水處理對發電設備影響及分析

李 勝

(云南大唐國際電力有限公司，昆明 650011)

0 引 言

隨著電力工業的發展和高參數大機組的建設，電廠化學水處理所處的地位越來越重要［1－4］。某電廠裝設2×300 MW循環流化床機組，全廠生產、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，廠區采用石灰處理系統對來水進行混凝澄清軟化處理，從而滿足全廠循環水補充水、工業冷卻水、鍋爐補給水以及消防、廠區工業水等的要求。

1 運行狀況及主要問題

電廠采用石灰石水處理技術，其石灰預處理系統設計出力為1 700 m3/h，主系統設置兩座出力為1 000 m3/h接觸泥渣分離澄清池，石灰加藥系統采用兩座60 m3石灰粉筒倉，底部裝有震動料斗、容積式給料機螺旋輸粉機，石灰乳溶液箱，利用輸送泵打至澄清池。絮凝劑加藥系統采用聚合硫酸鐵溶液作為絮凝劑，由計量泵按進水流量投加到澄清池;硫酸加藥系統采用計量泵根據澄清池出水pH值反饋信號進行調節;澄清池出水經7臺深層濾池過濾后進入兩個1 000 m3的軟水池，濾池反洗水進入1 000 m3廢水回收池。經處理后的出水一部分送往主廠房經冷卻輔機后補入循環冷卻水系統，一部分送往給排水消防系統，一部分送往鍋爐補給水處理系統，另一部分直接補入循環冷卻水系統。

電廠自投產以來，其循環水泵冷卻水管、循環水泵出口母管均出現不同程度的焊縫腐蝕，循環水泵泵軸及工業水系統部分閘閥和截止閥也出現明顯腐蝕。主要腐蝕表現為:閘閥和節流閥密封面腐蝕表現為大量點蝕，嚴重的已無法研磨。閥門非密封面部分有銹蝕附著物，并有鼓包，剝去表面鼓包，底部有黑色附著物。閥門中間連接塊有腐蝕現象，腐蝕嚴重的閥門，出現連接塊連接失效脫落，無法對閥門進行操作，如圖1所示。從腐蝕的現象上看，鑄鐵閥門腐蝕速度最快，使用1～2年即發生嚴重腐蝕，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 發生腐蝕設備抽樣情況

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，在水處理系統中設置生水石灰軟化處理，同時為防止濾料和管道上出現酸鈣析出沉積現象，加入硫酸中和水中的過飽和氫氧化鈣和碳酸鈣。經處理后的水質硬度顯著下降，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去除使得工業水中含有大量CO2，引起工業水緩沖性能下降，導致水溶液pH下降，該過程使金屬表面形成的氧化膜變得疏松;同時，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保護層，當水處于較高流速時，加劇了CO2對設備侵蝕。加入的SO2－4不但使鋼材表面形成點蝕，還為停機時形成的貧氧水環境中還原性硫酸鹽細菌的系列提供了營養物質。還原性硫酸鹽細菌在代謝過程中產生去極化作用，造成微生物腐蝕，產生腐蝕產物形成和促進垢下氧濃差腐蝕。

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

由以上反應可知，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致軟水池水pH快速下降，增加了設備腐蝕傾向。不但容易造成循環水系統腐蝕，而且對冷卻水系統形成影響。這種現象的發生，是一個長期緩慢的過程，其危害短期內不會明顯暴露，但長期下去會對凝汽器、冷油器等造成極為嚴重的后果。

圖2 鐵－水系統電位－pH平衡圖

由圖2可知當 pH小于8.0 ECORR在 －0.44 mV左右時，鐵處于腐蝕區;當pH大于8.0時，將產生腐蝕產物Fe3O4，表面的Fe3O4與水中溶氧作用轉化為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遠大于相同pH條件下完全電離的強酸溶液，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，當合金中添加Cr超過12%時可增加對CO2的耐蝕性。CO2腐蝕主要原因是CO2除與水分子反應生成碳酸釋放H+發生腐蝕外，還可直接吸附在鋼材表面，與水分子結合生成碳酸分子，直接放電還原，使陰極過程得到加強，加速鋼材腐蝕。

2.3 SO2－4 的影響

當水質和系統運行方式改變后，SO2－4在中性和弱堿性條件下能促使碳鋼表面發生點蝕的形成，主要體現在: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象，2～3個月內就會對碳鋼材質造成明顯的腐蝕，6個月內對凝結器碳鋼材質的管板檢查發現有2～3 mm腐蝕深度，這種現象在其他電廠循環水系統中也曾發生過。

2.5 機組運行方式的影響

受區域影響，該電廠夏季有較長的檢修停運時間，工業水管道中存在較長時間的靜水，在停運期間長期靜水環境中，水中的溶解氧與鋼材反應和好氧微生物代謝消耗，形成貧氧環境，由于水中存在較大濃度SO2－4，使得還原性硫酸鹽細菌大量生長，硫酸鹽還原細菌在代謝過程中還可充當去極化劑，加速管材的腐蝕，腐蝕產物進一步促進垢下氧濃差腐蝕，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

為解決電廠水系統存在的腐蝕問題，在原系統不進行大的技術改造和節約資金的前提下，經反復論證，提出以下方案:

(1)停運廠區生水石灰系統，使江邊混凝處理后的生水直接進入砂濾池至軟水池。

(2)為提高循環水濃縮倍率，循環水仍進行加酸處理，加酸系統可進行適當改造，硫酸加入點改至冷卻塔出水口處，硫酸加入方式由計量泵加入改為靜態滴定方式。

(3)水穩劑投加方式和加藥量保持不變。

方案優缺點對比:

優點:

(1)可徹底防止Fe+3對系統的腐蝕，降低石灰石混凝系統對設備的腐蝕影響。

(2)不投加石灰和聚合硫酸鐵，可大幅降低藥品成本及維護量。

缺點:

(1)加酸量、再生用酸堿量及工業水含鹽量、COD等化學指標有所增大。

(2)再生酸堿量將有所增加。

(3)化學除鹽系統周期制水量有所下降。

這個廠于2012年6月實施了該方案，通過一個運行周期的觀測，認為該方案的實施可控制循環水濃縮倍率、硬度及PH值，有效降低碳鋼的腐蝕速率。下圖為2013年機組檢修時凝汽器內部檢查情況: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垢現象，管板無明顯腐蝕情況，水室內壁支撐架無明顯結垢、腐蝕現象。

圖3 凝汽器內部檢查情況(方案實施前)

圖4 凝汽器內部檢查情況(方案實施后)

4 經濟效果評價

方案實施后，由于停用了廠區內生水石灰系統運行，不僅大量了減少石灰、碳鋼緩釋劑、絮凝劑的用量，還節省了生水石灰系統檢修維護和材料費用。經測算，按機組年平均利用小時5 500小時計算，每年可減少聚合硫酸鐵1 080 t、硫酸80 t、碳鋼緩蝕劑48 t等相關費用約175萬元及50萬元檢修維護費用，大大提高了電廠經濟性。

5 結論

對于濁度較大的江水及湖水，因水處理不當造成管道、閥門腐蝕現象是非常普遍的，通過對生水石灰處理系統進行優化處理，不僅能有效改善工業冷卻水質，減少管道腐蝕，還能明顯降低大宗化學藥品的使用，減輕水處理系統的運行壓力及檢修維護量。

［1］盧嘯風.大型循環流化床鍋爐設備與運行［M］.中國電力出版社，2006.

［2］陸 柱.水處理技術［M］.華東理工大學出版社，2002.

［3］姜貴全，任世學，丁志剛.麥草堿木質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［M］.黃河水利出版社，2003.