浅谈孟加拉350MW燃煤电站工业水矿化系统的对比及选择

王少芳

（上海电力建设有限责任公司，上海 200031）

孟加拉某燃煤电站项目位于孟加拉南部Barguna地区，紧邻孟加拉湾。由于厂址位于Buriswar河入海口，其水质为苦咸水，考虑涨潮等因素水质情况比较复杂。按照最差水质即Cl-含量6880mg/L考虑，需要对原水进行淡化处理。本工程采用膜法处理方案，脱除原水中的大部分盐分。采用原水反渗透出水作为电厂工业用水，用于码头、制氢站冷却、脱硫等。鉴于淡化水水质不稳定具有腐蚀性，在输送过程中会对管道造成一定程度的腐蚀，所以需要对原水反渗透出水进行矿化处理后才可输送到各用水点。本文重点论述了工业水矿化的必要性和结合孟加拉某燃煤电站项目实际情况选择矿化工艺。

1 工业水矿化的必要性

本项目海水淡化系统，设3×245m3/h的超滤装置、3×110m3/h的原水反渗透装置、2×40m3/h的淡水反渗透装置。工业用水采用原水反渗透出水，用水量为119.4m3/h，包括码头用水、回用水、冲洗汽车用水、主厂房冲洗用水、油库区用水、制氢站冷却水、脱硫用水等。因原水反渗透出水钙离子含量较低，水质不稳定，考虑会对输送管道造成一定的腐蚀，不仅缩短了管道设备的使用寿命，还会出现“红水”现象，因此需要对其进行化学稳定性处理。本文先针对管道腐蚀原理和原水反渗透出水水质不稳定进行解释论证。

1.1 管道腐蚀原因

（1）电化学腐蚀：金属设备表面的不均匀会形成这些部位的电极电位差，2个电极电位不同的部分通过金属连成1个原电池，高电位为阴极，低点为阳极，形成电化学腐蚀。电化学腐蚀条件是普遍存在的。

（2）微生物腐蚀：由微生物直接或间接参加的腐蚀过程。包括微生物参与了电化学腐蚀中的阴极去极化过程；微生物的分泌物造成充气差电池；微生物代谢过程中生成各种酸引起的腐蚀。

本项目海水经过反渗透处理后，去除了海水中大部分氯化物，同时也去除了海水中许多离子。Ca2+、Mg2+等离子较少，而溶解在水中的CO2会生成碳酸，碳酸会电离出H+使水呈酸性，进而输水管道会发生电化学腐蚀。

1.2 朗格利尔碳酸钙饱和指数

1936年朗格利尔(Langelier)根据水中碳酸溶解平衡理论提出的描述碳酸钙固体与含二氧化碳溶液之间的平衡关系表达式，即水样实测的pH值减去饱和pH(即pHs)值的差值。

根据表达式：Is(饱和指数)=pH-pHs

Is＜0时，水中的碳酸钙处于未饱和状态，水具有产生腐蚀的趋势；Is＞0时，碳酸钙处于过饱和状态，水具有产生碳酸钙沉积的趋势；Is＝0时，水质处于稳定状态，既不结垢，也无产生腐蚀的趋势。

孟加拉某燃煤电站一级反渗透出水pH5～6.5，TDS ＜200mg/l，钙离子＜2mg/l，碳酸氢根＜1mg/l,水温25～30℃。根据朗格利尔(Langelier)饱和指数计算器得出Is=-5.4。故由朗格利尔碳酸钙饱和指数判断，原水反渗透出水对水质不稳定，对管道具有腐蚀性。

解决海水淡化出水腐蚀性的方法是对淡化水进行矿化处理，调节pH值，产水中加入钙等矿化物，从而调节反渗透产水的碱度和硬度，适度提高pH值，使产水的Langelier Saturation index（LSI）值在0～0.50范围，总碱度（TAC）80mg/L（CaCO3），总硬度（TH）80～120mg/L（CaCO3）。使水质既不产生结垢，也不会对输水管造成腐蚀。

2 淡化水矿化的几种常用工艺

淡化水矿化的方法一般分为3类：与其他水源混合法；直接添加药剂法；溶解富含碳酸钙的矿石法。

2.1 与其他原水混和法

淡化水与富含矿物质的水源混合可增加水中离子含量，达到矿化目的。

2.2 直接添加药剂法

此方法是直接向淡化水中添加化学药剂来达到矿化目的。常用的化学药剂包括石灰乳、氯化钙、纯碱、小苏打以及二氧化碳等。

2.3 溶解富含碳酸钙的矿石法

该方法是将淡化水通过装有矿石的容器，通过溶解矿石中的碳酸钙对淡化水进行矿化。

3 孟加拉某350MW燃煤电站工业水矿化工艺选择

本工程工业水矿化系统单套出力为150m3/h，共1套。产水pH要求7.5～8.0、碱度要求63mg/l、钙离子含量要求：20mg/l。结合本项目，如选用与其他原水混和法，混合水源首选海水。但仅靠混合海水无法达到矿化目的。与海水混合后添加的主要成分为钠离子和氯离子，对碱度的增加有限。且如果混合比例掌握不当，水体中增加的氯离子会加剧管道的腐蚀。该方法对所混合水源的水质要求很高，单一的海水不能满足水质的要求，需要添加其他水源或药品加以补充，工程实用性较低，故排除此方法。设计之初针对直接添加药剂法、溶解富含碳酸钙的矿石法提出了两种矿化工艺，分别如下。

3.1 直接添加药剂法（图1）

图1 工业水矿化直接添加药剂法流程图

考虑到单独投加石灰乳只会增加水的硬度，不能提高水的碳酸碱度；反之单独投加二氧化碳却只能增加水的碳酸碱度，不能提高水的硬度。故本项目设计在原水反渗透出水中同时加入石灰乳和二氧化碳，既可以增加淡水的碱度使得淡水腐蚀性降低，又可以增加硬度从而达到矿化的目的。反应过程如式（1）所示：

3.2 溶解富含碳酸钙的矿石法（图2）

图2 工业水矿化溶解富含碳酸钙的矿石法流程图

将原水反渗透出水通过碳酸钙颗粒过滤器，进而增加淡水中的硬度和碱度。碳酸钙在中性条件下溶解很慢，一级淡水呈弱酸性，可加快其溶解速率。反应过程如式（2）所示：

3.3 两种工艺对比

两种工艺针对原料稳定性、腐蚀性、安全性，系统复杂性和系统卫生性，造价等方面进行比较，见表1。

表1 直接添加药剂法与溶解富含碳酸钙的矿石法对比

根据表1，对比添加药剂法（二氧化碳还、石灰乳），溶解富含碳酸钙的矿石法（碳酸钙颗粒过滤器）原料更加稳定，在孟加拉当地缺乏原料的情况下，碳酸钙更易储存运输；且原料无腐蚀性无毒安全性高；整个系统更加简单，卫生性好；投资较低。综上所述，本工程选用溶解富含碳酸钙（碳酸钙颗粒过滤器）的矿化方案。

4 结语

经论证，原水反渗透出水水质不稳定且具有一定的腐蚀性，需进行矿化处理增加其硬度和碱度，控制管网腐蚀。本项目结合工程实际情况，对比了直接添加药剂法（二氧化碳还、石灰乳）和溶解富含碳酸钙的矿石法（碳酸钙颗粒过滤器），最终选用原料性质稳定、无腐蚀性、更加安全，系统运行维护简便、卫生状况良好、造价更低的溶解富含碳酸钙的矿石法（碳酸钙颗粒过滤器），此工艺值得在类似项目中借鉴。