淺談孟加拉350MW燃煤電站工業(yè)水礦化系統(tǒng)的對(duì)比及選擇

王少芳

（上海電力建設(shè)有限責(zé)任公司，上海 200031）

孟加拉某燃煤電站項(xiàng)目位于孟加拉南部Barguna地區(qū)，緊鄰孟加拉灣。由于廠址位于Buriswar河入?？?，其水質(zhì)為苦咸水，考慮漲潮等因素水質(zhì)情況比較復(fù)雜。按照最差水質(zhì)即Cl-含量6880mg/L考慮，需要對(duì)原水進(jìn)行淡化處理。本工程采用膜法處理方案，脫除原水中的大部分鹽分。采用原水反滲透出水作為電廠工業(yè)用水，用于碼頭、制氫站冷卻、脫硫等。鑒于淡化水水質(zhì)不穩(wěn)定具有腐蝕性，在輸送過(guò)程中會(huì)對(duì)管道造成一定程度的腐蝕，所以需要對(duì)原水反滲透出水進(jìn)行礦化處理后才可輸送到各用水點(diǎn)。本文重點(diǎn)論述了工業(yè)水礦化的必要性和結(jié)合孟加拉某燃煤電站項(xiàng)目實(shí)際情況選擇礦化工藝。

1 工業(yè)水礦化的必要性

本項(xiàng)目海水淡化系統(tǒng)，設(shè)3×245m3/h的超濾裝置、3×110m3/h的原水反滲透裝置、2×40m3/h的淡水反滲透裝置。工業(yè)用水采用原水反滲透出水，用水量為119.4m3/h，包括碼頭用水、回用水、沖洗汽車用水、主廠房沖洗用水、油庫(kù)區(qū)用水、制氫站冷卻水、脫硫用水等。因原水反滲透出水鈣離子含量較低，水質(zhì)不穩(wěn)定，考慮會(huì)對(duì)輸送管道造成一定的腐蝕，不僅縮短了管道設(shè)備的使用壽命，還會(huì)出現(xiàn)“紅水”現(xiàn)象，因此需要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)穩(wěn)定性處理。本文先針對(duì)管道腐蝕原理和原水反滲透出水水質(zhì)不穩(wěn)定進(jìn)行解釋論證。

1.1 管道腐蝕原因

（1）電化學(xué)腐蝕：金屬設(shè)備表面的不均勻會(huì)形成這些部位的電極電位差，2個(gè)電極電位不同的部分通過(guò)金屬連成1個(gè)原電池，高電位為陰極，低點(diǎn)為陽(yáng)極，形成電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕條件是普遍存在的。

（2）微生物腐蝕：由微生物直接或間接參加的腐蝕過(guò)程。包括微生物參與了電化學(xué)腐蝕中的陰極去極化過(guò)程；微生物的分泌物造成充氣差電池；微生物代謝過(guò)程中生成各種酸引起的腐蝕。

本項(xiàng)目海水經(jīng)過(guò)反滲透處理后，去除了海水中大部分氯化物，同時(shí)也去除了海水中許多離子。Ca2+、Mg2+等離子較少，而溶解在水中的CO2會(huì)生成碳酸，碳酸會(huì)電離出H+使水呈酸性，進(jìn)而輸水管道會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

1.2 朗格利爾碳酸鈣飽和指數(shù)

1936年朗格利爾(Langelier)根據(jù)水中碳酸溶解平衡理論提出的描述碳酸鈣固體與含二氧化碳溶液之間的平衡關(guān)系表達(dá)式，即水樣實(shí)測(cè)的pH值減去飽和pH(即pHs)值的差值。

根據(jù)表達(dá)式：Is(飽和指數(shù))=pH-pHs

Is＜0時(shí)，水中的碳酸鈣處于未飽和狀態(tài)，水具有產(chǎn)生腐蝕的趨勢(shì)；Is＞0時(shí)，碳酸鈣處于過(guò)飽和狀態(tài)，水具有產(chǎn)生碳酸鈣沉積的趨勢(shì)；Is＝0時(shí)，水質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，既不結(jié)垢，也無(wú)產(chǎn)生腐蝕的趨勢(shì)。

孟加拉某燃煤電站一級(jí)反滲透出水pH5～6.5，TDS ＜200mg/l，鈣離子＜2mg/l，碳酸氫根＜1mg/l,水溫25～30℃。根據(jù)朗格利爾(Langelier)飽和指數(shù)計(jì)算器得出Is=-5.4。故由朗格利爾碳酸鈣飽和指數(shù)判斷，原水反滲透出水對(duì)水質(zhì)不穩(wěn)定，對(duì)管道具有腐蝕性。

解決海水淡化出水腐蝕性的方法是對(duì)淡化水進(jìn)行礦化處理，調(diào)節(jié)pH值，產(chǎn)水中加入鈣等礦化物，從而調(diào)節(jié)反滲透產(chǎn)水的堿度和硬度，適度提高pH值，使產(chǎn)水的Langelier Saturation index（LSI）值在0～0.50范圍，總堿度（TAC）80mg/L（CaCO3），總硬度（TH）80～120mg/L（CaCO3）。使水質(zhì)既不產(chǎn)生結(jié)垢，也不會(huì)對(duì)輸水管造成腐蝕。

2 淡化水礦化的幾種常用工藝

淡化水礦化的方法一般分為3類：與其他水源混合法；直接添加藥劑法；溶解富含碳酸鈣的礦石法。

2.1 與其他原水混和法

淡化水與富含礦物質(zhì)的水源混合可增加水中離子含量，達(dá)到礦化目的。

2.2 直接添加藥劑法

此方法是直接向淡化水中添加化學(xué)藥劑來(lái)達(dá)到礦化目的。常用的化學(xué)藥劑包括石灰乳、氯化鈣、純堿、小蘇打以及二氧化碳等。

2.3 溶解富含碳酸鈣的礦石法

該方法是將淡化水通過(guò)裝有礦石的容器，通過(guò)溶解礦石中的碳酸鈣對(duì)淡化水進(jìn)行礦化。

3 孟加拉某350MW燃煤電站工業(yè)水礦化工藝選擇

本工程工業(yè)水礦化系統(tǒng)單套出力為150m3/h，共1套。產(chǎn)水pH要求7.5～8.0、堿度要求63mg/l、鈣離子含量要求：20mg/l。結(jié)合本項(xiàng)目，如選用與其他原水混和法，混合水源首選海水。但僅靠混合海水無(wú)法達(dá)到礦化目的。與海水混合后添加的主要成分為鈉離子和氯離子，對(duì)堿度的增加有限。且如果混合比例掌握不當(dāng)，水體中增加的氯離子會(huì)加劇管道的腐蝕。該方法對(duì)所混合水源的水質(zhì)要求很高，單一的海水不能滿足水質(zhì)的要求，需要添加其他水源或藥品加以補(bǔ)充，工程實(shí)用性較低，故排除此方法。設(shè)計(jì)之初針對(duì)直接添加藥劑法、溶解富含碳酸鈣的礦石法提出了兩種礦化工藝，分別如下。

3.1 直接添加藥劑法（圖1）

圖1 工業(yè)水礦化直接添加藥劑法流程圖

考慮到單獨(dú)投加石灰乳只會(huì)增加水的硬度，不能提高水的碳酸堿度；反之單獨(dú)投加二氧化碳卻只能增加水的碳酸堿度，不能提高水的硬度。故本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在原水反滲透出水中同時(shí)加入石灰乳和二氧化碳，既可以增加淡水的堿度使得淡水腐蝕性降低，又可以增加硬度從而達(dá)到礦化的目的。反應(yīng)過(guò)程如式（1）所示：

3.2 溶解富含碳酸鈣的礦石法（圖2）

圖2 工業(yè)水礦化溶解富含碳酸鈣的礦石法流程圖

將原水反滲透出水通過(guò)碳酸鈣顆粒過(guò)濾器，進(jìn)而增加淡水中的硬度和堿度。碳酸鈣在中性條件下溶解很慢，一級(jí)淡水呈弱酸性，可加快其溶解速率。反應(yīng)過(guò)程如式（2）所示：

3.3 兩種工藝對(duì)比

兩種工藝針對(duì)原料穩(wěn)定性、腐蝕性、安全性，系統(tǒng)復(fù)雜性和系統(tǒng)衛(wèi)生性，造價(jià)等方面進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 直接添加藥劑法與溶解富含碳酸鈣的礦石法對(duì)比

根據(jù)表1，對(duì)比添加藥劑法（二氧化碳還、石灰乳），溶解富含碳酸鈣的礦石法（碳酸鈣顆粒過(guò)濾器）原料更加穩(wěn)定，在孟加拉當(dāng)?shù)厝狈υ系那闆r下，碳酸鈣更易儲(chǔ)存運(yùn)輸；且原料無(wú)腐蝕性無(wú)毒安全性高；整個(gè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，衛(wèi)生性好；投資較低。綜上所述，本工程選用溶解富含碳酸鈣（碳酸鈣顆粒過(guò)濾器）的礦化方案。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)論證，原水反滲透出水水質(zhì)不穩(wěn)定且具有一定的腐蝕性，需進(jìn)行礦化處理增加其硬度和堿度，控制管網(wǎng)腐蝕。本項(xiàng)目結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)比了直接添加藥劑法（二氧化碳還、石灰乳）和溶解富含碳酸鈣的礦石法（碳酸鈣顆粒過(guò)濾器），最終選用原料性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性、更加安全，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、衛(wèi)生狀況良好、造價(jià)更低的溶解富含碳酸鈣的礦石法（碳酸鈣顆粒過(guò)濾器），此工藝值得在類似項(xiàng)目中借鑒。