淺談孟加拉350MW燃煤電站工業水礦化系統的對比及選擇

王少芳

（上海電力建設有限責任公司，上海 200031）

孟加拉某燃煤電站項目位于孟加拉南部Barguna地區，緊鄰孟加拉灣。由于廠址位于Buriswar河入海口，其水質為苦咸水，考慮漲潮等因素水質情況比較復雜。按照最差水質即Cl-含量6880mg/L考慮，需要對原水進行淡化處理。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用水，用于碼頭、制氫站冷卻、脫硫等。鑒于淡化水水質不穩定具有腐蝕性，在輸送過程中會對管道造成一定程度的腐蝕，所以需要對原水反滲透出水進行礦化處理后才可輸送到各用水點。本文重點論述了工業水礦化的必要性和結合孟加拉某燃煤電站項目實際情況選擇礦化工藝。

1 工業水礦化的必要性

本項目海水淡化系統，設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、油庫區用水、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，水質不穩定，考慮會對輸送管道造成一定的腐蝕，不僅縮短了管道設備的使用壽命，還會出現“紅水”現象，因此需要對其進行化學穩定性處理。本文先針對管道腐蝕原理和原水反滲透出水水質不穩定進行解釋論證。

1.1 管道腐蝕原因

（1）電化學腐蝕：金屬設備表面的不均勻會形成這些部位的電極電位差，2個電極電位不同的部分通過金屬連成1個原電池，高電位為陰極，低點為陽極，形成電化學腐蝕。電化學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程。包括微生物參與了電化學腐蝕中的陰極去極化過程；微生物的分泌物造成充氣差電池；微生物代謝過程中生成各種酸引起的腐蝕。

本項目海水經過反滲透處理后，去除了海水中大部分氯化物，同時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會生成碳酸，碳酸會電離出H+使水呈酸性，進而輸水管道會發生電化學腐蝕。

1.2 朗格利爾碳酸鈣飽和指數

1936年朗格利爾(Langelier)根據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系表達式，即水樣實測的pH值減去飽和pH(即pHs)值的差值。

根據表達式：Is(飽和指數)=pH-pHs

Is＜0時，水中的碳酸鈣處于未飽和狀態，水具有產生腐蝕的趨勢；Is＞0時，碳酸鈣處于過飽和狀態，水具有產生碳酸鈣沉積的趨勢；Is＝0時，水質處于穩定狀態，既不結垢，也無產生腐蝕的趨勢。

孟加拉某燃煤電站一級反滲透出水pH5～6.5，TDS ＜200mg/l，鈣離子＜2mg/l，碳酸氫根＜1mg/l,水溫25～30℃。根據朗格利爾(Langelier)飽和指數計算器得出Is=-5.4。故由朗格利爾碳酸鈣飽和指數判斷，原水反滲透出水對水質不穩定，對管道具有腐蝕性。

解決海水淡化出水腐蝕性的方法是對淡化水進行礦化處理，調節pH值，產水中加入鈣等礦化物，從而調節反滲透產水的堿度和硬度，適度提高pH值，使產水的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）。使水質既不產生結垢，也不會對輸水管造成腐蝕。

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的水源混合可增加水中離子含量，達到礦化目的。

2.2 直接添加藥劑法

此方法是直接向淡化水中添加化學藥劑來達到礦化目的。常用的化學藥劑包括石灰乳、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裝有礦石的容器，通過溶解礦石中的碳酸鈣對淡化水進行礦化。

3 孟加拉某350MW燃煤電站工業水礦化工藝選擇

本工程工業水礦化系統單套出力為150m3/h，共1套。產水pH要求7.5～8.0、堿度要求63mg/l、鈣離子含量要求：20mg/l。結合本項目，如選用與其他原水混和法，混合水源首選海水。但僅靠混合海水無法達到礦化目的。與海水混合后添加的主要成分為鈉離子和氯離子，對堿度的增加有限。且如果混合比例掌握不當，水體中增加的氯離子會加劇管道的腐蝕。該方法對所混合水源的水質要求很高，單一的海水不能滿足水質的要求，需要添加其他水源或藥品加以補充，工程實用性較低，故排除此方法。設計之初針對直接添加藥劑法、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 工業水礦化直接添加藥劑法流程圖

考慮到單獨投加石灰乳只會增加水的硬度，不能提高水的碳酸堿度；反之單獨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。故本項目設計在原水反滲透出水中同時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到礦化的目的。反應過程如式（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碳酸鈣顆粒過濾器，進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，一級淡水呈弱酸性，可加快其溶解速率。反應過程如式（2）所示：

3.3 兩種工藝對比

兩種工藝針對原料穩定性、腐蝕性、安全性，系統復雜性和系統衛生性，造價等方面進行比較，見表1。

表1 直接添加藥劑法與溶解富含碳酸鈣的礦石法對比

根據表1，對比添加藥劑法（二氧化碳還、石灰乳），溶解富含碳酸鈣的礦石法（碳酸鈣顆粒過濾器）原料更加穩定，在孟加拉當地缺乏原料的情況下，碳酸鈣更易儲存運輸；且原料無腐蝕性無毒安全性高；整個系統更加簡單，衛生性好；投資較低。綜上所述，本工程選用溶解富含碳酸鈣（碳酸鈣顆粒過濾器）的礦化方案。

4 結語

經論證，原水反滲透出水水質不穩定且具有一定的腐蝕性，需進行礦化處理增加其硬度和堿度，控制管網腐蝕。本項目結合工程實際情況，對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（碳酸鈣顆粒過濾器），最終選用原料性質穩定、無腐蝕性、更加安全，系統運行維護簡便、衛生狀況良好、造價更低的溶解富含碳酸鈣的礦石法（碳酸鈣顆粒過濾器），此工藝值得在類似項目中借鑒。