水处理对发电设备影响及分析

2014-07-28李胜

应用能源技术 2014年4期

李胜

(云南大唐国际电力有限公司，昆明 650011)

0 引言

随着电力工业的发展和高参数大机组的建设，电厂化学水处理所处的地位越来越重要［1－4］。某电厂装设2×300 MW循环流化床机组，全厂生产、生活用水取自距电厂6 km江水，由于该江水泥沙、悬浮物含量较大，厂区采用石灰处理系统对来水进行混凝澄清软化处理，从而满足全厂循环水补充水、工业冷却水、锅炉补给水以及消防、厂区工业水等的要求。

1 运行状况及主要问题

电厂采用石灰石水处理技术，其石灰预处理系统设计出力为1 700 m3/h，主系统设置两座出力为1 000 m3/h接触泥渣分离澄清池，石灰加药系统采用两座60 m3石灰粉筒仓，底部装有震动料斗、容积式给料机螺旋输粉机，石灰乳溶液箱，利用输送泵打至澄清池。絮凝剂加药系统采用聚合硫酸铁溶液作为絮凝剂，由计量泵按进水流量投加到澄清池;硫酸加药系统采用计量泵根据澄清池出水pH值反馈信号进行调节;澄清池出水经7台深层滤池过滤后进入两个1 000 m3的软水池，滤池反洗水进入1 000 m3废水回收池。经处理后的出水一部分送往主厂房经冷却辅机后补入循环冷却水系统，一部分送往给排水消防系统，一部分送往锅炉补给水处理系统，另一部分直接补入循环冷却水系统。

电厂自投产以来，其循环水泵冷却水管、循环水泵出口母管均出现不同程度的焊缝腐蚀，循环水泵泵轴及工业水系统部分闸阀和截止阀也出现明显腐蚀。主要腐蚀表现为:闸阀和节流阀密封面腐蚀表现为大量点蚀，严重的已无法研磨。阀门非密封面部分有锈蚀附着物，并有鼓包，剥去表面鼓包，底部有黑色附着物。阀门中间连接块有腐蚀现象，腐蚀严重的阀门，出现连接块连接失效脱落，无法对阀门进行操作，如图1所示。从腐蚀的现象上看，铸铁阀门腐蚀速度最快，使用1～2年即发生严重腐蚀，部分已不能使用;碳钢阀门次之，不锈钢阀门腐蚀情况相对较轻。

图1 发生腐蚀设备抽样情况

2 问题分析

电厂采用的江水属高碱度、高硬度水，为提高水资源利用率，在水处理系统中设置生水石灰软化处理，同时为防止滤料和管道上出现酸钙析出沉积现象，加入硫酸中和水中的过饱和氢氧化钙和碳酸钙。经处理后的水质硬度显著下降，水中原有的HCO－3大部分被去除，水体含盐量下降，但水中SO2－4浓度有所增加。HCO－3去除使得工业水中含有大量CO2，引起工业水缓冲性能下降，导致水溶液pH下降，该过程使金属表面形成的氧化膜变得疏松;同时，水溶液中Ca2+的去除，使得金属管壁失去原本可能在其表面形成的CaCO3保护层，当水处于较高流速时，加剧了CO2对设备侵蚀。加入的SO2－4不但使钢材表面形成点蚀，还为停机时形成的贫氧水环境中还原性硫酸盐细菌的系列提供了营养物质。还原性硫酸盐细菌在代谢过程中产生去极化作用，造成微生物腐蚀，产生腐蚀产物形成和促进垢下氧浓差腐蚀。

2.1 石灰软化对水体pH的影响

石灰与凝聚剂(聚合硫酸铁)反应

由以上反应可知，CaO的加入可除去水体中大部分的HCO－3和CO+2，大大降低甲基橙碱度和硬度，经软化处理后，水的硬度可由4.5～5.5 mmol/L下降至2.0 mmol/L，电导率由420 us/cm左右下降至220 us/cm。石灰软化处理一方面可显著提高水的浓缩倍率，另一方面除去大部分HCO3－使水丧失大部分的缓冲性从而导致软水池水pH快速下降，增加了设备腐蚀倾向。不但容易造成循环水系统腐蚀，而且对冷却水系统形成影响。这种现象的发生，是一个长期缓慢的过程，其危害短期内不会明显暴露，但长期下去会对凝汽器、冷油器等造成极为严重的后果。

图2 铁－水系统电位－pH平衡图

由图2可知当 pH小于8.0 ECORR在－0.44 mV左右时，铁处于腐蚀区;当pH大于8.0时，将产生腐蚀产物Fe3O4，表面的Fe3O4与水中溶氧作用转化为Fe3+的水化物或氧化物。

2.2 CO2对腐蚀的影响

研究表明，水中游离CO2对钢材的侵蚀性要远远大于相同pH条件下完全电离的强酸溶液，受CO2腐蚀的金属材料主要有:铸铁、铸钢、碳钢和低合金钢，生水系统腐蚀速度最快的为铸铁，其次为碳钢，含Cr不锈钢耐蚀性相对较好，当合金中添加Cr超过12%时可增加对CO2的耐蚀性。CO2腐蚀主要原因是CO2除与水分子反应生成碳酸释放H+发生腐蚀外，还可直接吸附在钢材表面，与水分子结合生成碳酸分子，直接放电还原，使阴极过程得到加强，加速钢材腐蚀。

2.3 SO2－4 的影响

当水质和系统运行方式改变后，SO2－4在中性和弱碱性条件下能促使碳钢表面发生点蚀的形成，主要体现在:水中HCO－3被去除后，钢材料表面的附着物易溶解;在水体电位与钢材表面电位差的作用下，造成SO2－4在附着物下富集，在钢材表面附着物的作用下形成闭塞，造成附着物下酸腐蚀。

2.4 硫酸加入量的影响

电厂2008年前存在硫酸加入量偏大现象，2～3个月内就会对碳钢材质造成明显的腐蚀，6个月内对凝结器碳钢材质的管板检查发现有2～3 mm腐蚀深度，这种现象在其他电厂循环水系统中也曾发生过。

2.5 机组运行方式的影响

受区域影响，该电厂夏季有较长的检修停运时间，工业水管道中存在较长时间的静水，在停运期间长期静水环境中，水中的溶解氧与钢材反应和好氧微生物代谢消耗，形成贫氧环境，由于水中存在较大浓度SO2－4，使得还原性硫酸盐细菌大量生长，硫酸盐还原细菌在代谢过程中还可充当去极化剂，加速管材的腐蚀，腐蚀产物进一步促进垢下氧浓差腐蚀，形成了基体表面凹凸不平的腐蚀坑。

3 解决方案及效果分析

为解决电厂水系统存在的腐蚀问题，在原系统不进行大的技术改造和节约资金的前提下，经反复论证，提出以下方案:

(1)停运厂区生水石灰系统，使江边混凝处理后的生水直接进入砂滤池至软水池。

(2)为提高循环水浓缩倍率，循环水仍进行加酸处理，加酸系统可进行适当改造，硫酸加入点改至冷却塔出水口处，硫酸加入方式由计量泵加入改为静态滴定方式。

(3)水稳剂投加方式和加药量保持不变。

方案优缺点对比:

优点:

(1)可彻底防止Fe+3对系统的腐蚀，降低石灰石混凝系统对设备的腐蚀影响。

(2)不投加石灰和聚合硫酸铁，可大幅降低药品成本及维护量。

缺点:

(1)加酸量、再生用酸碱量及工业水含盐量、COD等化学指标有所增大。

(2)再生酸碱量将有所增加。

(3)化学除盐系统周期制水量有所下降。

这个厂于2012年6月实施了该方案，通过一个运行周期的观测，认为该方案的实施可控制循环水浓缩倍率、硬度及PH值，有效降低碳钢的腐蚀速率。下图为2013年机组检修时凝汽器内部检查情况:凝汽器水室基本无淤泥、杂物和微生物附着物，凝汽器铜管管口无污堵及结垢现象，管板无明显腐蚀情况，水室内壁支撑架无明显结垢、腐蚀现象。

图3 凝汽器内部检查情况(方案实施前)

图4 凝汽器内部检查情况(方案实施后)

4 经济效果评价

方案实施后，由于停用了厂区内生水石灰系统运行，不仅大量了减少石灰、碳钢缓释剂、絮凝剂的用量，还节省了生水石灰系统检修维护和材料费用。经测算，按机组年平均利用小时5 500小时计算，每年可减少聚合硫酸铁1 080 t、硫酸80 t、碳钢缓蚀剂48 t等相关费用约175万元及50万元检修维护费用，大大提高了电厂经济性。