火力發電廠鍋爐補給水處理系統的擴容設計

韓征飛，趙保華，姜 磊

(1 華電鄭州機械設計研究院有限公司，河南 鄭州 450046；2 中國電建湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040)

隨著城市的不斷發展，居民采暖用戶和工業企業蒸汽需求量也逐年遞增。此外，小型發電廠抽凝機組發電的煤耗較高，與國家的節能減排要求不符，因此多數小型發電廠從原來的供電為主、供熱為輔的模式，通過相應的供熱改造后，轉變為以供熱為主、發電為輔的運營模式[1]。外供蒸汽輸送至廠外用戶后一般不再考慮回收，不斷攀升的熱量需求導致電廠水處理系統出力的緊缺，因此水處理系統亟需進行擴容改造。

1 項目概況

河南某電廠現有機組裝機容量為2×135 MW，根據當地政府冬季清潔采暖及工業集聚區集中供熱的相關要求，需對機組進行供熱改造，以高質量熱源向市區集中供熱，提高市區供熱熱化程度，改善市區環境衛生，實現熱電聯產，提高發電熱效率，以適應市場經濟的需求。由于電廠目前鍋爐補給水處理系統基本無余量，無法滿足本次新增補水需求，且水處理車間周圍擴建用地有限，因此本期改造在現有處理工藝和設備的基礎上，新增部分水處理設施，并對系統進行優化，盡量使擴容部分水處理設施與原系統結合成整體，使之相互補充或備用。

2 原水水質及工藝流程

目前電廠鍋爐補給水處理系統的原水水源為就近礦井排水，具體指標見表1。

表1 礦井排水水質指標Table 1 Mine drainage water quality index

續表1

根據原水水質情況以及電廠現有機組對給水品質的要求，并結合電廠現有鍋爐補給水處理系統的設備配置，本期鍋爐補給水處理系統采用的水處理工藝與原有鍋爐補給水處理系統工藝基本保持一致，并在原有設備配置的基礎上進行部分優化。此外，為簡化水處理系統以便于管理及降低工程投資，且考慮到熱網補給水水質要求低于鍋爐補給水水質，本期熱網補給水采用中間水池出水，熱網補給水處理系統與鍋爐補給水預處理系統及反滲透預脫鹽系統合并，最終擴容改造后的工藝流程見圖1所示。

圖1 擴容改造后的鍋爐補給水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of water treatment expansion process

原水經細砂過濾器過濾懸浮物、細小顆粒等雜物，使出水濁度<1.0 NTU。此后進入一級反滲透(RO)裝置進行預脫鹽處理，再經本期新增除二氧化碳器工序以去除反滲透產水中無法去除的游離CO2，出水進入中間水池后一路經新增變頻熱網補水泵提升至熱網首站作為熱網補水，另一路經中間水泵提升至后續兩級混合離子交換系統進行深度除鹽，最終產水滿足鍋爐補給水水質要求[2]，經除鹽水泵提升至主廠房所需除鹽水補水點。系統運行中輔以還原劑、阻垢劑加藥系統、化學清洗系統、壓縮空氣系統及酸堿再生系統、廢水收集系統等在保證系統正常運行的前提下充分利舊[3]。

3 工藝設計

3.1 原水預處理系統

由于原預處理系統周圍未預留擴建場地，且需保證改造過程中原過濾器的正常運行，本期在原鍋爐補給水車間南側跨道路單獨新增1座過濾車間，設置3臺細砂過濾器，單臺設備直徑為φ2800 mm，設計出力為60 m3/h，采用立式柱形結構，本體材質為碳鋼襯膠，上部采用喇叭口進水結構，下部采用多孔板水帽出水結構。濾料采用石英砂，要求純度高且雜質少，等級不低于特級，各項指標滿足規范要求，濾料反洗膨脹率為80%，以保證濾料反洗分層效果。進、出水及反洗、空氣擦洗等與原有管路聯通為整體，以滿足后續預脫鹽系統的進水需求。

3.2 預脫鹽處理系統

根據原鍋爐補給水車間周邊及設備布置，本期預脫鹽系統及兩級除鹽系統新增設備集中布置在新增水處理車間，位于原鍋爐補給水車間東北角擴建端。根據新增補水量需求，本期新增2套反滲透裝置，設計出力為65 m3/h，包括保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件等，按單元制連接。保安過濾器濾芯采用非反洗型，用于截留來自前級水箱的微小顆粒，以保護后續高壓泵及反滲透膜。高壓泵采用變頻調節控制，既可自動調整含鹽量、進水水溫偏離設計值時的進水壓力，又可避免反滲透裝置啟動運行時瞬間產生的給水流量對反滲透膜產生的水力沖擊[4]。反滲透膜采用型號為BW30FR-400/34的陶氏品牌膜元件，對CaCl2、NaCl及MgCl2等無機鹽脫鹽率高達98%，還能去除大部分微生物、有機物和細菌等[5]。反滲透裝置排列方式為一級兩段，一、二段膜元件數量按9:6進行配置，單套裝置采用程序控制自動運行。為保證反滲透裝置在冬季的運行效果，本期配套2臺板式換熱器，采用蒸汽間接換熱的方式以保證進水品質。

此外，原鍋爐補給水處理系統未設置除二氧化碳器，本期熱網正常補水設計采用反滲透裝置出水，為保證補水水質，本期設置2臺除二氧化碳器，單臺直徑φ1600 mm，設計出力為125 m3/h，配套除碳風機和收水器，內置多面空心球填料，以增加進水和空氣的接觸面積。設備布置在室外原中間水池頂部，以去除反滲透產水中無法去除的游離CO2，這樣既可以保證熱網正常補水的水質要求，又可以減輕后續兩級除鹽系統交換樹脂的負荷，以延長樹脂的再生周期。

3.3 兩級除鹽處理系統

本期在新增水處理車間設置2臺混合離子交換器，單臺直徑為φ2000 mm，設計出力為150 m3/h，采用立式柱形結構，本體材質為碳鋼襯膠，頂部進水為不銹鋼母支管型式，支管與母管用矩形法蘭連接。底部排水為多孔板水帽型式，出水配置樹脂捕捉器，其過濾精度小于水帽縫隙，以防止運行時泄漏樹脂。中間排水裝置為多孔管不銹鋼T形繞絲結構的母支管式，T形繞絲采用316不銹鋼材料制造，堿液分配裝置為輻射母支管式。內設陰、陽離子交換樹脂，陽樹脂型號001×7MB，充填高度為0.5 m；陰樹脂型號201×7MB，充填高度為1.0 m，樹脂反洗膨脹率為100%，以保證樹脂反洗分層效果。與原有3臺混合離子交換器通過管道及閥門聯通成整體，最終組成兩列出力為150 m3/h的兩級除鹽系統，設備間能夠相互備用，既滿足除鹽水的補水需求，又可使現場運行及檢修更為方便、靈活。

4 運行效果

目前工程已建設完成，新增擴容設備均以投入運行。經現場運行情況反饋，擴容后的鍋爐補給水處理系統運行穩定，新、老設備兼容性較好，運行階段熱網正常補水及除鹽水水質分別見表2和表3所示。

表2 熱網正常補水水質情況Table 2 Effluent quality of normal make-up water

表3 除鹽水水質情況Table 3 Effluent quality of desalted water

根據以上現場運行水質分析數據，運行階段熱網正常補水及除鹽水水質均滿足《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》(GB/T 12145-2016)[6]規定的水質標準：(1)鍋爐補給水出水水質：電導率(25℃)≤0.2 μS/cm，SiO2≤20 μg/L，TOCi≤400 μg/L；(2)熱網補充水出水水質：總硬度<600 μmol/L，SS<5 mg/L。

5 結 論

本期鍋爐補給水處理系統擴容改造充分考慮與原有設備的運行兼容性，這樣既可以方便統一操作和控制，又能夠共用輔助系統，大大節省工程投資。此外，在原系統運行的基礎上進行一定的優化設計，如增設除二氧化碳器，既可以保證熱網正常補水的水質要求，又可以減輕后續兩級除鹽系統交換樹脂的負荷，延長再生周期，可為后續類似電廠水處理系統擴容改造提供一定的參考和建議。