CN111777198A - 一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统及方法，包括电化学反应单元和烟道气输送单元，其中，电化学反应单元上设置有热网水入口和热网回水出口；所述热网水入口连接热网水旁路出水口；所述热网回水出口连接热网水旁路回水口；所述电化学反应单元上还设置有进气口，所述进气口连接烟道气输送单元的出气口；所述电化学反应单元上设置有排气口，所述排气口连接热电厂烟道的旁路进气口；本发明在降低成本的同时，提高了能源利用率。
Description
技术领域
本发明属于热电厂领域，具体涉及一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统及方法。
背景技术
我国北方地区热电厂的补充水来源往往具有较高的硬度，在高温下容易在管道和换热器表面结垢，影响正常运行。常规的化学除盐法、膜法或离子交换树脂法处理，会造成化学药剂的二次污染；原水的高硬度导致再生频繁，消耗大量的酸碱和水资源，在原本就缺水的北方地区，对电厂造成较大的成本压力。近年来，随着环保问题的凸显和环保意识的增强，国家对节水减排的要求越来越严格，亟需开发一种化学加药量低、排污量少、成本较低的高效热网水处理工艺，以适应未来发展的需求。
电化学技术是一种新型的水处理工艺，它通过阴极区和阳极区的电化学反应，实现结垢物质和微生物的去除，具有不投加化学水处理药剂、不产生二次污染、投资和运行费用低、节水、节能等优点。电化学技术用于水质除垢目前仅在国内钢铁、冶金、化工等领域的循环水有一些应用研究，针对热网水除垢处理的应用尚未实现。
电化学处理技术的基本原理是通过电极反应，在阴极区附近聚集高浓度氢氧根，使水中的钙镁等硬度离子形成沉淀而去除；同时在阳极区产生具有强氧化性的羟基自由基等物质，可对水中的细菌等微生物产生持续杀灭作用，防止生物黏泥的产生。为促进阴极区钙镁离子的去除，需促进碳酸根的产生，但是采用外加碳酸钠等药剂的方法会造成额外的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统及方法，解决了现有的热电厂的补充水来源在进行水处理时存在的成本高的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，包括电化学反应单元和烟道气输送单元，其中，电化学反应单元上设置有热网水入口和热网回水出口；所述热网水入口连接热网水旁路出水口；所述热网回水出口连接热网水旁路回水口；
所述电化学反应单元上还设置有进气口，所述进气口连接烟道气输送单元的出气口；
所述电化学反应单元上设置有排气口，所述排气口连接热电厂烟道的旁路进气口。
优选地，还包括有水质监测和控制单元；所述水质监测和控制单元分别与电化学反应单元和烟道气输送单元连接；用于采集电化学反应单元中水的水质参数情况，并根据水质参数情况向电化学反应单元和烟道气输送单元输出电流、电压或气体流量的调控指令。
优选地，所述水质监测和控制单元包括数控系统和水质探头，其中，水质探头用于采集电化学反应单元中水的水质参数情况，并将采集到的数据传输到数控系统；数控系统用于根据将接收到的数据进行显示，同时，根据水质参数情况向电化学反应单元输出电流、电压，以及向烟道气输送单元输出气体流量调控指令。
优选地，所述电化学反应单元包括电源、阴极、阳极、电控刮垢装置和外壳，其中，所述外壳为一端开口、一端封闭的筒状结构；所述阴极为筒状结构，置于壳体内且紧贴壳体的内侧壁；所述阳极为柱状结构，置于壳体的中心位置；所述电控刮垢装置的工作部分与阴极表面相接触。
优选地，所述柱状阳极为Ru-Ir复合金属氧化物；筒状阴极为碳钢。
优选地，所述电控刮垢装置包括变频电机和刮刀，其中，变频电机的输出轴与刮刀连接，用于驱动刮刀转动；所述刮刀的工作端与阴极的表面相接触。
优选地，所述电化学反应单元上还设置有排污口，所述排污口连接有污泥处理单元。
优选地，污泥处理单元包括污泥输送泵、污泥脱水装置和贮存池，其中，电化学反应单元的排污口经过污泥输送泵连接污泥脱水装置的入口；污泥脱水装置的泥饼出口连接贮存池。
一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理方法，基于所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，包括以下步骤：
分别将热网水和电厂烟道气输送至电化学反应单元中进行电化学反应，其中，烟道气中的二氧化碳与电化学反应单元阴极区的OH-发生反应，生成碳酸根，碳酸根与钙镁离子结合形成结垢物质，结垢物质沉积在阴极表面，从而从水中去除钙镁离子；
电化学反应单元的产水进入热网水旁路回水口；
电化学反应单元的排气进入烟道旁路进气口。
优选地，通过水质监测和控制单元实时监测电化学反应单元内水的水质参数，并根据采集到的水质参数向电化学反应单元和烟道气输送单元输出调控指令，具体地：
当LSI指数大于等于1时，电化学反应单元的电流增大，烟道气输送单元的气体流量增加；
当LSI指数大于0且小于1时，电化学反应单元的电流不变，烟道气输送单元的气体流量不变；
当LSI指数小于等于0时，电化学反应单元的电流降低，烟道气输送单元的气体流量减少。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统及方法，利用电化学处理代替了传统的化学药剂法、膜法或离子交换树脂法，从而避免了药剂购买的成本，降低了检修再生的需求，避免了大量酸碱废水和药剂废水的产生；同时，利用电厂的高温烟道尾气中的二氧化碳与电化学反应单元阴极区的OH-发生反应，生成碳酸根，碳酸根与钙镁离子结合形成结垢物质，结垢物质沉积在阴极表面，从而从水中去除钙镁离子；本发明在降低成本的同时，提高了能源利用率。
进一步的，通过水质监测和控制单元实现对处理深度的实时灵活调整，提高了热网水结垢物质的去除效率。
进一步的，通过电化学反应和刮垢装置将结垢排出系统外，使换热器和管道结垢的风险大大降低。
附图说明
图1是本发明涉及的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，包括电化学反应单元1、水质监测和控制单元2、烟道气输送单元3和污泥处理单元4，其中，电化学反应单元1上设置有补充水入口和补充水出口，所述补充水入口和补充水出口分别连接供水母管的出水口和入水口。
所述电化学反应单元1上还设置有进气口，所述进气口连接烟道气输送单元3的出气口。
所述电化学反应单元1上设置有排气口，所述排气口连接热电厂烟道的旁路进气口。
所述热电厂烟道的旁路出气口连接烟道气输送单元3的进气口。
所述电化学反应单元1上设置有排污口，所述排污口连接污泥处理单元4。
所述水质监测和控制单元2分别与电化学反应单元1和烟道气输送单元3连接；用于采集水质参数，并根据水质参数控制电化学反应单元1和烟道气输送单元3的发出电流、电压或气体流量调控指令。
具体地：
所述电化学反应单元1包括电源、阴极、阳极、电控刮垢装置和外壳，其中，所述外壳为一端开口、一端封闭的筒状结构；所述阴极为筒状结构，且置于壳体内，紧贴壳体的内侧壁；所述阳极为柱状结构，置于壳体的中心位置。
所述电控刮垢装置包括变频电机和刮刀，其中，变频电机的输出轴与刮刀连接，用于驱动刮刀转动；所述刮刀的工作端与阴极的表面相接触，用于刮除阴极表面积垢。
所述电化学反应单元1上开设的进水口、出水口、进气口、排气口和排污口均布置在壳体上。
所述电源为直流电源，电流和电压可调节，分别向阴极、阳极和电控刮垢装置供电。
所述水质监测和控制单元2包括数控系统和水质探头，其中，水质探头用于采集电化学反应单元1中的水中的水质参数(硬度离子和LSI指数)，并将采集到的数据传输到数控系统；数控系统是数据收集、显示和处理中心，可显示水质探头采集到的水质参数，并根据水质参数情况向电化学反应单元1发出电流、电压，或向烟道气输送单元3发出气体流量调控指令。
所述烟道气输送单元3包括气体管道，其中，所述气体管道的进气口连接热电厂烟道出气口；所述气体管道的出气口连接电化学反应单元1的进气口；电化学反应单元1的排气口连接热电厂烟道的旁路进气口。
所述气体管道的进气口与热电厂烟道出气口之间的连接管道、所述气体管道的出气口与电化学反应单元1的进气口之间的连接管道、以及电化学反应单元1的排气口与热电厂烟道的旁路进气口之间的连接管道之间均设置有电磁阀。
污泥处理单元4包括污泥输送泵、污泥脱水装置和贮存池，其中，电化学反应单元1的排污口经过污泥输送泵连接污泥脱水装置的入口；污泥脱水装置的泥饼出口连接贮存池。
在电化学反应单元1中，所述柱状阳极为Ru-Ir复合金属氧化物；筒状阴极为碳钢。
一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理方法，该方法是利用上述系统实现的，所述方法包括：
步骤1，热网水从热网水旁路出水口引出，通过供水母管进入电化学反应单元1；同时电厂烟道气经烟道气输送单元3进入电化学反应单元1；
步骤2，热网水在电化学反应单元1中，在水质监测和控制单元2的控制下，在电流作用下发生电化学反应；
步骤3，电化学反应单元1的产水进入热网水旁路回水口；排气进入烟道旁路进气口，结垢物质进入污泥处理单元4进行脱水处理。
所述步骤(1)中，热网水的旁路出水口在热网水供水母管上；烟道旁路出气口在烟道脱硝、脱硫、除尘单元之后，烟囱之前；
所述步骤(1)中，烟道气中的二氧化碳与电化学反应单元阴极区的OH-发生反应，生成碳酸根，碳酸根与钙镁离子结合形成结垢物质，结垢物质沉积在阴极表面，从而从水中去除钙镁离子。
所述步骤(2)中，水质监测和控制单元2的水质探头位于电化学反应单元1的排水口和热网水的旁路回水口之间，检测硬度离子和LSI指数；
所述步骤(2)中，水质监测和控制单元2的控制策略为：
当LSI指数大于等于1时，电化学反应单元1的电流增大，烟道气输送单元3的气体流量增加；
当LSI指数大于0且小于1时，电化学反应单元1的电流不变，烟道气输送单元3的气体流量不变；
当LSI指数小于等于0时，电化学反应单元1的电流降低，烟道气输送单元3的气体流量减少。
所述步骤(3)中，热网水的旁路回水口在热网水供水母管上，旁路出水口之后；烟道的旁路进气口在烟道旁路出气口之后，烟囱之前；
所述步骤(4)中，获得的污泥为碳酸钙和氢氧化镁的混合物。
Claims (10)
1.一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，包括电化学反应单元(1)和烟道气输送单元(3)，其中，电化学反应单元(1)上设置有热网水入口和热网回水出口；所述热网水入口连接热网水旁路出水口；所述热网回水出口连接热网水旁路回水口；
所述电化学反应单元(1)上还设置有进气口，所述进气口连接烟道气输送单元(3)的出气口；
所述电化学反应单元(1)上设置有排气口，所述排气口连接热电厂烟道的旁路进气口。
2.根据权利要求1所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，还包括有水质监测和控制单元(2)；所述水质监测和控制单元(2)分别与电化学反应单元(1)和烟道气输送单元(3)连接；用于采集电化学反应单元(1)中水的水质参数情况，并根据水质参数情况向电化学反应单元(1)和烟道气输送单元(3)输出电流、电压或气体流量的调控指令。
3.根据权利要求2所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，所述水质监测和控制单元(2)包括数控系统和水质探头，其中，水质探头用于采集电化学反应单元(1)中水的水质参数情况，并将采集到的数据传输到数控系统；数控系统用于根据将接收到的数据进行显示，同时，根据水质参数情况向电化学反应单元(1)输出电流、电压，以及向烟道气输送单元(3)输出气体流量调控指令。
4.根据权利要求1所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，所述电化学反应单元(1)包括电源、阴极、阳极、电控刮垢装置和外壳，其中，所述外壳为一端开口、一端封闭的筒状结构；所述阴极为筒状结构，置于壳体内且紧贴壳体的内侧壁；所述阳极为柱状结构，置于壳体的中心位置；所述电控刮垢装置的工作部分与阴极表面相接触。
5.根据权利要求4所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，所述柱状阳极为Ru-Ir复合金属氧化物；筒状阴极为碳钢。
6.根据权利要求4或5所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，所述电控刮垢装置包括变频电机和刮刀，其中，变频电机的输出轴与刮刀连接，用于驱动刮刀转动；所述刮刀的工作端与阴极的表面相接触。
7.根据权利要求1所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，所述电化学反应单元(1)上还设置有排污口，所述排污口连接有污泥处理单元(4)。
8.根据权利要求7所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，其特征在于，污泥处理单元(4)包括污泥输送泵、污泥脱水装置和贮存池，其中，电化学反应单元(1)的排污口经过污泥输送泵连接污泥脱水装置的入口；污泥脱水装置的泥饼出口连接贮存池。
9.一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理系统，包括以下步骤：
分别将热网水和电厂烟道气输送至电化学反应单元(1)中进行电化学反应，其中，烟道气中的二氧化碳与电化学反应单元(1)阴极区的OH-发生反应，生成碳酸根，碳酸根与钙镁离子结合形成结垢物质，结垢物质沉积在阴极表面，从而从水中去除钙镁离子；
电化学反应单元(1)的产水进入热网水旁路回水口；
电化学反应单元(1)的排气进入烟道旁路进气口。
10.根据权利要求9所述的一种利用电厂烟道气的热网水电化学处理方法，其特征在于，通过水质监测和控制单元(2)实时监测电化学反应单元(1)内水的水质参数，并根据采集到的水质参数向电化学反应单元(1)和烟道气输送单元(3)输出调控指令，具体地：
当LSI指数大于等于1时，电化学反应单元(1)的电流增大，烟道气输送单元(3)的气体流量增加；
当LSI指数大于0且小于1时，电化学反应单元(1)的电流不变，烟道气输送单元(3)的气体流量不变；
当LSI指数小于等于0时，电化学反应单元(1)的电流降低，烟道气输送单元(3)的气体流量减少。
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