JDX电化学冷却循环水处理设备

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基础信息

C201809180210B
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装备制造
环保行业、水体污染治理、废气处理|空气净化

技术详述

一、技术背景

冷却循环水处理的问题:

  1. 结垢:硬垢或无机垢(常见的碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、硅酸镁等);软垢或污垢(常含有泥渣、粉尘、沙粒、腐蚀产物、微生物、菌落和分泌物、胶状物、一般碎屑等)。
  2. 腐蚀:微生物腐蚀(微生物的直接或间接参加,引起的金属毁坏作用);溶解氧腐蚀(由于溶解氧的去极化作用,促进了金属表面的微电池的反应速度);点腐蚀又称孔蚀(主要特征是在金属表面上产生某些呈点状或小孔状的局部腐蚀)
  3. 菌藻滋生:微生物滋生(冷却水的控制条件温度、PH 、DO 、碳源、氮源、无机盐等满足微生物滋生条件);真菌;细菌; 军团菌;藻类

冷却循环水系统三大问题的影响:

  1. 降低热交换系数:1mm厚的水垢降低热交换效率高达70%。通常将制冷能力增加   5~20%的余量,来补偿结垢带来的热交换损失;
  2. 增加电能消耗:1mm厚的水垢能够增加额外7.5%的能耗,1.5mm厚增加15%,7mm厚增加能耗超过70%;
  3. 堵塞热交换器、冷冻机、泵、管道和阀门:增加水压,减少水流量、导致泄漏、损坏设备及管道 ;
  4. 增加水耗、降低冷却效率:增加外排水量、提高处理及用水成本;
  5. 缩短整体冷却系统寿命。


二、技术原理

电化学原理,阴级反应:电级板周边水得到电子后进行 2H2O+2e→H2+OH形成局部PH值升高,导致水中的矿物质进行预先结垢。同时水中的CO2在电解的作用下CO2+OH→HCO-、HCO-+OH-→CO32-+H2O,OH-和CO32-与Ca2+形成Ca(OH)2和CaCO3等聚集在级板上。

阳级反应:在阳级区域CL--e→CL同时O2+2H2O-2e→O从而到达杀菌灭藻的功能。


原理如图1所示:

                               图1 原理图

三、应用与影响

  • JDX型电化学冷却水处理装置”(专利号:201520499432)采用了创新的优化结构设计,比传统的电化学处理设备大幅度提高了处理效果及处理能力。
  • JDX型电化学冷却水处理装置“采用了阴阳电极间隔插取结构,大幅度提高收集水垢的有效面积,同时水垢的去除简便快速,维护和运行管理极为方便。
  • JDX冷却循环水综合处理设备(电化学除垢灭菌仪)是利用电解的原理来处理冷却循环水中的结垢、腐蚀、细菌藻类滋生三大问题、并可以大大减少各类化学药剂的投加以及外排废水的水量和频次。同时降低循环水中的氯离子的含量。在实际运作中,与传统的化学处理技术相比,其处理效果及运行成本具有很大的优势和实用性。



装置原理如图2所示:

    图2 装置原理图

装置外观如图3、4所示:

                            

图3 装置外观图

                           

图4 装置外观图




技术优势

与传统冷却循环处理技术的对比如下:

冷却循环水传统处理技术 :

循环冷却水处理方法主要分为:物理处理和化学处理

  1. 物理处理技术主要有:磁处理、静电处理、光化学处理、超声波处理等,通过改变水垢的形态来阻止在金属表面的析出及沉积。 
  2. 化学处理技术通常是向补充水中加入一定量的水质稳定剂如:阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂等来防止水系统的结垢与腐蚀。

无论是物理还是化学手段,冷却水中的水垢(如钙镁离子)没有根本从水中彻底去除。尤其是投加化学药剂的方法,增加了冷却水中的化学成分和浓度,不可避免需定期向外排放一定量的冷却水并补充新鲜水源。不但浪费大量的水资源,且排放的污水也将产生二次污染,需要二次处理,增加处理及运行费用。

电化学循环冷却水处理技术:

  1. 在冷却水中施加一定量的电场,利用在电场的阳极和阴极之间的电化学作用,从而达到对冷却水的全面处理效果。电化学循环水处理简是以电解原理和极性水分子理论为基础发展起来的环保新技术。它可以直接去除水垢,包括已经结晶在水循环管路上的垢,能杀菌、控制浓缩倍数的增长、降解有机物质、节水、节能、无污染等性能,是冷却循环水处理的最终解决方案。 比传统的电化学处理设备大幅度提高了处理效果,其特性有除垢彻底,采用新型交叉隔板设计,通过电解反应,水中容易结垢的物质很容易在在阴极上汇集形成结垢层,并可很容易对水垢层的进行人工刮除,彻底排出循环水系统之外。
  2. 除氯防腐:由于电化学的作用,冷却水中的氯离子转化为氯气。减少水中的氯离子含量,减少换热器的金属表面的氯离子腐蚀。 
  3. 严控菌藻:电解产生臭氧、双氧水和氯气,有效杀灭细菌和藻类,预防细菌和藻类代谢产生的粘泥形成污垢,从而预防垢下穿孔腐蚀,净化了水质。 
  4. 节省费用:用投加化学药剂,溶解态的结垢物质变成了固体去除,水可以在更高的浓缩倍数下运行而不结垢,大幅度减少冷却水外排量,因此可以节省新鲜水40%以上。垢被去掉后,换热效率大大提高,节能5-15%。
  5. 简化管理:电化学装置运行无需人工干预,自动化操作程度高,调试正常运行后几乎不需要操作人员干预,减少投加药剂所带来的操作,设备维护方便简单。
  6. 无污染物排放,大幅度减少污染物排放,外排水不含有害化学品,无需二次处理。净化水质,不会给冷却水带来二次污染。

JDX电化学冷却循环水处理设备优势

  1. 不用投加化学药剂,正在使用的化学药剂可以逐步减少,直至取消;
  2. 大大减少外排水数量,不但大幅度减少用水量,同时减少废水处理成本;
  3. 降低水中的氯离子含量,大大延缓设备腐蚀程度,延长设备使用寿命;
  4. 大幅度减少循环冷却系统的结垢以及系统的清洗和维护带来的运行成本。



注:JDX型电化学冷却循环水处理设备的安装使用 

JDX 电化学循环水处理设备安装在循环水水池边,通过水泵与设备的进水口与循环水水池连接,并通过设备的出水口回流至水池。

设备通过电源控制系统进行电化学处理,随着水垢在阴极板上的沉积,电源控制系统的流量逐步下降至原始数值的80%后应关闭系统,排空设备,进行水垢清理。

如图5、6所示:

                           图5 安装应用图


                           图6 安装应用图  


效果指标

目前,该方案已通过中试,进入生试阶段。我们通过测试实验得出下列结论:

JDX冷却循环水处理技术达到目标

  1. 热交换系数最大化,降低运行消耗,节能减排,减少生产成本;
  2. 防止结垢、腐蚀、生物粘泥滋生,维护冷却循环系统稳定运行;
  3. 增加浓缩倍数,节约用水,减少补充水,基本实现“零”排放;
  4. 不使用化学品,降低对健康和环境的伤害,不产生二次污染;
  5. 提高设备寿命, 防止物料泄漏、容器爆裂,避免不必要的停车;
  6. 减少维护费用、清洗频率、维修费用和劳动力,降低总运行成本。

实验效果如图7所示:

                            图7 实验效果对比图


案例描述

应用实例:

(1)山东某焦化公司
循环水应用在余热发电和生产用水,总循环量在10000立方/小时,使用地下水,之前使用药剂处理,长期存在结垢腐蚀,菌藻排水多等问题,使用我们的CEC电化学冷却循环水系统后根本上解决了长期困扰的问题。循环水冷却效果和用水效率得到极大提高。 

(2)山东某水泥厂
循环水应用在余热发电和生产用水,总循环量在10000立方/小时,使用地下水,之前使用药剂处理,长期存在结垢腐蚀,菌藻排水多等问题,使用我们的CEC电化学冷却循环水系统后根本上解决了长期困扰的问题,第一期设备即节省费用78.36万/年。循环水冷却效果和用水效率得到极大提高。 

(3)上海某发电厂
循环水应用在燃煤发电冷却,总循环量在20000立方/小时,使用地下水,之前使用药剂处理,长期存在结垢腐蚀,菌藻排水多等问题,使用我们的CEC电化学冷却循环水系统后根本上解决了长期困扰的问题。循环水冷却效果和用水效率得到极大提高。

客户案例分析:(循环水量:2000立方/小时,二台JDX-2000型)  

使用JDX系统后的效果:

电导率、PH值在一个月后开始改善,水质、堵塞率都有改善,4个月后水垢基本消失。具体实验效果如表1、2、3、4所示:

   表1 具体实验数据

                              表2 具体实验数据


                             表3 具体实验数据

备注:运行费用分析:(循环水量:2000立方/小时,二台JDX-2000型)                          

表4 JDX电化学法与化学药剂法技术综合性能比较

补充说明:

  1. JDX-系列在处理循环水时,因采用的是旁路小水循环处理,前期有大约一个月到两个月的水质过渡期(即老垢、灰尘、铁锈、菌泥会慢慢溶解在循环水中需排除体外)。为了提高处理效率,需定期排水,二个月约需三到四次,每次约需蓄水量30-50%。
  2. 由于本设备无法全部去除水中全部的Cl-离子、K+离子与Na+离子及相应盐类,在水处理设备运行二个月后根据具体水质情况,可能每二个星期至一个月需排水一次,每次排水量根据不同的客户的水质情况及运行系统决定。
  3. 本设备在使用时,可根据需要可以和化学药剂联合使用,处理效果可能更佳。     


适用对象

解决废气与废水(非除垢)等方案的企业、冷却水应用类企业、焦化厂、电厂、造纸厂 。