礦井疏干水在火電廠的應(yīng)用問(wèn)題分析及處理

方媛媛，楊 希

（古交西山發(fā)電有限公司， 山西古交 030206）

0 引言

古交西山發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱古交西山電廠）緊鄰西山煤電集團(tuán)的四大煤礦：馬蘭礦、屯蘭礦、東曲礦、西曲礦，這些煤礦在開(kāi)采煤炭的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的礦井疏干水， 除了一部分用于礦區(qū)生產(chǎn)、道路綠化外，大部分都作為廢水外排。古交西山電廠就近利用這些礦井疏干水經(jīng)處理后作為全廠工業(yè)用水， 不僅解決了地區(qū)水資源缺乏的問(wèn)題，還緩解了煤礦外排水的環(huán)保難題，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益[1-2]。 本文就礦井疏干水在古交西山電廠應(yīng)用中遇到的管路腐蝕問(wèn)題，做了針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)研究， 分析了四大礦區(qū)疏干水的水質(zhì)特性及對(duì)管路腐蝕的影響， 調(diào)整了水處理過(guò)程中的藥品投加量，提高了產(chǎn)水堿度，使得管路腐蝕速率大幅下降， 有效提高了全廠用水的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

1 原水處理系統(tǒng)工藝概述

四大煤礦馬蘭礦、屯蘭礦、東曲礦、西曲礦的礦井疏干水各自經(jīng)過(guò)一條供水管路進(jìn)入古交西山電廠，在古交西山電廠內(nèi)經(jīng)過(guò)原水預(yù)處理系統(tǒng)“石灰混凝+澄清+加酸+過(guò)濾” 的工藝處理后， 作為鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的水源和輔機(jī)循環(huán)水的補(bǔ)充水以及其他工業(yè)用水。原水預(yù)處理系統(tǒng)的工藝流程如圖1 所示。 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝流程為：生水管道→（殺菌劑）→生水箱→生水泵→纖維過(guò)濾器→自清洗過(guò)濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→（還原劑）→（阻垢劑）→一級(jí)保安過(guò)濾器→一級(jí)高壓泵→一級(jí)反滲透裝置→一級(jí)淡水箱→一級(jí)淡水泵→（堿加藥）→二級(jí)保安過(guò)濾器→二級(jí)高壓泵→二級(jí)反滲透裝置→二級(jí)淡水箱→二級(jí)淡水泵→保安過(guò)濾器→EDI 裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→去用戶。

圖1 原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程圖

2 原水處理系統(tǒng)運(yùn)行后期出現(xiàn)的問(wèn)題

古交西山電廠原水管道為碳鋼材料，在系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行2 年后，原水產(chǎn)水至各個(gè)系統(tǒng)管路的管道陸續(xù)出現(xiàn)穿孔泄漏現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)工作人員對(duì)管道壁厚監(jiān)督測(cè)量發(fā)現(xiàn)，原水處理系統(tǒng)出水管路的管道壁厚有不同程度的減薄現(xiàn)象，d 478×6 mm 管道最薄處僅4.17 mm，平均每年減薄約1 mm，減薄速度較明顯，且產(chǎn)水至鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的生水箱在檢查時(shí)也發(fā)現(xiàn)有大量的銹蝕鐵皮，基本判斷原水水質(zhì)對(duì)管道有較強(qiáng)的腐蝕作用。

3 腐蝕原因及處理方法

3.1 腐蝕原因分析

被腐蝕的供水Q235B 碳鋼管內(nèi)接觸的介質(zhì)主要是石灰混凝澄清處理后的清水（澄清池出水）。通過(guò)取水樣實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）顯示，原水硬度、堿度較高，且硫酸根離子含量較高。經(jīng)石灰混凝澄清工藝處理后，原水全堿度下降90%以上，硬度下降約20%， 因加硫酸調(diào)節(jié)pH 值， 清水不僅堿度進(jìn)一步下降，而且含量有所增加。

表1 水樣水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

為了掌握原水和清水的腐蝕、 結(jié)垢傾向性，先通過(guò)Larson 指數(shù)和Langelier 指數(shù)進(jìn)行初步分析。根據(jù)Larson 指數(shù)， 水對(duì)金屬的腐蝕性主要是由Cl-和引起， 而提高堿度則會(huì)降低水的腐蝕性，Larson 指數(shù)定義如式（1）所示。

其中，[Cl-]為水中 Cl-的濃度，以 1/2CaCO3計(jì)，mmol/L；為水中的濃度，以 1/2CaCO3計(jì)，mmol/L；[A]為全堿度，以 1/2CaCO3計(jì)，mmol/L。

隨著Larson 指數(shù)的增加，水對(duì)金屬的腐蝕性增加，一般認(rèn)為當(dāng)Larson 指數(shù)大于0.5 時(shí)，水的腐蝕性比較明顯。當(dāng)水中Cl-和含量穩(wěn)定的情況下，堿度對(duì)水的腐蝕性會(huì)產(chǎn)生較大影響， 堿度越低，水的腐蝕性越強(qiáng)。

根據(jù)表1 的水質(zhì)分析結(jié)果，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原水和清水Larson 指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2 所示。表2 顯示，原水、清水Larson 指數(shù)均大于0.5，都具有一定的腐蝕性；尤其是石灰處理并加硫酸后清水的堿度大幅度降低有所升高，因此，水樣腐蝕性也大幅度上升。

表2 Larson 指數(shù)計(jì)算結(jié)果

Langelier 指數(shù)一般用作水中碳酸鹽結(jié)垢的定性指標(biāo)。 水中CaCO3呈飽和狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的pH 值稱為飽和 pH 值，以 pHs表示。 Langelier 指數(shù)（簡(jiǎn)寫為L(zhǎng).I.）就是以pHs與水體實(shí)際pH 值之差來(lái)判斷水的結(jié)垢傾向性，其計(jì)算方法如式（2）所示。

其中，TDS 為水樣中的總?cè)芙夤腆w，mg/L；T 為溫度，K；Alk 為溶液堿度，以 CaCO3計(jì)，mg/L。

當(dāng) L.I.＞0 時(shí)，有 CaCO3沉積的傾向；當(dāng) L.I.＜0時(shí)，CaCO3可被溶解，金屬鈍化膜被破壞，有產(chǎn)生腐蝕的傾向[3]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原水的水質(zhì)全分析結(jié)果，計(jì)算原水的 pHs值為 6.86， 而實(shí)測(cè) pH 值為 7.89， 因此L.I.指數(shù)為 7.89-6.86=1.03，即 L.I.＞0，說(shuō)明原水具有一定的結(jié)垢傾向。

綜合以上分析結(jié)果，原水具有較強(qiáng)腐蝕性和結(jié)垢傾向性， 而混凝澄清處理后的清水堿度越低，Q235B 碳鋼的腐蝕速率越高。

3.2 處理方法

以上研究結(jié)果表明，原水本身具有一定腐蝕性，經(jīng)過(guò)石灰混凝澄清處理后，由于堿度大幅度下降，碳鋼供水管道腐蝕加劇。

減緩碳鋼管道腐蝕方法一般有以下幾種： 第一種是添加碳鋼緩蝕劑； 第二種是采用陰極保護(hù)或防腐涂層； 第三種是對(duì)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)控， 降低水的腐蝕性。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)處理系統(tǒng)的實(shí)際情況，第一種方法理論上具有一定可行性，但緩蝕劑用量很大，運(yùn)行成本很高；第二種方法基本不具備可行性。 從試驗(yàn)結(jié)果可知， 提高堿度可以明顯減緩碳鋼腐蝕速率，而通過(guò)減少石灰加藥量即可提高澄清池產(chǎn)水堿度。

但是改變預(yù)處理方式可能會(huì)影響后續(xù)鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)及輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 因此，通過(guò)對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，改變介質(zhì)腐蝕性，達(dá)到減緩碳鋼腐蝕的同時(shí)，還要考慮水質(zhì)調(diào)控是否會(huì)影響輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

原水處理系統(tǒng)根據(jù)上述理論調(diào)整了加藥系統(tǒng)的藥品投加量，熟石灰下降了45%，聚合硫酸鐵下降了40%，不再加硫酸調(diào)整pH 值，出水堿度由原先的 0.4～0.6 mmol/L 提高到 2.0~3.0 mmol/L， 出水pH 值控制在7.8~8.2 之間。通過(guò)一個(gè)階段的運(yùn)行試驗(yàn)，管路腐蝕速率下降效果明顯。

通過(guò)對(duì)比，可以明顯看出水質(zhì)調(diào)整前后管道腐蝕情況的變化。 根據(jù)GB/T 16545—1996 金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除[4]，計(jì)算得到其腐蝕速率為：水質(zhì)調(diào)整前原水管道年平均腐蝕速率為0.990 7 mm/a，水質(zhì)調(diào)整后原水管道年平均腐蝕速率下降到了0.190 2 mm/a，下降幅度達(dá)80%以上，腐蝕情況得到了大為有效的緩解，且鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)超濾、反滲透壓差沒(méi)有上升趨勢(shì)，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)垢傾向，如表3 所示。

表3 水質(zhì)調(diào)整前后超濾、反滲透壓差對(duì)比

因輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水為清水池出水，系統(tǒng)排污水大部分用于脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水，因此循環(huán)水運(yùn)行濃縮倍率較低，實(shí)際控制在1.2～1.5 倍。輔機(jī)循環(huán)水采用投加阻垢劑和殺菌劑處理，目前阻垢劑加藥量約為20 mg/L。 根據(jù)極限碳酸鹽硬度試驗(yàn)結(jié)果（如表4 所示），原水未經(jīng)過(guò)處理堿度的試驗(yàn)結(jié)果都滿足現(xiàn)有濃縮倍率結(jié)垢傾向，即水質(zhì)調(diào)整后輔機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)基本不存在結(jié)垢傾向性。

表4 極限碳酸鹽硬度試驗(yàn)水質(zhì)條件與極限濃縮倍率試驗(yàn)結(jié)果

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

原水預(yù)處理系統(tǒng)通過(guò)提高堿度的處理方法調(diào)整水質(zhì)后，化學(xué)藥品消耗較之前大幅下降，原水以處理1 萬(wàn)t 礦井水消耗藥量為比較，鍋爐補(bǔ)給水以制1 萬(wàn)t 除鹽水消耗藥量為比較，具體下降幅度如表 5 所示。 由表 5 可知，全年處理水量 280 萬(wàn) t 時(shí)，通過(guò)采用提高堿度的處理方法平均每年可節(jié)約運(yùn)行成本65.64 萬(wàn)元，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

表5 原水水質(zhì)調(diào)整前后藥品消耗量比較

4 結(jié)束語(yǔ)

古交西山發(fā)電有限公司處理后的礦井水因?yàn)榈蛪A度、高硬度的特點(diǎn)，導(dǎo)致了碳鋼的快速腐蝕。通過(guò)提高產(chǎn)水堿度， 有效緩解了管道的腐蝕問(wèn)題，并且綜合考慮了后續(xù)反滲透系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，藥品費(fèi)用也大幅降低。 電廠在綜合利用礦井疏干水的過(guò)程中，要根據(jù)各個(gè)地區(qū)的地質(zhì)因素不同、水質(zhì)差別大的特點(diǎn)，在處理工藝上綜合考慮，既不能對(duì)系統(tǒng)有腐蝕也不能產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，保證綜合利用礦井疏干水的安全性和經(jīng)濟(jì)性。