福建晋江天然气发电有限公司
关键词：联合循环机组；电解海水制氯设备；运行方式优化；经济性；维护
0 引言
福建晋江天然气发电公司1号～4号机组是由引进GE技术哈动公司生产的燃气-蒸汽联合循环发电机组，属于S109FA系列，机组额定负荷395 MW。目前4台机组均采用昼启夜停的调峰运行模式[1]。
联合循环机组的凝汽器冷却水与机组闭冷器的循环冷却水均取至海水。由于海水中存在着海生物，如藤壶、贻贝、海草及藻菌等，这些海生物的附着性极强。当它们及它们的孢子或卵进入凝汽器的冷却水系统后，往往附着滋生在管壁上，使管道阻力增加，严重影响凝汽器的换热效果，最终导致影响汽轮机的出力和安全运行。对于循环冷却水处理方式是利用海水电解制氯来实现循环水的加氯处理。
由于联合运行机组一般作为调峰运行机组，均采用昼启夜停运行模式。本文通过对典型调峰运行的S109FA燃气-蒸汽联合循环机组电解海水制氯设备的运行过程中出现的问题加以探讨和优化。对于对于延长设备使用寿命、减少检修维护费、强化化学监督对联合循环机组的安全运行具有重要的意义。
1 电解海水制氯的工作原理及工艺
1.1 工作原理
在海水氯离子浓度为10000mg/L时，将流量恒定的海水注入一无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，在电场的作用下，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2Na+ + 2H2O+2e → H2↑+ 2NaOH
溶液中化学反应: Cl2+2NaOH → NaCl+NaClO+H2O
总反应式: 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。
利用天然海水做为电解质，通过电解海水中的盐产生次氯酸钠HClO分子或ClO-的杀伤作用有两个：一是氧化，二是氯原子取代蛋白质分子中的氮原子，从而导致有机物死亡。因而次氯酸钠可作为冷却水的有效杀生药剂。
1.2 电解海水制氯的工艺流程如下图
图-1
2 当前电解海水制氯运行方式及存在问题
2.1 当前电解海水制氯的运行方式
目前我厂电解海水制氯设备为单台次氯酸钠发生器运行其产氯量为60kg/h(海水氯离子浓度为 10000mg/L），满足每台机组的循环冷却水连续加氯量1.0 mg/L 。运行方式为机组启动正常后，启动电解海水制氯系统，开启对应运行机组的前池加药手动门，未开机组则不进行加药。当次氯酸钠储液罐液位高达5米时，自动停运电解海水制氯发生器，采用自流形式进行连续加药。
2.2 当前运行方式引起各机组海水排放余氯超标
由于当前各机组循环水前池加药均采用手动调节加药且机组启动正常后，方启动电解海水制氯系统当次氯酸钠储液罐液位高达5米时才停运，这就容易造成加药量控制不稳定。正常海水排放余氯含量控制在0.1-0.2 mg/L，当在我们定期检测中发现各机组海水排放经常超过允许值数倍甚至数十倍允许值。电厂海水排放口余氯超标将影响邻近水域浮游植物光合作用和呼吸作用，长期超标将影响海水排放口的生态环境，故应当引起重视。表1为2016年03月份以来我厂海水排放余氯手测值超过标准值较多的情况。
2.3 机组全停期间海水制氯设备未运行
由于联合循环机组调峰运行，机组在节假日或者长时间调停期间，循环水前池也未加药，但联合循环机组的闭冷器仍需要海水冷却。这时候海水中的微生物和软体生物进入凝汽器的冷却水系统后却没有进行加氯消杀，微生物就容易附着滋生在管壁上。所以针对目前海水制氯设备的运行方式，在机组长时间停运备用期间存在微生物消杀的盲区。
2.4 机组在循泵运行方式改变及夏、秋季节与秋、冬季节加药量未做调整
我厂位于台湾海峡，夏秋季节海水温度较高此时微生物繁殖速度快，春冬季节海水温度偏低不利于微生物的繁殖。故在夏秋季节应当让加药量达到上线，以抑制微生物在管壁上生长。同时目前机组循环水泵有两机三泵运行与单机单泵、单机两泵运等行方式，故应调整各前池加药量，目前对运行方式变化而调整的加药量关注较少。
3 海水制氯设备的优化运行的一些想法
3.1 全厂循泵运行台数变化时调整海水制氯设备的运行电流
全厂循环水泵运行台数受机组运行数量、冬夏季循泵运行方式的影响。循泵运行台数同样对循环水流量的变化影响较大。我厂单台次氯酸钠发生器运行其产氯量为60kg/h，若单台机组运行时，进行制氯设备进行加氯消杀，此时往往会由于循环水的流量较小导致加药量过多、海水排放口的氯离子超标。故建议根据机组运行方式和季节变化对药量的不同要求，调节电解槽电流 。 这样做不仅有利于节能，更能做到加药量精准。
3.2 利用电网波谷电价运行海水制氯设备
目前电解海水制氯设备的运行方式为机组运行期间运行，此时消耗的为厂用电，在机组运行期间厂用电的成本为0.54元KW?H。福建省电网下网电价分为波峰电价（0.8236元/KW?H）、波谷电价（0.3005元/KW?H）、平电价（0.5622元/KW?H）。而对应的时间区间为波峰时间（8:30-11:30、14:30-17:30、19:00-21:00）、波谷时间（21:00-6:00）、其余时间为平电价。我厂电解海水制氯设备运行区间若在波谷时间（21:00-6:00）运行将会利用电网的电价政策额外创收。根据2015年厂用电量统计数据，月平均制氯变A、B电量的消耗为28000KW?H,改变电解海水制氯设备运行时间，一年的经济效益就28000*12*（0.54-0.3005）=80600元。这就要求储液罐相关阀门严密性要好，在夜间波谷时间将药液制好，待机组运行期间再进行加药。
3.3 改造前池加药设备优化加药方式
#1-4机组加药方式均为手动阀调节加药量。手动调节阀不仅不易控制加药的流量大小，而且循泵房离集控较远不便随时调整。因自动停运电解海水制氯发生器后，采用自流形式加药，加药流量大小也受储液罐液位高、低的影响，故建议将#1-4机组前池加药更改为远方电动调节阀且在阀后增加流量测点，便于观察加药流量变化。使循环水加氯更加精准科学。避免出现环保事件或者凝汽器等无法正常杀菌，无法微生物生长。
3.4 机组全停期间运行电解海水制氯设备
由于我厂机组受电网运行影响，机组在节假日或者长时间调停期间，循环水前池也未加药，开式水系统、循环水系统需要进海水。这时候由于海水未进行加氯消杀，海水中的微生物容易在凝汽器、管道、板换、滤水器等设备中繁殖，影响设备的安全和经济运行。所以针对机组长时间调停或者备用时，未操作进行加氯消杀的盲区情况，应在机组长停运期间，启动电解海水制氯设备进行加药。通常在#1、3机组前池（停机冷却水泵所在位置）进行加药方能覆盖至全厂循环水管道。
论文作者:吴咏康
论文发表刊物:《电力技术》2016年第6期
论文发表时间:2016/10/17
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