礦井疏干水在火電廠的應用問題分析及處理

方媛媛，楊 希

（古交西山發電有限公司， 山西古交 030206）

0 引言

古交西山發電有限公司（以下簡稱古交西山電廠）緊鄰西山煤電集團的四大煤礦：馬蘭礦、屯蘭礦、東曲礦、西曲礦，這些煤礦在開采煤炭的過程中產生了大量的礦井疏干水， 除了一部分用于礦區生產、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處理后作為全廠工業用水， 不僅解決了地區水資源缺乏的問題，還緩解了煤礦外排水的環保難題，具有明顯的經濟、環保和社會效益[1-2]。 本文就礦井疏干水在古交西山電廠應用中遇到的管路腐蝕問題，做了針對性的實驗研究， 分析了四大礦區疏干水的水質特性及對管路腐蝕的影響， 調整了水處理過程中的藥品投加量，提高了產水堿度，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濟性。

1 原水處理系統工藝概述

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過一條供水管路進入古交西山電廠，在古交西山電廠內經過原水預處理系統“石灰混凝+澄清+加酸+過濾” 的工藝處理后， 作為鍋爐補給水系統的水源和輔機循環水的補充水以及其他工業用水。原水預處理系統的工藝流程如圖1 所示。 鍋爐補給水處理系統工藝流程為：生水管道→（殺菌劑）→生水箱→生水泵→纖維過濾器→自清洗過濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→（還原劑）→（阻垢劑）→一級保安過濾器→一級高壓泵→一級反滲透裝置→一級淡水箱→一級淡水泵→（堿加藥）→二級保安過濾器→二級高壓泵→二級反滲透裝置→二級淡水箱→二級淡水泵→保安過濾器→EDI 裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→去用戶。

圖1 原水預處理系統工藝流程圖

2 原水處理系統運行后期出現的問題

古交西山電廠原水管道為碳鋼材料，在系統投產運行2 年后，原水產水至各個系統管路的管道陸續出現穿孔泄漏現象。經過工作人員對管道壁厚監督測量發現，原水處理系統出水管路的管道壁厚有不同程度的減薄現象，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，且產水至鍋爐補給水系統的生水箱在檢查時也發現有大量的銹蝕鐵皮，基本判斷原水水質對管道有較強的腐蝕作用。

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 碳鋼管內接觸的介質主要是石灰混凝澄清處理后的清水（澄清池出水）。通過取水樣實驗室化驗結果（見表1）顯示，原水硬度、堿度較高，且硫酸根離子含量較高。經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%， 因加硫酸調節pH 值， 清水不僅堿度進一步下降，而且含量有所增加。

表1 水樣水質檢測結果

為了掌握原水和清水的腐蝕、 結垢傾向性，先通過Larson 指數和Langelier 指數進行初步分析。根據Larson 指數， 水對金屬的腐蝕性主要是由Cl-和引起， 而提高堿度則會降低水的腐蝕性，Larson 指數定義如式（1）所示。

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

隨著Larson 指數的增加，水對金屬的腐蝕性增加，一般認為當Larson 指數大于0.5 時，水的腐蝕性比較明顯。當水中Cl-和含量穩定的情況下，堿度對水的腐蝕性會產生較大影響， 堿度越低，水的腐蝕性越強。

根據表1 的水質分析結果，對現場原水和清水Larson 指數進行計算，結果如表2 所示。表2 顯示，原水、清水Larson 指數均大于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 指數計算結果

Langelier 指數一般用作水中碳酸鹽結垢的定性指標。 水中CaCO3呈飽和狀態時對應的pH 值稱為飽和 pH 值，以 pHs表示。 Langelier 指數（簡寫為L.I.）就是以pHs與水體實際pH 值之差來判斷水的結垢傾向性，其計算方法如式（2）所示。

其中，TDS 為水樣中的總溶解固體，mg/L；T 為溫度，K；Alk 為溶液堿度，以 CaCO3計，mg/L。

當 L.I.＞0 時，有 CaCO3沉積的傾向；當 L.I.＜0時，CaCO3可被溶解，金屬鈍化膜被破壞，有產生腐蝕的傾向[3]。根據現場原水的水質全分析結果，計算原水的 pHs值為 6.86， 而實測 pH 值為 7.89， 因此L.I.指數為 7.89-6.86=1.03，即 L.I.＞0，說明原水具有一定的結垢傾向。

綜合以上分析結果，原水具有較強腐蝕性和結垢傾向性， 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

以上研究結果表明，原水本身具有一定腐蝕性，經過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或防腐涂層； 第三種是對水質進行調控， 降低水的腐蝕性。 根據現場預處理系統的實際情況，第一種方法理論上具有一定可行性，但緩蝕劑用量很大，運行成本很高；第二種方法基本不具備可行性。 從試驗結果可知， 提高堿度可以明顯減緩碳鋼腐蝕速率，而通過減少石灰加藥量即可提高澄清池產水堿度。

但是改變預處理方式可能會影響后續鍋爐補給水系統及輔機循環冷卻水系統的正常運行。 因此，通過對預處理系統的優化調整，改變介質腐蝕性，達到減緩碳鋼腐蝕的同時，還要考慮水質調控是否會影響輔機循環冷卻水系統及鍋爐補給水系統的安全穩定運行。

原水處理系統根據上述理論調整了加藥系統的藥品投加量，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。通過一個階段的運行試驗，管路腐蝕速率下降效果明顯。

通過對比，可以明顯看出水質調整前后管道腐蝕情況的變化。 根據GB/T 16545—1996 金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產物的清除[4]，計算得到其腐蝕速率為：水質調整前原水管道年平均腐蝕速率為0.990 7 mm/a，水質調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80%以上，腐蝕情況得到了大為有效的緩解，且鍋爐補給水系統超濾、反滲透壓差沒有上升趨勢，未發現有結垢傾向，如表3 所示。

表3 水質調整前后超濾、反滲透壓差對比

因輔機循環冷卻水系統的補水為清水池出水，系統排污水大部分用于脫硫系統補水，因此循環水運行濃縮倍率較低，實際控制在1.2～1.5 倍。輔機循環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。 根據極限碳酸鹽硬度試驗結果（如表4 所示），原水未經過處理堿度的試驗結果都滿足現有濃縮倍率結垢傾向，即水質調整后輔機循環冷卻水系統基本不存在結垢傾向性。

表4 極限碳酸鹽硬度試驗水質條件與極限濃縮倍率試驗結果

3.3 經濟性分析

原水預處理系統通過提高堿度的處理方法調整水質后，化學藥品消耗較之前大幅下降，原水以處理1 萬t 礦井水消耗藥量為比較，鍋爐補給水以制1 萬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 t 時，通過采用提高堿度的處理方法平均每年可節約運行成本65.64 萬元，有明顯的經濟效益。

表5 原水水質調整前后藥品消耗量比較

4 結束語

古交西山發電有限公司處理后的礦井水因為低堿度、高硬度的特點，導致了碳鋼的快速腐蝕。通過提高產水堿度， 有效緩解了管道的腐蝕問題，并且綜合考慮了后續反滲透系統和循環水系統的結垢風險，藥品費用也大幅降低。 電廠在綜合利用礦井疏干水的過程中，要根據各個地區的地質因素不同、水質差別大的特點，在處理工藝上綜合考慮，既不能對系統有腐蝕也不能產生嚴重結垢的風險，保證綜合利用礦井疏干水的安全性和經濟性。