簡述電廠化學水處理技術的創新應用

摘要：電廠的電力生產需消耗大量水資源，為確保水資源的合理應用，在電廠用水之前，需對水資源進行有效處理。現對現代火力發電廠所用的化學水處理技術進行了詳細分析，結合電廠實際經驗，著重對現代電廠的信息技術及系統控制技術進行了深入研究，使得電廠化學水處理技術可與現代控制系統設計相結合，從而確保電廠的運營效率，保證供電質量。

關鍵詞：電力生產;化學水處理技術;創新應用;系統控制

0? ? 引言

近年來水處理技術取得了跨越式發展，重要標志就是膜分離技術的大量應用。膜分離技術用于水處理工程，工藝簡單，運行維護方便，環境友好，產品水質量穩定可靠，因而在創新應用方面受到了普遍歡迎。這里主要介紹超濾膜及反滲透在電廠化學水處理方面的應用。

1? ? 電廠化學水處理方式

在火電廠生產過程中，水擔負著傳遞能量和冷卻介質的作用。除生活和消防等公用水外，生產方面主要用作鍋爐水和冷卻水。電廠發電過程中對使用的水資源進行化學水處理的主要目的在于：有效去除水中雜質（懸浮物、膠體、有機物、鹽類等），避免水中雜質導致積鹽、結垢等現象，引發熱化反應，影響鍋爐換熱效率，造成結焦、爆管等事故發生，進而有助于提升機組應用效率。電廠系統設計需要遵循化學處理的原則，經過預處理及多級除鹽的方式，完成電廠化學水處理。

1.1? ? 預處理方式

近年來，隨著水資源日益緊缺，污水處理廠的中水已逐步取代天然水成為電廠的綜合水源，本文所提及的電廠水資源屬于城市中水，通過水質檢測可以得出，城市中水水質不穩定，膠體顆粒細小、含鹽量高、暫時硬度較高，并且含有大量的氨氮、磷酸鹽及微生物等能給水帶來污染的物質。在發電廠發電過程中，如果水源未經過特殊的化學處理就進入鍋爐，會在發電過程中產生大量水垢，從而直接影響機組的安全穩定經濟運行。因此，在系統設計工作中，必須增加預處理設備對中水進行特殊的化學處理。

根據中水暫時硬度大、有機物含量高的特點，一般采用混凝、沉淀、過濾的處理方式進行預處理，這里選用石灰處理方式通過機械攪拌澄清池降低水的暫時硬度，通過混凝劑的吸附作用去除水中的懸浮物、膠體，通過加入殺菌劑除去水中的微生物，再經過沉淀、澄清和過濾工藝降低產水的濁度。這樣就可以將不穩定的城市中水轉化成水質穩定的電廠生產用水源。

電廠對水源的預處理除混凝、沉淀、過濾外，為保證一級除鹽設備的安全經濟運行，一般還需要增加微濾或超濾設備，由于超濾器出水水質優于微濾器，一般都選用超濾對預處理后的水進行進一步處理。超濾膜用于電廠反滲透預處理，以孔徑為0.005～1 μm的不對稱多孔性半透膜作為過濾介質，在0.1～1.0 MPa的壓力推動下，溶液中的溶劑、溶解鹽類和水分子透過膜，而各種懸浮顆粒、膠體、蛋白質、微生物和大分子等被截留，達到了凈化水的目的。和傳統的終端處理相比，超濾膜對膜材料和性能等方面均有不同的要求。超濾膜材料要求親水性、低污染、易恢復、孔分布較窄、能長期維持穩定的膜通量，特別是在原水水質較差（城市中水）的情況下，要能保證出水水質穩定，不受原水水質波動的影響。還有一個重要指標就是，反滲透裝置的進水水質要求於塞指數SDI<4，而超濾產水水質通常SDI<2。

1.2? ? 一級除鹽的處理方式

化學水處理中的一個關鍵環節是一級除鹽，在整個系統設計工作中，一級除鹽傳統上主要是通過離子交換器的方式進行預處理。由于化學水處理中的預處理只可以使用化學加藥的方式來降低水的硬度，減少懸浮物，并不能清除水中的鹽類物質，所以在系統設計中需要應用強酸性的陽離子及強堿性的陰離子交換器對天然水中的鹽類物質進行有效控制，從而將水中的鹽類去除，這也被稱作“一級除鹽方式”。具體而言，在整個除鹽系統中，水需要先進入陽離子交換器，經過處理，將水中的碳氧化合物轉化為二氧化碳，經過處理以后的二氧化碳會直接進入到除碳設備中。最后，系統會主動將除碳器打開，空氣進入到除碳器中，二氧化碳會上浮，從而達到除碳的目的。剩余的水會繼續流入除碳器下方的水池，通過中間水泵再進入到陰離子交換器，通過陰離子交換器完成整個交換過程，從而完成整個一級除鹽工作。

在膜技術取得突破性進展后，一級除鹽由膜分離技術完全取代了離子交換技術，這就是膜分離法。膜法除鹽是指在某一推動力作用下，利用特定膜的透過性能分離水中離子、分子或膠體，使水得以凈化。膜法除鹽在電廠水處理中的應用以反滲透和電除鹽為主。

反滲透是一種新型水處理脫鹽技術，具有脫鹽率高（一般為90%以上），可減少酸堿用量，排水為濃鹽水，對環境污染小，操作簡單，對原水水質變化適應性強，制水成本大幅降低等優點。由于反滲透對總有機碳TOC有很好的去除率，因此，對于對鍋爐補給水水質要求高的超臨界機組來說，反滲透產水能優于單一離子交換器產水滿足對TOC的要求。另外，反滲透對水中SiO2的脫除效果也非常好，去除率可達99.5%，有效避免了高參數發電機組隨壓力升高因SiO2選擇性攜帶所引起的硅垢，避免了城市中水中硅對離子交換樹脂所帶來的再生困難以及運行周期短的影響。

因此，基于運行成本和環保等綜合因素，現在火電廠一級除鹽方式大多選擇反滲透，并將反滲透產水作為二級除鹽裝置的進水，以適應參數越來越高的發電機組。

2? ? 分散控制結構

硬件分散控制結構：為了完成化學水處理工作，需將預處理與一級除鹽系統進行有效結合，為此可以進行DCS網絡設計。在系統的硬件設計層面，需在DCS的基礎上進行過程監控、控制管理以及日常運營管理。其中，過程控制管理主要是依靠I/O模塊與現場總線形成一個網絡，從而便于電力系統設備的對接;而控制管理則利用PLC與監控技術結合，來進一步實現過程的控制管理?？衫煤侠淼挠布巹潓τ谙到y進行分層設計，從而保證系統正常運行。

軟件控制結構：整個控制系統中，相應的軟件設計需要依據控制方式及控制對象不同進行分類。在電廠運行過程中，其控制對象主要是操作員、工程師等。

3? ? 電廠化學水處理的相關控制方式

3.1? ? 對系統中過濾器進行有效控制

在化學預處理中，增加過濾器可以有效降低水的濁度。目前，我國大多數電廠主要是使用單流式過濾器，一般水流會通過上部的水閥開關流入過濾器，經過過濾再將水排出。如果過濾器產水水質超標，需要對過濾器進行多次反洗。除此之外，還可以通過空氣擦洗與水反洗相結合的方式進行混合清洗，在實施空氣擦洗時，需嚴格控制擦洗時間和壓力，以保證反洗效果。在系統運行過程中，需要通過現場總線獲取備用機位的狀態，另外需要按照有關要求對閥門開關進行閉合，通過產水在線濁度儀的示數，反饋指令到預先設定好的反洗邏輯中，來完成過濾器的自動反洗控制。

3.2? ? 一級除鹽的有效控制

一級除鹽的控制方法主要有兩種，即單元制及母管制。如果系統處于正常運行中，某一設備出現故障問題，需將設備重新啟動，就要用到單元制的方法進行有效控制。母管制指的是發電系統中某一設備損毀，將會導致設備停運，此時投運備用設備，以保證系統正常運行。在一級除鹽系統中，需要綜合運用上述兩種控制方式，從而保證設備的穩定性。

4? ? 結語

綜上所述，化學水處理是整個電廠電力生產的重要環節之一，通過新技術與系統設計方式的創新，將信息技術與系統控制措施有效結合，可以提高系統的處理效率，確保系統的正常運行，保障發電廠的安全經濟穩定運行。

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收稿日期：2020-04-08

作者簡介：馬小原（1988—），男，山西廣靈人，助理工程師，研究方向：電廠化學水處理。