电厂水处理除硅工艺应用分析

强鹏

国家电投宁夏能源铝业临河发电分公司 ，宁夏银川 750411

摘要：天然水由于矿物溶解等因素或多或少会存在一些杂质，改变水的浑浊性、酸碱性、软硬性、含盐量等性质，从而对工业生产造成一定不利影响，因此工业用原水均需不同程度的处理。锅炉用水中的硅会对锅炉和汽轮机的安全造成巨大危害，严重时会造成安全问题、经济损失，因此火电厂锅炉对用水中的硅含量有着极其严格的要求。文章介绍了天然水中硅存在的主要形式，描述了目前常用的除硅方法及其原理、应用、优缺点等。

关键词：电厂水处理；除硅工艺

前言

由于矿物的溶解及其它自然因素的影响，天然水体中均含有一定量的杂质。这些杂质以浑浊度、酸度、碱度、硬度和总含盐量等形式表现出来，并对不同工业生产过程产生影响，因而涉及用水的工业过程均需对原水进行不同程度的处理。

1电厂用水的水质要求及处理工艺

1.1电厂用水的水质要求

(1)冷却水水质。电厂冷却水用量最大，约占电厂用水量的70~90%。一般要求冷却水的水温和浑浊度尽可能低，这样不易生成水垢和泥渣，介质对金属设备腐蚀性小，不易滋生微生物。电厂对冷却水的要求是:浑浊度不大于50~100度，硫化氢含量不大于0.5~5mg/L，铁含量不大于0.1~0.5 mg/L，二氧化硅含量不大于175 mg/L，碳酸盐硬度应小于6一20度(依水中游离CO:含量及冷却水被加热后的温度而定)。

2. 锅炉动力用水。电厂锅炉多为高压甚至超高压锅炉，同时要考虑蒸汽在汽轮机中的沉积结垢的腐蚀问题，对水质要求非常严格。锅炉用水首先对硬度和溶解氧有要求，其次是氧化硅或含盐量。其它凡能导致锅炉给水系统的热力设备腐蚀结垢、引起汽水共腾及使离子交换树脂中毒的杂质都应尽可能的除去。

1.2电厂水中氧化硅对生产过程的影响

在循环冷却水中，硅含量过高易与水中Ca²⁺,Mg²⁺离子生成传热系数很低的CaCO³·SiO²垢和硅酸镁垢，降低换热器的传热效率，堵塞管道。在电厂热力设备，水中的氧化硅易产生硅垢，硅垢不仅在汽轮机中沉积而且会遍布整个发电系统，因而除硅和抑制硅垢就成为火电厂的一个主要课题。锅炉尤其是高等级的火力电厂锅炉对补给水中的硅含量有严格要求，锅炉给水中的硅不仅会造成发电机组经济性下降，而且对锅炉和汽轮机的安全产生巨大危害，影响了电厂的安全经济长周期运行。

2电厂水中硅的存在形式

（1）溶解的硅酸化合物：这种存在形式的硅被称为离子硅，主要为SiO₂溶解形成的H₂SiO₄，尺寸通常小于1nm，表现为真实溶液形态。

（2）不稳定的胶体硅：胶体硅主要是多种聚合态硅和SiO₂的聚合产物，尺寸一般在1μm以下，分散较为均匀，形成悬浊液，很难沉降，难以通过过滤除去。天然水的pH值经常变化，硅的形态也经常发生变化。导致离子硅数量的增加，最终形成多分子聚合物。

（3）吸附状态的硅酸化合物：天然水中存在多种不溶盐，其主要以颗粒形式存在，能吸附水中的各种硅酸，使其聚集在表面。这种形式的的硅酸化合物可以通过简单的过滤将其除去。

（4）稳定粗粒的硅酸化合物：这种硅通常是有硅、沙石、悬浮物等组成，具有较大的比表面积。天然水中这种形式的硅酸化合物会随着季节的变化而发生变化，也可以采取物理过滤的方法除去。

3电厂水处理除硅常用方法

3.1化学混凝

在工业生成中，化学混凝是一种简单高效的除硅方法，天然水中硅原子存在形式繁多，难以确定，同时硅颗粒十分微小，表面存在大量电荷，无法通过自然沉降来除去硅，而絮凝剂可以加快硅的沉降，进而达到除去硅的效果。

3.1.1铝剂除硅

铝盐是一种良好的溶解硅吸附剂，工业上采用的除硅铝盐通常为氟化铝或硫酸铝。其在水中的存在形式主要为水合铝络离子Al(H₂O)₆³⁺，该离子水pH值大于3时会水解形成羟基铝离子，最终通过一系列反应生成Al(OH)₃，吸附水中的硅。影响铝盐除硅的主要因素有：

（1）温度：电厂水铝盐除硅的最佳温度为20℃左右；

（2）反应时间：反应半小时通常可以除去大部分的氧化硅；

（3）pH值：电厂水铝盐除硅的最佳pH值是在8.3-9.0；

（4）铝盐结晶状态和物理性质：如果铝盐沉淀物在溶液外生成，特别是干燥处理后，其除硅能力大幅度降低。

3.1.2铁剂除硅

铁剂除硅原理和铝剂类似，利用铁盐水解生成的Fe(OH)₃除去水中的硅。通过自制铁剂进行工业水除硅研究，发现在温度25℃，PH值为6.5-7.5之间时铁剂除硅效率最佳，用量为0.20g/L，此外，在反应半小时后继续沉降1小时会使得除硅效率进一步提高。对含硅量低于30mg/L的工业水，其一次除硅效率可以达到98%，但是温度变化对除硅效率基本不产生影响。

3.1.3石灰除硅

通过石灰除去工业水中硅的原理为：

CaO+H

₂O→Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+H2SiO₃→Ca(SiO)₂↓+H2O

Ca(OH)₂+Ca(HCO₃)₂→2CaCO₃↓+H2O

Ca(OH)₂+Mg(HCO₃)₂→2CaCO₃↓+Mg(OH)₂↓+H₂O

根据上述反应，利用生石灰制备了10%的石灰乳浊液，在110-115℃间对锅炉给水进行离子交换前的除硅预处理，研究表明除硅效率可达80%。石灰法除硅的效率较低，很难完全除去工业水中的硅，而且由于其反应原理，除硅效率也不稳定，对pH值要求高，除硅完成后的水还需进行处理，在工业上应用受到限制。

3.2离子交换

相比于化学凝絮法，离子交换法可以对工业水进行深度脱硅处理。由于硅酸盐本身具有的特殊属性，离子交换法处理水通常采用强阴离子交换树脂。在工业原水中，硅酸盐有多种存在形式，而离子交换法除硅只对可溶性离子有效，所以必须通过预处理（pH值调节）是硅酸盐转化为可溶性离子，才能与树脂中的固相离子进行交换。但是，预处理成酸性的水会对电厂设备和管道造成腐蚀作用，因此控制pH值是离子交换法除去水中硅的关键，最佳pH值为5-6。同时，水中存在的其他化合物也会对离子交换法除硅效率造成一定的影响，降低其交换容量，缩短树脂使用寿命，严重是还会引起树脂中毒。

因此，离子交换法除去原水中硅存在以下限制：只能除去离子硅，对胶体硅无能为力；对水质要求高，处理前需要进行原水预处理；交换周期长，成本高，产生的废水会造成设备腐蚀。所以，离子交换法除硅主要用于硅含量低的工业水。

3.3反渗透

反渗透除硅是通过一定的压力使得硅盐等从浓度低处转移到浓度高处。自上世纪六十年代，高效率高渗透量膜开发出来，反渗透技术得到了广泛的应用。反渗透技术对离子硅和胶体硅都有很好的去除效率，能做到深度脱硅，但是也有一些限制：如对水温、水质要求高，需要预处理；设备成本较高等。

3.4其他方法

超滤是一种物理除硅方法，其原理是通过改变膜孔形状、大小来筛分水中的物质，从而达到除硅的效果。如果要除去胶体硅，膜孔尺寸必须大于100nm。很明显，超滤无法除去离子硅，且和反渗透法一样，需要对原水进行预处理。气浮法是通过制造微小气泡将水中硅转移到其表面，然后进行聚集、收集、脱除，从而除去原水中的硅。气浮法除硅的关键在于将水中硅转化成气泡可携带的絮体物质。因此，气浮法除硅需要和絮凝剂结合使用才能产生效果。

4结语

电厂水处理除硅工艺完善后可大大降低炉水中二氧化硅的含量，它可使锅炉和汽轮机运行更加安全、稳定和经济。天然水除硅的方法有很多，但是目前各种除硅方法都存在一定的使用条件限制或缺陷，化学混凝除硅难以实现深度除硅；膜法除硅对水质要求高；离子交换法不能出去胶体硅。因此，需要研究并开发出一些效率高、操作简单、成本合适的工业水除硅方法。

参考文献：

[1]张桂枝.热石灰法原水除硅预处理[J].水处理技术,2004,20(5):305-306.

[2]王树国.分析电厂化学水处理的特点与技术工艺[J].建筑工程技术与设计,2020,(28):3262.