本發(fā)明涉及一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置及其應(yīng)用方法，屬于環(huán)保裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、目前，沿海電站設(shè)計采用海水直流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)作為電站冷源，同步設(shè)計電解海水制氯系統(tǒng)制備殺生劑抑制海生物附著在循環(huán)水熱交換系統(tǒng)設(shè)備上。然后，由于海水中存在較高的硬度離子，已經(jīng)投入實際應(yīng)用的電解海水制氯裝置在運行一段時間后，容易在陰極表面發(fā)生鈣鎂沉淀結(jié)垢等問題，不斷增長的結(jié)垢會影響陰極板的正常離子分離，進而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)效果降低。目前，陰極除垢的方法主要有以下幾種人工清除法、酸洗法、脈沖電流法或超聲法、倒極法，然而這些方法存在諸多問題，頻繁的停機清洗對生產(chǎn)的正常運行造成了一定的影響，化學(xué)試劑的使用易產(chǎn)生二次污染，損害設(shè)備的正常使用壽命同時也增加了維護成本及設(shè)備投資。

2、刮刀作為電化學(xué)處理除垢裝置的重要物理方法，其主要通過與陰極之間形成相對運動及時去除電極表面垢，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備工作不停機的情況完成陰極表面的清洗，從而整體提升清理效果及工作效率。cn201480028280公布了具有旋轉(zhuǎn)圓盤陰極和自動陰極清潔器的水電解系統(tǒng)，其中在旋轉(zhuǎn)陰極間部署了固定陰極清潔組件，該固定陰極清潔組件與旋轉(zhuǎn)陰極之每個表面相接觸，當(dāng)電解裝置工作時，固定陰極清潔組件和該旋轉(zhuǎn)圓盤陰極持續(xù)接觸，從而充分地除電解過程中沉積在陰極表面的垢。然而，該系統(tǒng)運行時不斷消耗電力驅(qū)動工作電極旋轉(zhuǎn)，增加了運行和維護成本投資。cn202111307567公布了一種具備除垢功能的電化學(xué)水處理設(shè)備，通過電極帶動筒體內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸延展圓板上圓心處固定陰極，陰極對稱設(shè)置于延展圓板的邊緣處，電極刮刀固定于筒體的內(nèi)壁上，電極帶動陰極與固定刮刀形成相對運動，從而完成陰極表面脫垢。然而，該系統(tǒng)受限于延展圓盤，陰極數(shù)量及工作面積設(shè)計有限，無法完成陰極表面的雙面脫垢。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本申請的目的在于提供一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置及其應(yīng)用方法。

2、本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，包括殼體、水力葉輪及電極組，電極組設(shè)置于殼體內(nèi)部，所述電極組包括固定陽極和圓盤陰極，固定陽極連接固定導(dǎo)電連桿且固定導(dǎo)電連桿貫穿至殼體外，圓盤陰極的中心固定連接轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿且轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿貫穿至殼體外，與外部直流電源的正極和負(fù)極分別由導(dǎo)線連接；圓盤陰極兩側(cè)均設(shè)有固定刮刀，所述水力葉輪與圓盤陰極同軸設(shè)置且固定設(shè)置于轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿上，殼體設(shè)有進水口、出水口和排污口，所述出水口和排污口分別設(shè)置于殼體的上部和下部。所述水力葉輪的安裝位置正對進水口，使水力葉輪在進水動能沖擊下可繞轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿定向旋轉(zhuǎn)，并帶動同軸的圓盤陰極一起轉(zhuǎn)動，圓盤陰極轉(zhuǎn)動時與固定刮刀發(fā)生相對運動，在電解制氯同時實現(xiàn)電極表面污垢的及時清理。

4、上述方案中，所述水力葉輪為316l不銹鋼、高密塑料或尼龍材質(zhì)等，所述水力葉輪包括接水葉輪片和轉(zhuǎn)盤，所述接水葉輪片位于轉(zhuǎn)盤上呈中心對稱，所述接水葉輪片與轉(zhuǎn)盤平面呈現(xiàn)銳角形式。

5、上述方案中，所述轉(zhuǎn)盤被轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿貫穿固定，所述轉(zhuǎn)盤通過轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿帶動同軸上的圓盤陰極旋轉(zhuǎn)。

6、上述方案中，所述固定陽極為硼摻雜金剛石薄膜(bdd)電極、形狀穩(wěn)定型陽極(dsa)、pbo2電極或ti4o7電極等等，所述圓盤陰極材料為純鎳、鈦板或者316l不銹鋼材質(zhì)，所述固定導(dǎo)電連桿及轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿為碳鋼或不銹鋼材質(zhì)，所述固定刮刀為316l不銹鋼材質(zhì)。

7、進一步地，所述固定陽極和圓盤陰極的數(shù)量均為多個，多個圓盤陰極在轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿上同軸均勻間隔分布，固定陽極和圓盤陰極一一交替間隔排列。

8、進一步地，所述固定陽極和圓盤陰極之間的間隔間距為10-50mm，優(yōu)選為15-20mm。陰陽極間隔間距條件會影響電解效率，電極間距太小容易導(dǎo)致電極擊穿，電極間距太大，電流效率會比較低。

9、進一步地，固定陽極是由中間具有間隙的兩個對稱的半片結(jié)構(gòu)組成，所述兩個半片結(jié)構(gòu)對應(yīng)布置于圓盤陰極兩側(cè)半圓區(qū)域，半片結(jié)構(gòu)與圓盤陰極相互平行。本申請固定陽極設(shè)置兩個半片結(jié)構(gòu)，優(yōu)點是拆卸安裝方便，如果固定陽極的結(jié)構(gòu)是一整片，則每次更換陽極或陰極，需要整個電極組全部拆下，拆卸安裝較為復(fù)雜。

10、進一步地，所述半片結(jié)構(gòu)的兩個端角分別連接固定導(dǎo)電連桿，固定導(dǎo)電連桿再貫穿固定于殼體上。

11、進一步地，所述殼體側(cè)部外側(cè)對接設(shè)置有葉輪腔室，所述進水口切向設(shè)置于葉輪腔室上，轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿的一端貫穿至殼體外后旋轉(zhuǎn)密封設(shè)置于葉輪腔室側(cè)壁上，水力葉輪設(shè)置于葉輪腔室內(nèi)的轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿上。

12、進一步地，所述固定刮刀固定安裝于殼體內(nèi)壁上，固定刮刀和圓盤陰極之間的間隔間距為0.2-0.8mm。

13、進一步地，所述水力葉輪尺寸及葉輪布置方式可根據(jù)進水水力條件及水質(zhì)情況進行調(diào)節(jié)。

14、本發(fā)明還提供了所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置的應(yīng)用方法，包括：海水或海水稀釋液從進水口進入殼體內(nèi)，沖擊水力葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動同軸連接的圓盤陰極隨之轉(zhuǎn)動，待外部直流電源啟動后，電流經(jīng)轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿和固定導(dǎo)電連桿分別傳輸至圓盤陰極和固定陽極表面觸發(fā)還原和氧化反應(yīng)，其中固定陽極活化水中的氯離子和水分子生成活性氧化物種，圓盤陰極活化水分子產(chǎn)生氫氣同時圓盤陰極表面形成局域堿性環(huán)境，與海水中的硬度離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，在圓盤陰極表面附近逐漸成核沉淀變成水垢；通過圓盤陰極與固定刮刀之間的相對運動，使得圓盤陰極表面垢層不斷被清除，脫落的垢漬被刮下沉積至殼體底部，經(jīng)排污口排出，經(jīng)電解反應(yīng)后的海水經(jīng)出水口排出至下游儲罐以備使用。

15、上述方案中，所述裝置電解電流密度為1000-3000a/m2，所述裝置電解海水所需氯根濃度至少為3000mg/l；

16、上述方案中，所述裝置電解海水流量為500～2000l/h，經(jīng)電解后海水中有效氯濃度在5～300mg/l。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：本發(fā)明提供一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，水力葉輪與圓盤陰極同軸并聯(lián)設(shè)置，利用進水的動能驅(qū)動旋轉(zhuǎn)圓盤陰極與固定刮刀相對運動，實現(xiàn)對陰極表面污垢的低能耗及時去除，有效地提升系統(tǒng)裝置的工作效率與穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，包括殼體（1）、水力葉輪（7）及電極組，電極組設(shè)置于殼體（1）內(nèi)部，所述電極組包括固定陽極（6）和圓盤陰極（5），固定陽極（6）連接固定導(dǎo)電連桿（8）且固定導(dǎo)電連桿（8）貫穿至殼體外，圓盤陰極（5）的中心固定連接轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）且轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）貫穿至殼體外，與外部直流電源的正極和負(fù)極分別由導(dǎo)線連接；圓盤陰極（5）兩側(cè)均設(shè)有固定刮刀（10），所述水力葉輪（7）與圓盤陰極（5）同軸設(shè)置且固定設(shè)置于轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）上，殼體（1）設(shè)有進水口（2）、出水口（3）和排污口（4），所述水力葉輪（7）的安裝位置正對進水口（2），使水力葉輪（7）在進水動能沖擊下可繞轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）定向旋轉(zhuǎn)，并帶動同軸的圓盤陰極（5）一起轉(zhuǎn)動，圓盤陰極（5）轉(zhuǎn)動時與固定刮刀（10）發(fā)生相對運動，在電解制氯同時實現(xiàn)電極表面污垢的及時清理。

2.如權(quán)利要求1所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，所述固定陽極（6）和圓盤陰極（5）的數(shù)量均為多個，多個圓盤陰極（5）在轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）上同軸均勻間隔分布，固定陽極（6）和圓盤陰極（5）一一交替間隔排列。

3.如權(quán)利要求2所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，所述固定陽極（6）和圓盤陰極（5）之間的間隔間距為10-50?mm，優(yōu)選為15-20mm。

4.如權(quán)利要求1所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，固定陽極（6）是由中間具有間隙的兩個對稱的半片結(jié)構(gòu)組成，所述兩個半片結(jié)構(gòu)對應(yīng)布置于圓盤陰極兩側(cè)半圓區(qū)域，半片結(jié)構(gòu)與圓盤陰極（5）相互平行。

5.如權(quán)利要求4所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，所述半片結(jié)構(gòu)的兩個端角分別連接固定導(dǎo)電連桿（8），固定導(dǎo)電連桿（8）再貫穿固定于殼體（1）上。

6.如權(quán)利要求1所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，所述殼體（1）側(cè)部外側(cè)對接設(shè)置有葉輪腔室，所述進水口（2）切向設(shè)置于葉輪腔室上，轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）的一端貫穿至殼體外后旋轉(zhuǎn)密封設(shè)置于葉輪腔室側(cè)壁上，水力葉輪（7）設(shè)置于葉輪腔室內(nèi)的轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿（9）上。

7.如權(quán)利要求1所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，所述出水口（3）和排污口（4）分別設(shè)置于殼體（1）的上部和下部。

8.如權(quán)利要求1所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，其特征在于，所述固定刮刀（10）固定安裝于殼體（1）內(nèi)壁上，固定刮刀（10）和圓盤陰極（5）之間的間隔間距為0.2-0.8?mm。

9.一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置的應(yīng)用方法，其特征在于應(yīng)用于權(quán)利要求1-8中任一項所述的一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置，包括：

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述裝置電解電流密度為1000-3000?a/m2，所述裝置電解海水所需氯根濃度至少為3000?mg/l。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水力驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)陰極電化學(xué)海水制氯裝置及其應(yīng)用方法，該裝置包括殼體、水力葉輪及電極組，殼體設(shè)置進水口、出水口及排污口，殼體中心安裝轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿，水力葉輪以及圓盤陰極固定于轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電連桿上，固定陽極分布在旋轉(zhuǎn)圓盤陰極兩側(cè)間隔排列，固定陽極端角通過固定導(dǎo)電連桿貫穿殼體，與外部直流電解電源正負(fù)極相連，殼體進水口正對水力葉輪，利用進水動能驅(qū)動水力葉輪帶動同軸的圓盤陰極轉(zhuǎn)動，圓盤陰極兩側(cè)布置有固定刮刀，圓盤陰極與固定刮刀形成相對運動從而實現(xiàn)表面垢層去除。本發(fā)明可通過進水動能驅(qū)動水力葉輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)陰極表面垢的清除，提升電解系統(tǒng)效率及運行穩(wěn)定性，無需額外布置旋轉(zhuǎn)電機便可實現(xiàn)電極表面垢的及時去除。

技術(shù)研發(fā)人員：李佳男,李鋆,趙國萍,黃光法,施園,陶怡愷,謝誠哲
受保護的技術(shù)使用者：浙江浙能科技環(huán)保集團股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19