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省科学院化工所《滨海电厂海水冷却系统污损控制的研究与工程应用》成果荣获中国电力科学技术奖二等奖

来源: 时间:2020-12-21

  省科学院化工研究所联合省能源集团有限企业及其下属多个滨海发电厂共同完成的《滨海电厂海水冷却系统污损控制的研究与工程应用》成果荣获2020年度中国电力科学技术奖二等奖。

  贻贝、牡蛎、藤壶等是美味的海鲜大餐,但这些美味的海洋生物有时会给滨海工程带来严重损害甚至酿成重大事故。我国在沿海建设的大量火力发电站、核电站等大型滨海工程都是直接利用海水作为冷却介质,经过热交换后再排放到海洋中。在利用海水进行冷却的同时,海洋中的大量生物,包括贝类、藤壶、牡蛎和水螅等也会随着海水进入到冷却系统中。


  图 1 海水冷却系统示意图

  为了阻止海洋生物进入冷却系统,科学家想了许多办法,包括利用孔径很小的滤网筑起一道道防生墙,虽然可以阻隔较大的海洋生物个体,但大量的海洋生物幼体会穿透防生墙,久而久之,就会在冷却系统上安居乐业,大量繁殖,造成管线变窄、流体阻力增大、换热效率降低、金属及混凝土严重腐蚀等问题,不但增加管线输送压力、增加能耗,同时还存在系统堵塞、管线腐蚀的风险,严重影响系统安全稳定运行。

  据统计,海生物在冷却系统的附着,可造成约3%的发电负荷损失。考虑到我国沿海建设的大量火电、核电企业,海洋生物附着造成的发电负荷经济损失是个十分惊人的数字。


  图 2 典型的污损海生物

  为防止海生物附着,目前多数滨海发电企业海水直流冷却系统普遍采用电解海水制氯或直接投加次氯酸钠等方式来控制海生物污染。由于氯系杀生剂具有一定刺激性,当海生物感受到氯系杀生剂的刺激时,会迅速闭合其消化系统,降低摄入量;为达到杀灭海生物附着效果,往往需要连续长时间投加氯系杀生剂的方式。据统计,一台60千瓦发电机组一年最少需投加5400吨次氯酸钠。

  针对长期困扰滨海电厂冷却系统的海生物附着繁殖造成的系统换热效率低、管线堵塞及机组运行安全等产业共性问题,化工所水处理中心科研团队经过近十年技术攻关,研究开发了新型环境友好的海生物防污剂,利用其良好的分子亲和力和分散性能,在系统内壁表面形成光滑的保护膜,有效阻止海生物幼体附着,大幅降低了氯系杀生剂的投放量;与此同时,海生物防污剂还具有良好的分散性能,可使冷却系统内壁的生物粘泥结构疏松,在水流带动下排出冷却系统外,破坏海生物在冷却系统附着生长的“土壤”环境,以“驱离防污”代替“杀灭控制”,从源头上起到防止海生物附着生长的目的。

  本项目已在广东省能源集团有限企业旗下的广东红海湾发电有限企业等8个大型滨海电厂中推广应用,涵盖粤东、粤西和珠三角海域30%以上滨海火力发电厂,整体提升了海生物控制效果,提高了机组换热效率,减少约80%杀生药剂投放量,降低运维成本,大幅减少燃煤消耗量,减少二氧化碳排放约31万吨、二氧化硫排放约960吨、氮氧化物排放约530吨、粉尘排放约3420吨,近三年直接经济效益约2.4亿元,不但从源头解决了滨海海洋工程冷却系统海生物附着生长的问题,打破国外技术和市场垄断,成为行业技术标杆,而且为改善生态环境、实现可持续发展做出重要贡献,具有显著的经济和生态效益。

原进口技术控制效果

本项目技术(科学院化工所)

进水侧钛管面粘泥和结垢严重,凝汽器水室附着较多粘泥、褐贝和藤壶等海生物。

使用本技术,钛管面光亮,钛管内无粘泥结垢和海生物堵塞,凝汽器洁净度明显提高。凝汽器水室可见大部光亮水泥面。

  

图3 应用效果对比


原进口技术控制效果

本项目技术(科学院化工所)

出水口泡沫较多,容易在附近海面集聚。需投加大量消泡剂。

出水口基本无泡沫,无需投加消泡剂。

  

图4 减少出水口泡沫

  省科学院化工所 高茜斐/供稿)

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