水處理對發(fā)電設(shè)備影響及分析

李 勝

(云南大唐國際電力有限公司，昆明 650011)

0 引 言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展和高參數(shù)大機(jī)組的建設(shè)，電廠化學(xué)水處理所處的地位越來越重要［1－4］。某電廠裝設(shè)2×300 MW循環(huán)流化床機(jī)組，全廠生產(chǎn)、生活用水取自距電廠6 km江水，由于該江水泥沙、懸浮物含量較大，廠區(qū)采用石灰處理系統(tǒng)對來水進(jìn)行混凝澄清軟化處理，從而滿足全廠循環(huán)水補(bǔ)充水、工業(yè)冷卻水、鍋爐補(bǔ)給水以及消防、廠區(qū)工業(yè)水等的要求。

1 運(yùn)行狀況及主要問題

電廠采用石灰石水處理技術(shù)，其石灰預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為1 700 m3/h，主系統(tǒng)設(shè)置兩座出力為1 000 m3/h接觸泥渣分離澄清池，石灰加藥系統(tǒng)采用兩座60 m3石灰粉筒倉，底部裝有震動(dòng)料斗、容積式給料機(jī)螺旋輸粉機(jī)，石灰乳溶液箱，利用輸送泵打至澄清池。絮凝劑加藥系統(tǒng)采用聚合硫酸鐵溶液作為絮凝劑，由計(jì)量泵按進(jìn)水流量投加到澄清池;硫酸加藥系統(tǒng)采用計(jì)量泵根據(jù)澄清池出水pH值反饋信號進(jìn)行調(diào)節(jié);澄清池出水經(jīng)7臺(tái)深層濾池過濾后進(jìn)入兩個(gè)1 000 m3的軟水池，濾池反洗水進(jìn)入1 000 m3廢水回收池。經(jīng)處理后的出水一部分送往主廠房經(jīng)冷卻輔機(jī)后補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，一部分送往給排水消防系統(tǒng)，一部分送往鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，另一部分直接補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

電廠自投產(chǎn)以來，其循環(huán)水泵冷卻水管、循環(huán)水泵出口母管均出現(xiàn)不同程度的焊縫腐蝕，循環(huán)水泵泵軸及工業(yè)水系統(tǒng)部分閘閥和截止閥也出現(xiàn)明顯腐蝕。主要腐蝕表現(xiàn)為:閘閥和節(jié)流閥密封面腐蝕表現(xiàn)為大量點(diǎn)蝕，嚴(yán)重的已無法研磨。閥門非密封面部分有銹蝕附著物，并有鼓包，剝?nèi)ケ砻婀陌撞坑泻谏街?。閥門中間連接塊有腐蝕現(xiàn)象，腐蝕嚴(yán)重的閥門，出現(xiàn)連接塊連接失效脫落，無法對閥門進(jìn)行操作，如圖1所示。從腐蝕的現(xiàn)象上看，鑄鐵閥門腐蝕速度最快，使用1～2年即發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，部分已不能使用;碳鋼閥門次之，不銹鋼閥門腐蝕情況相對較輕。

圖1 發(fā)生腐蝕設(shè)備抽樣情況

2 問題分析

電廠采用的江水屬高堿度、高硬度水，為提高水資源利用率，在水處理系統(tǒng)中設(shè)置生水石灰軟化處理，同時(shí)為防止濾料和管道上出現(xiàn)酸鈣析出沉積現(xiàn)象，加入硫酸中和水中的過飽和氫氧化鈣和碳酸鈣。經(jīng)處理后的水質(zhì)硬度顯著下降，水中原有的HCO－3大部分被去除，水體含鹽量下降，但水中SO2－4濃度有所增加。HCO－3去除使得工業(yè)水中含有大量CO2，引起工業(yè)水緩沖性能下降，導(dǎo)致水溶液pH下降，該過程使金屬表面形成的氧化膜變得疏松;同時(shí)，水溶液中Ca2+的去除，使得金屬管壁失去原本可能在其表面形成的CaCO3保護(hù)層，當(dāng)水處于較高流速時(shí)，加劇了CO2對設(shè)備侵蝕。加入的SO2－4不但使鋼材表面形成點(diǎn)蝕，還為停機(jī)時(shí)形成的貧氧水環(huán)境中還原性硫酸鹽細(xì)菌的系列提供了營養(yǎng)物質(zhì)。還原性硫酸鹽細(xì)菌在代謝過程中產(chǎn)生去極化作用，造成微生物腐蝕，產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物形成和促進(jìn)垢下氧濃差腐蝕。

2.1 石灰軟化對水體pH的影響

石灰與凝聚劑(聚合硫酸鐵)反應(yīng)

由以上反應(yīng)可知，CaO的加入可除去水體中大部分的HCO－3和CO+2，大大降低甲基橙堿度和硬度，經(jīng)軟化處理后，水的硬度可由4.5～5.5 mmol/L下降至2.0 mmol/L，電導(dǎo)率由420 us/cm左右下降至220 us/cm。石灰軟化處理一方面可顯著提高水的濃縮倍率，另一方面除去大部分HCO3－使水喪失大部分的緩沖性從而導(dǎo)致軟水池水pH快速下降，增加了設(shè)備腐蝕傾向。不但容易造成循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕，而且對冷卻水系統(tǒng)形成影響。這種現(xiàn)象的發(fā)生，是一個(gè)長期緩慢的過程，其危害短期內(nèi)不會(huì)明顯暴露，但長期下去會(huì)對凝汽器、冷油器等造成極為嚴(yán)重的后果。

圖2 鐵－水系統(tǒng)電位－pH平衡圖

由圖2可知當(dāng) pH小于8.0 ECORR在 －0.44 mV左右時(shí)，鐵處于腐蝕區(qū);當(dāng)pH大于8.0時(shí)，將產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物Fe3O4，表面的Fe3O4與水中溶氧作用轉(zhuǎn)化為Fe3+的水化物或氧化物。

2.2 CO2對腐蝕的影響

研究表明，水中游離CO2對鋼材的侵蝕性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同pH條件下完全電離的強(qiáng)酸溶液，受CO2腐蝕的金屬材料主要有:鑄鐵、鑄鋼、碳鋼和低合金鋼，生水系統(tǒng)腐蝕速度最快的為鑄鐵，其次為碳鋼，含Cr不銹鋼耐蝕性相對較好，當(dāng)合金中添加Cr超過12%時(shí)可增加對CO2的耐蝕性。CO2腐蝕主要原因是CO2除與水分子反應(yīng)生成碳酸釋放H+發(fā)生腐蝕外，還可直接吸附在鋼材表面，與水分子結(jié)合生成碳酸分子，直接放電還原，使陰極過程得到加強(qiáng)，加速鋼材腐蝕。

2.3 SO2－4 的影響

當(dāng)水質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式改變后，SO2－4在中性和弱堿性條件下能促使碳鋼表面發(fā)生點(diǎn)蝕的形成，主要體現(xiàn)在:水中HCO－3被去除后，鋼材料表面的附著物易溶解;在水體電位與鋼材表面電位差的作用下，造成SO2－4在附著物下富集，在鋼材表面附著物的作用下形成閉塞，造成附著物下酸腐蝕。

2.4 硫酸加入量的影響

電廠2008年前存在硫酸加入量偏大現(xiàn)象，2～3個(gè)月內(nèi)就會(huì)對碳鋼材質(zhì)造成明顯的腐蝕，6個(gè)月內(nèi)對凝結(jié)器碳鋼材質(zhì)的管板檢查發(fā)現(xiàn)有2～3 mm腐蝕深度，這種現(xiàn)象在其他電廠循環(huán)水系統(tǒng)中也曾發(fā)生過。

2.5 機(jī)組運(yùn)行方式的影響

受區(qū)域影響，該電廠夏季有較長的檢修停運(yùn)時(shí)間，工業(yè)水管道中存在較長時(shí)間的靜水，在停運(yùn)期間長期靜水環(huán)境中，水中的溶解氧與鋼材反應(yīng)和好氧微生物代謝消耗，形成貧氧環(huán)境，由于水中存在較大濃度SO2－4，使得還原性硫酸鹽細(xì)菌大量生長，硫酸鹽還原細(xì)菌在代謝過程中還可充當(dāng)去極化劑，加速管材的腐蝕，腐蝕產(chǎn)物進(jìn)一步促進(jìn)垢下氧濃差腐蝕，形成了基體表面凹凸不平的腐蝕坑。

3 解決方案及效果分析

為解決電廠水系統(tǒng)存在的腐蝕問題，在原系統(tǒng)不進(jìn)行大的技術(shù)改造和節(jié)約資金的前提下，經(jīng)反復(fù)論證，提出以下方案:

(1)停運(yùn)廠區(qū)生水石灰系統(tǒng)，使江邊混凝處理后的生水直接進(jìn)入砂濾池至軟水池。

(2)為提高循環(huán)水濃縮倍率，循環(huán)水仍進(jìn)行加酸處理，加酸系統(tǒng)可進(jìn)行適當(dāng)改造，硫酸加入點(diǎn)改至冷卻塔出水口處，硫酸加入方式由計(jì)量泵加入改為靜態(tài)滴定方式。

(3)水穩(wěn)劑投加方式和加藥量保持不變。

方案優(yōu)缺點(diǎn)對比:

優(yōu)點(diǎn):

(1)可徹底防止Fe+3對系統(tǒng)的腐蝕，降低石灰石混凝系統(tǒng)對設(shè)備的腐蝕影響。

(2)不投加石灰和聚合硫酸鐵，可大幅降低藥品成本及維護(hù)量。

缺點(diǎn):

(1)加酸量、再生用酸堿量及工業(yè)水含鹽量、COD等化學(xué)指標(biāo)有所增大。

(2)再生酸堿量將有所增加。

(3)化學(xué)除鹽系統(tǒng)周期制水量有所下降。

這個(gè)廠于2012年6月實(shí)施了該方案，通過一個(gè)運(yùn)行周期的觀測，認(rèn)為該方案的實(shí)施可控制循環(huán)水濃縮倍率、硬度及PH值，有效降低碳鋼的腐蝕速率。下圖為2013年機(jī)組檢修時(shí)凝汽器內(nèi)部檢查情況:凝汽器水室基本無淤泥、雜物和微生物附著物，凝汽器銅管管口無污堵及結(jié)垢現(xiàn)象，管板無明顯腐蝕情況，水室內(nèi)壁支撐架無明顯結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象。

圖3 凝汽器內(nèi)部檢查情況(方案實(shí)施前)

圖4 凝汽器內(nèi)部檢查情況(方案實(shí)施后)

4 經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)

方案實(shí)施后，由于停用了廠區(qū)內(nèi)生水石灰系統(tǒng)運(yùn)行，不僅大量了減少石灰、碳鋼緩釋劑、絮凝劑的用量，還節(jié)省了生水石灰系統(tǒng)檢修維護(hù)和材料費(fèi)用。經(jīng)測算，按機(jī)組年平均利用小時(shí)5 500小時(shí)計(jì)算，每年可減少聚合硫酸鐵1 080 t、硫酸80 t、碳鋼緩蝕劑48 t等相關(guān)費(fèi)用約175萬元及50萬元檢修維護(hù)費(fèi)用，大大提高了電廠經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

對于濁度較大的江水及湖水，因水處理不當(dāng)造成管道、閥門腐蝕現(xiàn)象是非常普遍的，通過對生水石灰處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，不僅能有效改善工業(yè)冷卻水質(zhì)，減少管道腐蝕，還能明顯降低大宗化學(xué)藥品的使用，減輕水處理系統(tǒng)的運(yùn)行壓力及檢修維護(hù)量。

［1］盧嘯風(fēng).大型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行［M］.中國電力出版社，2006.

［2］陸 柱.水處理技術(shù)［M］.華東理工大學(xué)出版社，2002.

［3］姜貴全，任世學(xué)，丁志剛.麥草堿木質(zhì)素三甲基季銨鹽對酸性染料溶液的絮凝性能影響［J］.森林工程，2012(4):55－60.

［4］張兆杰.鍋爐水處理技術(shù)［M］.黃河水利出版社，2003.