复合网状阴极增强电化学除垢性能研究

作     者：栾谨鑫 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘贵昌;周英正

授予年度：2019年

学科分类：0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 

主      题：阴极 电化学除垢 除垢速率 能量消耗 循环冷却水 

摘      要：工业循环冷却水系统的稳定是工业生产正常运行的重要前提。结垢是破坏循环水系统稳定的主要问题之一,结垢会引起管道阻塞、传热效率下降以及垢下腐蚀等问题,往往造成设备的非正常停机以及能源和材料的巨大浪费,甚至导致严重的安全环保事故。电化学除垢技术被称之为“环境友好型技术,运行简单、除垢有效并且不会对环境造成二次污染。虽然电化学除垢技术具有无法替代的优势,但低除垢速率和高的电极面积需求限制了该技术的应用。本文围绕复合网状阴极增强电化学除垢装置性能进行了系统研究。首先,对商用电化学除垢装置使用案例分析,由于该装置除垢速率过低,该循环水系统使用的除垢器台数(3台)远小于所需除垢器台数(23台),导致循环水系统内结垢严重。之后,为提高除垢速率,发明了多层复合网状阴极,该阴极具有较大的比表面积,且该阴极的实际工作面积不会因为水垢的沉积而降低,并对电极结构和阴阳极排列方式进行优化,复合网状阴极在层数为7层,阴阳极紧密平行排列时,阴极除垢速率最高。复合网状阴极除垢速率的提高归因于该阴极的特殊结构,该结构可将化学反应(碱度产生和水垢沉积)分离和定位到复合网状阴极的不同区域,使得内层产生的大量OH和外层上已经沉积的水垢加速了后续水垢的沉积,从而提高了除垢速率。随后,通过使用复合网状电极的电化学除垢装置进行除垢实验,新型除垢装置阴极除垢速率高达29.2 g/mh,能量消耗降至6.0 kWh/kg CaCO,相比于国内外已发表的文献除垢速率高出2-10倍,能耗降低3倍以上。在此基础上,通过电化学除垢技术的中试实验进行装置性能测试,中试除垢装置除垢速率高达27 g/mh,电化学除垢装置可以维持水体保持不结垢的稳定状态,可将浓缩倍数提高至15.5,延长排污周期,达到节水的目的。对于阴极表面碳酸钙、氢氧化镁等水垢的清洗,提出采用高压水射流的方法进行阴极再生。最后,据中试结果针对某橡胶公司循环水系统给出工业化应用方案,并对该技术进行经济评估。本项目的实施,可有效控制循环水系统内的结垢与腐蚀,同时可节约经济成本25.66万元/年,节约工业补水3.9万吨/年。