中水作為水源的超臨界電廠水處理的工程實(shí)踐

孫霞

摘 ? 要：武漢某電廠是一個(gè)新建超臨界熱電廠，超臨界發(fā)電機(jī)組所用超純水配套的水處理面臨許多難題：所用水源為該市回收中水，含鹽量較高，夏季高溫，補(bǔ)給水含鹽量超標(biāo)且pH值時(shí)高時(shí)低等一系列復(fù)雜工程問(wèn)題。我們?cè)诙啻维F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大膽引進(jìn)水處理的新材料，探索復(fù)雜環(huán)境下的水處理工藝，實(shí)施水處理技術(shù)改造，嚴(yán)格控制了配套水處理的出水品質(zhì)，保證了超臨界發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，由此總結(jié)出幾點(diǎn)工程經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)內(nèi)外同行分享。

關(guān)鍵詞：水處理 ?反滲透 ?工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0046-02

1 ?超臨界電廠對(duì)水質(zhì)要求概述

超臨界機(jī)組給水中的鹽類(lèi)物質(zhì)幾乎全部被蒸汽溶解，當(dāng)蒸汽被送至汽輪機(jī)膨脹做功，壓力逐漸下降，其溶解的雜質(zhì)將析出并沉積在汽輪機(jī)葉輪上，特別是銅化合物在超臨界時(shí)很難除去，使汽輪機(jī)出力下降，并將會(huì)加快爐管的超溫，爆管事故。為此，必須采取以下二項(xiàng)措施：

其一、配備完善的補(bǔ)給水精處理系統(tǒng)，減少水汽腐蝕和消除銅鐵離子含量。

其二、在特定地區(qū)的電廠水處理采取特定的工藝優(yōu)化，確保安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 ?反滲透（RO）系統(tǒng)

反滲透（RO）系統(tǒng)是水脫鹽工藝的核心裝置，只允許體積小于0.0001μm的水分子和溶劑通過(guò)。滲透膜類(lèi)別為聚酰胺膜，膜型式為卷式復(fù)合膜，該種型式的膜的除鹽率可達(dá)99.5%，由于RO膜容易受到進(jìn)水pH值，進(jìn)水鹽濃度和水溫的影響，因此RO膜運(yùn)行前對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格的要求[1]。

2.1 進(jìn)水pH值

進(jìn)水pH值對(duì)RO膜脫鹽率有較大影響，由于水中溶解的二氧化碳受pH影響較大，pH低時(shí)，會(huì)以氣態(tài)二氧化碳形式存在，容易透過(guò)反滲透膜，脫鹽率較低。隨pH升高時(shí)，氣態(tài)二氧化碳會(huì)轉(zhuǎn)化為HCO3-離子，脫鹽率也逐漸上升。但當(dāng)pH高于8.5時(shí)，脫鹽反而下降且結(jié)垢傾向十分明顯。進(jìn)水pH在7.5 ～ 8.5之間時(shí)脫鹽率達(dá)到最高。為了保證進(jìn)水的pH值在合理的范圍（7.5～8.5），我們建立了進(jìn)水水質(zhì)在線pH檢測(cè)及自動(dòng)加藥系統(tǒng)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)pH值，PLC控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加堿或加酸，確保進(jìn)水pH值在7.5 ～ 8.5之間。

2.2 進(jìn)水鹽濃度

透鹽率正比于反滲透膜正反兩側(cè)鹽濃度差，進(jìn)水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，從而導(dǎo)致脫鹽率下降。我們?cè)赗O反滲透膜系統(tǒng)前加裝了用陰離子交換樹(shù)脂（R-OH）以除去進(jìn)入反滲透膜水中的SO42-離子和Cl-離子。實(shí)踐證明：增設(shè)離子交換裝置，極大地提高了反滲透膜脫鹽率的同時(shí)，還極大地延長(zhǎng)了原設(shè)計(jì)反滲透后級(jí)水處理“陰陽(yáng)混床”使用壽命。并使其總的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行費(fèi)用有所下降。

2.3 進(jìn)水溫度

溫度對(duì)反滲透的脫鹽率，膜壓降影響最為明顯。夏季環(huán)境溫度很高，進(jìn)入反滲透膜的水溫就更高了，高溫大大削弱了反滲透膜裝置水處理能力。控制水溫顯然難度比較大，但是我們可以通過(guò)在反滲透（RO）裝置前增加一套納濾裝置降低給水的含鹽度來(lái)保證反滲透（RO）裝置的脫鹽率[2]。

3 ?納濾系統(tǒng)

為解決高溫時(shí)反滲透膜脫鹽率降低的問(wèn)題，在原設(shè)計(jì)反滲透膜系統(tǒng)之前加裝了一套耐高溫（70℃）的納濾系統(tǒng)（型號(hào)為PRO_NF8040HR）[3]。其優(yōu)化后的工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

納濾系統(tǒng)與反滲透系統(tǒng)的水回收率不是第一級(jí)納濾系統(tǒng)水回收率乘以第二級(jí)反滲透系統(tǒng)水回收率，計(jì)算系統(tǒng)總水回收率應(yīng)該采用以下公式：系統(tǒng)總的回收率=總的產(chǎn)水量/總的進(jìn)水量×100%。

設(shè)兩級(jí)系統(tǒng)的進(jìn)水量為Qr，二級(jí)系統(tǒng)回收率為Re2=Qp2/Qf2=Qp2/Qp1，一級(jí)系統(tǒng)回收率為Re1=Qp1/Qf1，則兩級(jí)系統(tǒng)回收率

式中Re2，Qp2，Qf2，分別為二級(jí)系統(tǒng)回收率，產(chǎn)水量，進(jìn)水量;Re1，Qp1，Qf1分別為一級(jí)系統(tǒng)回收率，產(chǎn)水量，進(jìn)水量;Qc1為一級(jí)濃水量，優(yōu)化后系統(tǒng)回收率可達(dá)到85%以上，遠(yuǎn)高于優(yōu)化前65%[4]。

新增納濾一級(jí)系統(tǒng)的給水pH值在7～7.5，則產(chǎn)水的pH值將會(huì)低于7，即此時(shí)反滲透給水的pH值低于7，使得反滲透脫鹽率降低，這與提高脫鹽率相矛盾。因此必須調(diào)整二級(jí)系統(tǒng)給水pH值。在二級(jí)系統(tǒng)給水由PLC控制自動(dòng)加堿使pH值調(diào)整為7.8 ～ 8.3之間。優(yōu)化二級(jí)系統(tǒng)工藝尤為重要，絕不是簡(jiǎn)單增設(shè)一級(jí)納濾系統(tǒng)得到的效果更好。只有精心優(yōu)化工藝，才能得到預(yù)期的效果。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本文聚焦于武漢地區(qū)某電廠水處理工藝優(yōu)化及主要影響反滲透膜技術(shù)為核心水處理運(yùn)行參數(shù)控制，擬解決關(guān)鍵問(wèn)題：

（1）解決該電廠污水回用時(shí)的pH值時(shí)高時(shí)低的問(wèn)題。

（2）解決該電廠含鹽量高的苛刻的條件下運(yùn)行的問(wèn)題。

（3）解決夏季高溫時(shí)，嚴(yán)重影響反滲透膜為核心水處理脫鹽率等問(wèn)題。極力推廣應(yīng)用水處理近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的納濾膜技術(shù)，充分利用其耐高溫、耐污染等突出特點(diǎn)，著重就反滲透膜致命缺點(diǎn)以及引進(jìn)納濾膜技術(shù)的必要性進(jìn)行闡述并實(shí)現(xiàn)了1+1>2 的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 靖大為，席燕林.反滲透系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].化學(xué)工藝出版社，2016.

[2] 程達(dá)慶，姬廣勤.化學(xué)水處理設(shè)備與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[3] 華能熱電廠初步設(shè)計(jì)，《電廠化學(xué)部分設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)上、下冊(cè)》，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院，2013： 2-15，52-57.

[4] 田正鑫.淺析反滲透技術(shù)在電廠中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，23（52）：30-31.