的垂直中心线上；筒体6的底端设置有排垢管9，所述排垢管9上设置有排垢阀8；锥形筒体7底部设置支撑架10支撑整套装置。
本发明中，进水管1、筒体6、锥形筒体7和出水管4构成了水力旋流器。
本发明中，筒体6内壁涂覆阴极活性涂层，涂层为镍钴涂层。
本发明中，圆筒型商用DSA阳极3具有三维立体网状结构。
本发明一种循环冷却水处理方法，步骤包括：循环冷却水从进水口1以3～5m/s的流速切向进入筒体6，循环冷却水沿筒体6的周围切线方向旋转向下运动，在内壁面附近发生阴极反应使钙离子和镁离子从水中析出变成水垢；当水流达到锥形筒体7部位后，转而沿筒体6轴心向上旋转，水垢在流体惯性离心力和自身重力作用下沿锥形筒体7壁面落入锥形筒体7底部经排垢管9排出，脱除水垢后的循环冷却水经出水管4排出；水流在阳极3附近发生阳极反应，产生活性氯和活性氧用于杀灭微生物。
本发明中，装置运行期间阳极极接线柱2接入直流电流为5～15A。
本发明中，装置运行期间阴极接线柱5接入周期性脉冲直流电流，去除阴极表面沉积的水垢；工作直流电流为5～10A时，钙离子和镁离子在阴极表面反应形成水垢；脉冲直流电流为20～30A时，水垢从阴极表面剥离进入到循环冷却水中，实现阴极自动清洁；脉冲电流的输入间隔时间为3～12h，持续时间为5～30min。
本发明中，电化学循环冷却水处理装置中阴极表面沉积的垢层采用输入脉冲电流的方式去除，工作原理如下：
1)进行循环冷却水处理，阴极集垢时：
关闭排垢阀8，循环冷却水从进水口1切向通入筒体6，沿筒体6的周围切线方向旋转向下运动；阴极和阳极通过接线柱分别与直流电源的正、负极相连；打开直流电源，利用直流电促进电化学反应；反应过程中，DSA阳极上产生的活性氧和活性氯杀灭循环冷却水中的微生物，阴极上产生的高浓度OH－，与循环冷却水中的HCO3 －、Ca2+和Mg2+反应分别生成CaCO3和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，将水中的硬度离子去除；处理后的水经出水管4排出。阴极涂覆活性涂层，降低了阴极反应发生的过电位，电流效率显著提高，能耗因此大幅下降。阳极采用三维立体网状结构，增大了Cl－与阳极间接触面积，活性氧和活性氯的生成量增多，提升了微生物杀灭效率。
2)进行阴极脱垢处理时：
当阴极表面的垢层逐渐变厚时，阴极的除垢性能会随之降低，装置的能耗也会因为阴极电阻增大而升高，因此需要对阴极表面进行周期性脱垢处理。进行脱垢处理时，将施加在阴极的直流电提高，形成脉冲电流；利用高电流促进水电解，阴极表面通过析氢反应快速产生大量氢气，在氢气作用下垢层开裂、松动、最终从阴极表面脱落，脱除的沉淀物转移至循环水中；脱垢结束后，将阴极电流恢复；打开排垢阀8，将脱除的沉淀物从排垢口9排出。
实施例1
总硬度约为300mg/L的工业循环水采用本发明装置进行处理。该装置筒体涂覆镍钴涂层，涂层组成为Ni:Co＝2:1；商用DSA网状阳极为50目。
操作条件如下：工业循环水水流速度3.5m/s，处理历时24h；阳极工作电流为15A；阴极除垢阶段工作电流为5A，引入25A脉冲电流进行阴极脱垢；脉冲电流的输入间隔时间为3h，持续时间15min。
循环处理24h，工业循环水总硬度降为103mg/L。相比之下，操作过程中不加脉冲电流，工业循环水总硬度降为197mg/L。通过设置脉冲电流进行阴极除垢，硬度去除量增加了94mg/L。
实施例2
总硬度约为450mg/L的工业循环水采用本发明装置进行处理。该装置筒体涂覆镍钴涂层，涂层组成为Ni:Co＝4:1；商用DSA网状阳极为100目。
操作条件如下：工业循环水水流速度5m/s，处理历时24h；阳极工作电流为10A；阴极除垢阶段工作电流为8A，引入30A脉冲电流进行阴极脱垢；脉冲电流的输入间隔时间为8h，持续时间5min。
循环处理24h，工业循环水总硬度降为213mg/L。相比之下，操作过程中不加脉冲电流，工业循环水总硬度降为317mg/L。通过设置脉冲电流进行阴极除垢，硬度去除量增加了104mg/L。
实施例3
总硬度约为600mg/L的工业循环水采用本发明装置进行处理。该装置筒体涂覆镍钴涂层，涂层组成为Ni:Co＝10:1；商用DSA网状阳极为200目。
操作条件如下：工业循环水水流速度8m/s，处理历时24h；阳极工作电流为5A；阴极除垢阶段工作电流为10A，引入20A脉冲电流进行阴极脱垢；脉冲电流的输入间隔时间为12h，持续时间30min。
循环处理24h，工业循环水总硬度降为358mg/L。相比之下，操作过程中不加脉冲电流，工业循环水总硬度降为483mg/L。通过设置脉冲电流进行阴极除垢，硬度去除量增加了125mg/L。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种循环冷却水处理装置，其特征在于，包括：筒体；
筒体(6)内壁设有金属涂层作为阴极；筒体(6)中设置有阳极(3)；筒体(6)的侧壁设置有进水口(1)，顶部设置有出水管(4)；
筒体(6)的底部设置有锥形筒体(7)；锥形筒体(7)上设置有排垢管(9)。
2.根据权利要求1所述的一种循环冷却水处理装置，其特征在于，出水管(4)安装在筒体(6)的垂直中心线上。
3.根据权利要求1所述的一种循环冷却水处理装置，其特征在于，进水管(1)、筒体(6)、锥形筒体(7)和出水管(4)构成了水力旋流器。
4.根据权利要求1所述的一种循环冷却水处理装置，其特征在于，筒体(6)的外壁设置有电性连接阴极的阴极接线柱(5)；筒体(6)顶部设有上盖，上盖上设置有电性连接阳极(3)的阳极接线柱(2)；阳极接线柱(2)和阴极接线柱(5)分别连接外部直流电源的正极和负极。
5.根据权利要求1所述的一种循环冷却水处理装置，其特征在于，筒体(6)内壁的金属涂层为镍钴涂层。
6.根据权利要求1所述的一种循环冷却水处理装置，其特征在于，所述阳极(3)为圆筒形网状的DSA电极，具有三维立体网状结构。
7.一种利用权利要求1至6中任一项所述循环冷却水处理装置处理循环冷却水的方法，其特征在于，步骤包括：将电源接通，循环冷却水从进水口(1)切向进入筒体(6)，循环冷却水沿筒体(6)的周围切线方向旋转向下运动，在内壁面附近发生阴极反应使钙离子和镁离子从水中析出变成水垢；
当水流达到锥形筒体(7)部位后，转而沿筒体(6)轴心向上旋转，水垢在流体惯性离心力和自身重力作用下沿锥形筒体(7)壁面落入锥形筒体(7)底部经排垢管(9)排出，脱除水垢后的循环冷却水经出水管(4)排出；
水流在阳极(3)附近发生阳极反应，产生活性氯和活性氧用于杀灭微生物。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，装置运行期间，阳极(3)工作电流为5～15A，阴极工作电流为5～10A。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，除垢时，将施加在阴极的直流电提高，形成脉冲电流，电水解产生大量氢气使水垢从阴极脱落。
10.根据权利要求9所述的循环冷却水处理的方法，其特征在于，脉冲直流电流为20～30 A，脉冲电流的持续时间为5～20min，输入间隔时间为3～12h，持续时间为5～30min。
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