全膜法處理技術(shù)鍋爐補(bǔ)給水除鹽系統(tǒng)的應(yīng)用

崔樹杰

（上海巴安水務(wù)股份有限公司，上海 201715）

山鷹華中紙業(yè)基地位于湖北省公安縣青吉工業(yè)園，此工程項目規(guī)劃分為三期，預(yù)計在2020年完成項目建設(shè)及運營。項目一期產(chǎn)能超55萬t，配套熱電發(fā)電、污水處理、補(bǔ)給水處理，預(yù)計2019年初投產(chǎn)[1]。

熱電聯(lián)產(chǎn)項目規(guī)模：終期5×410 t/h高溫超高壓CFB燃煤鍋爐（4用1備）+4×60 MW高溫超高壓背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。其中，一期3×410 t/h CFB燃煤鍋爐（2用1備）+2×60 MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，一期一階段2×410 t/h CFB燃煤鍋爐（1用1備）+1×60 MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組[1]。

化學(xué)水站水源采用廠區(qū)凈水站的產(chǎn)水，凈水站水源為長江水，處理流程為“長江水→PAC投加→絮凝反應(yīng)池→濾池→清水池”。考慮將城市自來水作為備用水源。

1 設(shè)計和運行條件

1.1 水質(zhì)分析

水質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

1.2 系統(tǒng)工藝流程

化學(xué)水站系統(tǒng)采用“超濾+兩級反滲透+電除鹽”全膜法除鹽水處理系統(tǒng)，詳細(xì)工藝流程如下：清水池→超濾進(jìn)水泵→換熱器→自清洗過濾器→超濾裝置→超濾水池→一級增壓泵→一級保安過濾器→一級高壓泵→一級反滲透裝置→除碳器→一級反滲透水池→二級增壓泵→二級高壓泵→二級保安過濾器→二級反滲透裝置→二級反滲透水池→EDI進(jìn)水泵→EDI保安過濾器→EDI裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房母管。

表1 水質(zhì)報告

1.3 系統(tǒng)出力

系統(tǒng)最終出力4×110 t/h。各級設(shè)備容量的最低配置如表2所示。

表2 設(shè)備容量

1.4 系統(tǒng)功能介紹

1.4.1 混合式換熱器

本工程設(shè)置4臺混合式換熱器對超濾進(jìn)水進(jìn)行加熱，換熱器的熱源為輔助蒸汽，應(yīng)控制清水出水水溫為25℃。

1.4.2 機(jī)械過濾

本項目設(shè)置4套自動反洗碟片過濾器，其精度位130 μm，具有以下優(yōu)點：過濾高效穩(wěn)定，反洗水量極小，節(jié)省占地；根據(jù)壓差/定時進(jìn)行自動反洗，反洗不斷流；碟片耐腐性能強(qiáng)，適合復(fù)雜流體和環(huán)境。本項目采用內(nèi)源反沖洗系統(tǒng)，設(shè)備在反洗階段時，出水管的壓力（反洗用壓力）需要達(dá)到或超過2.5 BAR，出口有保壓要求。

1.4.3 超濾

超濾（Ultrafiltration）是一種超微孔過濾技術(shù)，是以壓力為推動力，利用超濾膜不同孔徑對液體進(jìn)行分離的物理篩分過程[2]。在一定壓力下，當(dāng)原液流過典型孔徑在0.01～0.10 μm的超濾膜表面時，粒徑大于微孔徑的物質(zhì)被截留，水及小分子物質(zhì)則可以通過，從而為后續(xù)系統(tǒng)提供穩(wěn)定和優(yōu)異的出水水質(zhì)。由于超濾膜孔徑已到達(dá)納米級，對于水中細(xì)菌、病毒、膠體、顆粒、大分子量有機(jī)物都具有高效的截留分離作用，已成為水處理中的常規(guī)應(yīng)用技術(shù)之一。本項目每套采用賽諾膜SMT600-SP80組件44支，共4套。配置反洗/清洗系統(tǒng)各一套。正常情況下，四組超濾膜組件可單套運行或四套同時運行。在系統(tǒng)不停設(shè)備的前提下，四套裝置可依次進(jìn)行反洗和清洗。,

1.4.4 反滲透

本項目根據(jù)水質(zhì)水質(zhì)了兩級級反滲透，一級反滲透用主要用于初步去除水中各種溶解固形物即鹽分；二級反滲透主要用于進(jìn)一步去除水中各種溶解固形物即鹽分。一級RO四套，單套最大出力144 t/h，回收率75%。每套配置一臺精度為5 μm的保安過濾器，每套180支膜元件，按照20:10的比例分兩段排列布置。二級RO兩套，單套最大出力122 t/h，回收率75%，每套120支膜元件，按照13:7的比例分兩段排列布置。產(chǎn)品水管上設(shè)防爆膜，濃水排水裝流量控制閥（穩(wěn)流閥），以控制水的回收率。整套裝置應(yīng)設(shè)有程序啟停裝置，停用后能延時自動沖洗。

一級反滲透采用陶氏BW30FR-400反滲透元件，使用FR元件，僅需較少的元件便可達(dá)到設(shè)計產(chǎn)水量。二級反滲透采用陶氏BW30HRLE-440型極低壓反滲透元件，可以有效地去除二氧化硅、硼、硝酸鹽異丙胺和氨，節(jié)能效益明顯。

RO裝置各段給水及濃水進(jìn)出水總管上設(shè)有足夠連接清洗液進(jìn)、出的管道及閥門，分段清洗。每套RO裝置各段的清洗進(jìn)、出管路上要求設(shè)置1個氣動閥。

整套裝置設(shè)有程序啟停裝置，停用后能延時自動沖洗。

裝置每根高壓容器產(chǎn)品水管（設(shè)置集中取樣柜）和濃水管應(yīng)設(shè)取樣點，取樣點的數(shù)量及位置能有效地診斷并確定系統(tǒng)的運行狀況。組合架的設(shè)計應(yīng)滿足其廠址的抗震烈度要求和組件的膨脹要求。系統(tǒng)測量配置點及數(shù)量等要滿足本系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行需要。

每套反滲透裝置都配有就地控制盤，且配有氣動或電動控制元器件，該元器件應(yīng)為原裝進(jìn)口的可靠產(chǎn)品。反滲透膜是一種半透膜，僅能讓某些物質(zhì)（如水）容易通過，而其他物質(zhì)（如溶解鹽）則不讓通過[2]。如果純水與鹽溶液被一張半透膜隔開，純水就會通過膜進(jìn)入鹽溶液，如圖1所示。

圖1 反滲透原理

1.4.5 EDI（電除鹽）

EDI的工作原理：該裝置包括陰、陽離子交換膜，陰、陽離子交換樹脂，直流電源等設(shè)備。其中，陰離子交換膜只允許陰離子透過，不允許陽離子通過；而陽離子交換膜只允許陽離子透過，不允許陰離子通過。陰、陽離子交換樹脂充夾在陰、陽離子交換膜之間形成單個處理單元，并構(gòu)成淡水室。單元與單元之間用網(wǎng)狀物隔開，形成濃水室。單元組兩端的直流電源陰、陽電極形成電場。來水流經(jīng)淡水室，水中的陰、陽離子在電場作用下通過陰、陽離子交換膜被清除，進(jìn)入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹脂大大地提高了離子被清的速度。同時，水分子在電場作用下產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子，這些離子對離子交換樹脂進(jìn)行連續(xù)再生，以使離子交換樹脂保持最佳狀態(tài)。

EDI裝置設(shè)計回收率不小于90%，濃水室供水管路應(yīng)裝設(shè)流量自動調(diào)節(jié)控制閥，以控制水的回收率。

每套CEDI裝置由22個模塊集裝在一個框架上，成套供貨，每個小模塊選擇5 m3/h的出力。EDI裝置根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式合理布置，便于操作、檢修和膜塊更換。

EDI裝置設(shè)計回收率不小于90%，濃水室供水管路裝設(shè)流量自動調(diào)節(jié)控制閥，以控制水的回收率。

裝置內(nèi)低壓管道均采用塑料材質(zhì)，管道連接采用焊接（焊材應(yīng)與母材相同）或熱熔的方式，確保管道連接處光滑平整、美觀嚴(yán)密，杜絕運行中的跑冒滴漏現(xiàn)象。高壓部分采用304SS材質(zhì)，進(jìn)出水母管流速不得大于1.5 m/s。

圖2 CEDI模塊內(nèi)部原理

EDI極室產(chǎn)氣應(yīng)及時得以排除，以確保安全。對多獨立膜塊并聯(lián)安裝的EDI系統(tǒng)保證各膜塊流量分配均勻，每一EDI膜塊的進(jìn)出水支管與母管均應(yīng)有相應(yīng)的隔離門，以使任一膜塊工作故障時通過閥門進(jìn)行系統(tǒng)隔離而不影響整個系統(tǒng)運行。EDI裝置具有程序啟停功能，出水端應(yīng)設(shè)啟動初期不合格出水排放管及自動排放閥。極水管應(yīng)設(shè)置氣體排放措施。

EDI裝置淡水、濃水系統(tǒng)設(shè)各自獨立的清洗接口。EDI裝置組合架的設(shè)計應(yīng)滿足廠址抗震烈度的要求和組件膨脹要求。EDI裝置采用不銹鋼框架，要求美觀大方。每套EDI設(shè)備設(shè)置一臺就地儀表操作盤，在就地盤上可讀出有關(guān)工藝參數(shù)。其通過輔網(wǎng)控制系統(tǒng)的DCS來實現(xiàn)自動和手動操作整個系統(tǒng)的功能。每一塊EDI模塊都應(yīng)配置完全獨立的DC電源控制盒，可以保證任何一塊模塊因操作原因出現(xiàn)過熱時會自動切斷該模塊的電源，而系統(tǒng)中其他模塊仍能正常運行。CEDI整流裝置應(yīng)滿足國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并有電流、電壓方面的顯示。

2 主要工藝設(shè)備

2.1 混合式換熱器

本工程設(shè)置4臺混合式換熱器對超濾進(jìn)水進(jìn)行加熱，換熱器的熱源為輔助蒸汽，應(yīng)控制清水出水水溫為25℃。加熱器設(shè)置溫度傳感器及溫度控制閥，通過自動控制，使其水溫恒定；進(jìn)入加熱器的給水母管最低點應(yīng)設(shè)排放閥，熱源入口設(shè)置自動調(diào)節(jié)閥和自動關(guān)斷閥，自動調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)換熱器出口的原水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。蒸汽加熱器能使384 m3/h的水從5℃加熱到25℃。

2.2 自清洗過濾器

數(shù)量4臺，型式為疊片式，單臺設(shè)備出力為192 m3/h；過濾精度為130 μm；控制方式：根據(jù)壓差時間自動調(diào)節(jié)反洗啟動。

2.3 超濾裝置

裝置數(shù)量為4套，單套連續(xù)凈出力172 m3（/h·臺）（25℃時）；超濾裝置膜元件排列方式為垂直并列，進(jìn)水回收率≥90%（含自清洗過濾）；單只膜面積＜60 m2；膜元件總面積≥7 000 m2；膜通量＜55 L/（m2·h）；膜材質(zhì)PVDF；超濾膜型式為外壓式；運行壓降≤0.15 MPa，有壓差保護(hù)，超壓差停機(jī)；出水水質(zhì)SDI≤3，濁度≤0.3 NTU。

2.4 除碳器

設(shè)備臺數(shù)2臺，型式為立式圓柱形，直徑2 500 mm；填料高度＞2 000 mm；淋水密度為60，配套風(fēng)機(jī)2臺，帶防護(hù)罩，風(fēng)量70～90 m3/min。

2.5 一級反滲透裝置

裝置套數(shù)4套，單套出力144 m3/（h·套）（25℃）；回收率為75%；系統(tǒng)脫鹽率≥97%（25℃時）；排列（級段）方式為一級兩段20:10；膜型號為BW30FR-400。

2.6 二級反滲透裝置

裝置套數(shù)4套，單套出力122 m3/（h·套）（25℃）；回收率為85%；系統(tǒng)脫鹽率≥97%（25℃時），排列（級段）方式為一級兩段13:7；膜型號為BW30HRLE-440。反滲透膜組件的給水投加還原劑及阻垢劑，化學(xué)清洗劑根據(jù)現(xiàn)場運行狀況和膜的污堵程度進(jìn)行調(diào)配。

2.7 EDI裝置

裝置套數(shù)為4套，單套出力110 m3/（h·套）（25℃）；回收率≥90%；產(chǎn)水水質(zhì)：25℃時電導(dǎo)率≤0.10 μS/cm，二氧化硅≤10 μg/L，pH值為6.5～7.0；額定出力進(jìn)出水壓差：一年內(nèi)≤0.15 MPa，滿五年≤0.20 MPa；膜塊配置數(shù)量：22塊/套；膜塊平均產(chǎn)水量5 m3/（h·塊）；產(chǎn)水直流電耗：0.03 kW·h/t產(chǎn)水；產(chǎn)水總電耗：0.6 kW·h/t產(chǎn)水。

3 性能考核項目

3.1 超濾系統(tǒng)性能保證值

產(chǎn)水量≥ 155 m3/h（套）（25℃）；SDI指數(shù)≤ 3（運行三年后）；水的回收率≥90%。

3.2 一級反滲透系統(tǒng)性能保證值

對于一級RO脫鹽率，運行第一年≥98%，運行三年后≥96%；對于二級RO脫鹽率，運行第一年≥97%，運行三年后≥95%；對于二級RO出水電導(dǎo)率，運行第一年≤5 μs/cm，運行三年后≤10 μs/cm。

一級RO產(chǎn)水量≥135 m3/h（套）（25℃），二級RO產(chǎn)水量≥122 m3/h（套）（25℃）。對于水的回收率，一級反滲透系統(tǒng)≥73%（運行三年后），二級反滲透系統(tǒng)≥85%（運行三年后）。

3.3 EDI電去離子系統(tǒng)性能保證值

產(chǎn)水量≥110 m3/h（套）（25℃）；電阻率＞10 MΩ·cm（25℃）；二氧化硅＜10 μg/L（3年保證）；水的回收率（EDI系統(tǒng)）≥90%。

4 結(jié)論

全膜法是目前較成熟的水處理工藝，在鍋爐給水、電子行業(yè)、電廠行業(yè)應(yīng)用比較廣泛，尤其是在原水水質(zhì)差的大型系統(tǒng)中其優(yōu)點非常突出。目前，超濾、EDI等生產(chǎn)技術(shù)在我國已經(jīng)成熟，這樣就大大降低了處理成本，反滲透技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，很多進(jìn)口品牌已經(jīng)在國內(nèi)量產(chǎn)，價格比以前有所降低。隨著價格的進(jìn)一步降低以及環(huán)保水平要求的提高，RO、EDI已經(jīng)成為電力行業(yè)純水制備的主流技術(shù)。