[發明專利]一種基于振動強化倒極脫垢的電化學除硬裝置及方法

在審

• 申請號: 202011068235.6
• 申請日: 2020-10-08
• 公開（公告）號: CN112268483A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 朱田震;姚光源;陶蕾;于德澤;何愛珍;趙新星
• 申請（專利權）人: 中海油天津化工研究設計院有限公司;中海油能源發展股份有限公司
• 主分類號: F28G7/00
• 分類號: F28G7/00;F28G9/00;F28G15/00;C02F9/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一種基于振動強化倒極脫垢的電化學除硬裝置，該電化學除硬裝置包括依次連接的電解裝置、過濾罐和緩沖罐單元，其中電解裝置的下部設置有原水進水口與原水進水管相連，頂部或側面設置有振動發生器，底部設置有排渣口，所述的電解裝置、過濾罐和緩沖罐個單元進出口設置為下進上出；所述的電解裝置自頂部至底部依次包括電極區、布水區和排渣區，電極區頂部固定并均勻分布有板式、絲束式或其他形式的陰、陽極，陰極與陽極邊緣間距大于6mm，其中陰極材質為鈦或者其合金，或者其他閥型金屬或合金，且陰極壁面平滑。本發明電化學除硬裝置可以有效解決傳統電化學除硬過程中陰極表面垢層難清理、有效陰極面積小且設備占地面積大的問題。

技術領域

本發明涉及一種基于振動強化倒極自清垢的電化學除硬裝置及方法，屬于電化學除硬領域。

背景技術

換熱設備結垢問題廣泛存在于石化、電廠、油田注采、食品、造紙、脫鹽、半導體制造以及供暖等各個領域。結垢往往導致管道阻塞、傳熱效率下降以及垢下腐蝕等問題，造成設備的非正常停機以及能源和材料的巨大浪費，極大增加了生產成本和維護成本。由于水質原因，國內換熱器污垢中，以鈣鎂型析晶污垢最為典型，危害較大。為緩解設備結垢，研究者嘗試了各種策略。當前最為有效的阻垢手段仍是向水中投加化學阻垢劑，通常很少劑量阻垢劑就能達到抑垢效果。

然而傳統投加化學藥劑法存在藥劑費昂貴、運行成本高以及系統排污廢水二次污染等弊端。

電化學除硬技術因其操作簡單和環境友好等優點而頗受關注。該技術的原理在于：H₂O、O₂等物質在陰極被還原成OH^-，形成局部堿性環境，以此打破電極/水界面的碳酸鹽平衡，促使Ca²⁺以CaCO₃固態形式析出，此外Mg²⁺主要以Mg(OH)₂固態形式析出，進而降低水體的硬度，同時陰陽極反應生成的OH^-、O₃、Cl₂等氧化性物質，可進一步抑制循環水中菌藻滋生，具有殺菌滅藻功能。

目前，制約該技術的關鍵難題之一是電極表面沉積垢的清除問題。除了人工周期性清除方案外，當前最成熟的解決手段是刮刀刮垢，以恢復電極的電化學活性。其弊端之一是刮垢不徹底，影響電極穩定性；另一個問題是刮垢系統占據了大量反應器空間，大大縮減了有效陰極面積，導致設備除硬效率偏低；而且為便于刮垢，陰極形狀設計受到很大限制，如常見的桶式電化學除硬器，常以桶內壁作陰極，陽極置于反應器中心，陰陽極之間大量空間作為旋轉刮刀的活動區，在大水量工況下，若要滿足除硬要求，設備數量需足夠多，這極大增大投入成本和占地面積，從而限制了該技術的大規模應用。鑒于此，電化學倒極技術可被用于清除陰極表面的沉積垢，盡管如此，對于電化學除硬系統，實踐表明，在設備運行初始倒極具有良好的清垢效果，然而隨著設備運行時間延長，電極表面會大量積垢，嚴重影響設備的正常運行。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種基于振動強化倒極脫垢的電化學除硬裝置及方法，解決了傳統電化學除硬過程中陰極表面垢層難清理、有效陰極面積小且設備占地面積大的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

本發明提供了一種基于振動強化倒極脫垢的電化學除硬裝置，該裝置包括依次連接的電解裝置、過濾罐和緩沖罐單元，其中所述的電解裝置的下部設置有原水進水口與原水進水管相連，在靠近電極區的部位設置有振動發生器，底部設置有排渣管，所述的電解裝置、過濾罐和緩沖罐各單元進出口設置為下進上出；運行時含硬水質從排渣管上方電解裝置電極區下方反向折流，經電化學處理后進入所述過濾罐、緩沖罐，得到低硬度出水；

所述的電解裝置自頂部至底部依次包括電極區、布水區和排渣區，所述的電極區頂部固定并均勻分布有板式、絲束式或其他形式的陰、陽極，陰極與陽極內側邊緣間距大于6mm，其中所述的陰極材質為鈦或者其合金、或者其他閥型金屬或合金，且陰極壁面平滑。