鄭 龑, 馬學(xué)禮, 黨立晨

(1.寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司, 寧夏 銀川 750411；2.中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司, 陜西 西安 710075)

0 引言

隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展和電力技術(shù)的不斷進步，火力發(fā)電機組正朝著大容量、高參數(shù)的方向發(fā)展，超超臨界、高效超超臨界蒸汽鍋爐不斷出現(xiàn)，這對鍋爐水汽質(zhì)量及鍋爐補給水處理技術(shù)均提出了更高的要求。如《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T12145-2016)對過熱蒸汽壓力大于18.3MPa的直流爐，要求控制氫電導(dǎo)率(25℃)≤0.10μS/cm，SiO2≤10μg/L。全膜法水處理工藝將超濾、反滲透、電去離子(EDI)等膜技術(shù)有機組合在一起，達到高效去除污染物和深度脫鹽的目的。因該工藝具有設(shè)備占地面積小、現(xiàn)場安裝工程量小、化學(xué)藥品用量少、無酸堿廢水等污染物排放且運行操作簡單、運行費用較低等諸多優(yōu)點，在電廠水處理中得到大量采用[1-8]。

1 研究對象

寧夏寧東能源化工基地作為國務(wù)院批復(fù)的 “西電東送”火電基地之一，現(xiàn)有及在建火電裝機容量近2000萬kW，電廠工業(yè)及生活用水主要通過水權(quán)轉(zhuǎn)換取用黃河地表水，由寧東供水工程予以解決。

以棗泉電廠為例，該電廠地處寧夏回族自治區(qū)寧東能源化工基地靈州綜合工業(yè)園A區(qū)，一期工程建設(shè)2×660MW超超臨界間接空冷燃煤機組，配超超臨界變壓直流蒸汽鍋爐，鍋爐補給水通過水權(quán)轉(zhuǎn)換取用黃河地表水，由寧東供水工程鴨子蕩水庫供給。鍋爐補給水原水水質(zhì)見表1，原水pH為8.21，電導(dǎo)率為990μS/cm，原水經(jīng)處理后水質(zhì)需滿足《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T12145-2016)中的鍋爐給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2 水處理工藝選擇

針對上述原水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，在鍋爐補給水處理工藝設(shè)計時，初步選擇三種方案，以全膜法，即預(yù)處理+超濾+兩級反滲透+EDI為方案一，以預(yù)處理+超濾+兩級反滲透+混床為方案二，以預(yù)處理+超濾+反滲透+一級除鹽+混床為方案三。各方案技術(shù)特點見表2。

通過技術(shù)經(jīng)濟比較可以看出，方案三技術(shù)先進、出水水質(zhì)高且穩(wěn)定，設(shè)備運行自動化程度高，安裝運行及操作維護簡單，占地面積小，運行期基本無酸堿廢水排放，雖系統(tǒng)基建投資及運行電耗相對較高，但運行中省去了酸堿消耗，同時省去了再生用水、廢水處理和污水排放等費用，故設(shè)計推薦采用方案三。

表1 寧夏棗泉電廠鍋爐補給水原水水質(zhì) mg/L

表2 各方案技術(shù)特點比較

項目方案一方案二方案三出水水質(zhì)EDI結(jié)合了電滲析和離子交換的雙重優(yōu)點,出水水質(zhì)高采用兩級反滲透預(yù)脫鹽處理,出水水質(zhì)高結(jié)合了反滲透和傳統(tǒng)離子交換的優(yōu)勢,但由于陰陽床需周期性再生,出水水質(zhì)可能存在周期性波動抗沖擊能力系統(tǒng)運行穩(wěn)定,連續(xù)制水能力強,不需要單獨再生系統(tǒng)運行穩(wěn)定,抗沖擊能力強系統(tǒng)運行穩(wěn)定,抗沖擊能力強酸堿廢水排放系統(tǒng)基本無酸堿廢水排放僅混床再生需排放酸堿廢水,但混床制水周期較長,故酸堿廢水平均排放量較小陰床、陽床、混床均需定期再生,酸堿廢水排放量較大操作復(fù)雜程度設(shè)備操作工序少,程序簡單,但需嚴(yán)格監(jiān)控系統(tǒng)壓力、壓差、電導(dǎo)率、流量等的變化,對操作人員素質(zhì)要求較高系統(tǒng)啟停方便,運行和控制相對簡單,操作復(fù)雜度介于方案一與方案三之間系統(tǒng)工藝較為復(fù)雜,陰陽床需經(jīng)常性再生,設(shè)備操作工序多,控制較復(fù)雜檢修及維護計量泵、化學(xué)儀表數(shù)量多,系統(tǒng)中需要定期化學(xué)清洗和保養(yǎng)的設(shè)備較多系統(tǒng)工藝簡單,設(shè)備、閥門數(shù)量較少,檢修維護工作量較小設(shè)備、閥門數(shù)量多,檢修維護工作量較大

3 全膜法工藝介紹

棗泉電廠鍋爐補給水處理系統(tǒng)推薦采用全膜法水處理工藝，即預(yù)處理+超濾+兩級反滲透+EDI除鹽處理工藝。原水經(jīng)自清洗過濾器過濾懸浮物、細小顆粒等雜質(zhì)，經(jīng)超濾截留顆粒、懸浮物、細菌、病毒、膠體、高分子有機物雜質(zhì)后，再經(jīng)兩級反滲透(RO)進行預(yù)脫鹽處理后進入EDI深度除鹽，最終出水達到鍋爐補給水要求。系統(tǒng)運行過程中，配以殺菌劑、還原劑、阻垢劑加藥系統(tǒng)、化學(xué)清洗系統(tǒng)以及空氣壓縮系統(tǒng)等。具體工藝流程如圖1。全廠共安裝鍋爐補給水處理設(shè)備2套，最大處理能力達140m3/h。

圖1 水處理工藝流程

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)控制

鍋爐補給水處理系統(tǒng)為一獨立的建筑區(qū)域，包括過濾除鹽間、水泵間、室外水箱、酸堿貯存間等。過濾除鹽間跨距13.5m，長48m，主要布置有自清洗過濾器、超濾裝置、一級反滲透裝置、二級反滲透裝置、EDI裝置及精處理再生設(shè)備等。除鹽間一側(cè)設(shè)7.0m跨距的毗間，作為水泵間和酸堿計量間。室外布置有各類水箱等。

4.1 自清洗過濾器

電廠選用疊片式自清洗過濾器，設(shè)置在超濾膜組件之前，過濾精度≤100m，能有效濾除原水中的細小顆粒、懸浮物等雜質(zhì)，具有全自動控制自清洗和反洗過濾功能。

4.2 超濾

超濾系統(tǒng)共配置2套，每套配36支超濾膜，有效膜面積77m2，單套設(shè)計出力150m3/h。超濾系統(tǒng)采用DCS控制，全自動運行，系統(tǒng)中設(shè)置自動反洗程序，采用壓縮空氣擦洗，同時設(shè)置化學(xué)加強反洗CEB1酸洗和CEB2堿洗、CIP酸洗和CIP堿洗程序，保證超濾膜清潔、高效穩(wěn)定運行，確保產(chǎn)水水質(zhì)合格，即濁度≤0.10，SDI15≤2.5。

4.3 反滲透

一級反滲透采用東麗TML20D-400復(fù)合膜，每套膜數(shù)量21組，每組6支膜件，采用一級兩段布置，一、二段膜數(shù)量比為14∶7，單支膜理論脫鹽率≥98%，回收率≥75%，單套設(shè)計出力91t/h，產(chǎn)水電導(dǎo)率≤100μS/cm。

二級反滲透每套膜數(shù)量14組，每組6支膜件，采用一級兩段布置，一、二段膜數(shù)量比為10∶4，單支膜理論脫鹽率≥98%，回收率≥88%，單套設(shè)計出力80t/h，產(chǎn)水電導(dǎo)率≤40μS/cm，濃水回收至超濾水箱，以高效利用。

反滲透系統(tǒng)采用DCS控制，全自動運行，系統(tǒng)中設(shè)置停機保護和高低壓保護，保證系統(tǒng)安全運行。反滲透停運后，沖洗系統(tǒng)自動啟動，完成膜沖洗。

4.4 EDI裝置

EDI裝置由EDI模塊、控制系統(tǒng)、流量計、壓力表、測量儀表、閥門管件組成。EDI采用全填充式膜堆，進水采用二級反滲透產(chǎn)水為水源，EDI裝置設(shè)置兩個系列，每個系列都能單獨運行，設(shè)計出力為2×70t/h(10℃)，每套膜塊16臺，每臺理論產(chǎn)水量1.7～4.5 m3/h，回收率≥90%，出水水質(zhì)SiO2≤10g/L，電導(dǎo)率(25℃)≤0.10μS/cm。

4.5 輔助系統(tǒng)

(1) 壓縮空氣系統(tǒng)

鍋爐補給水處理系統(tǒng)儀用壓縮空氣為無油干燥壓縮空氣，由空壓站儀用壓縮空氣系統(tǒng)提供，鍋爐補給水處理車間共設(shè)儀用壓縮空氣貯罐3臺，容積均為8m3。

(2) 廢水排放

一級反滲透濃水含鹽量較高，收集后送至脫硫系統(tǒng)用作工藝水。二級反滲透及電除鹽的設(shè)備排水因水質(zhì)很好，均回收至超濾水箱重復(fù)使用。

5 結(jié)語

(1)采用全膜法(超濾+反滲透+EDI)處理工藝，水的回收率較高，出水水質(zhì)好且保持穩(wěn)定。

(2)整套工藝設(shè)備運行自動化水平高、運行維護簡單、勞動強度低，占地面積小，與傳統(tǒng)離子交換系統(tǒng)比省去了酸堿消耗，同時省去了再生用水、廢水處理和污水排放等費用，運行費用降低。

(3) 該工藝目前已運行，可為今后同地區(qū)新建電廠鍋爐補給水處理工藝選擇和現(xiàn)有電廠鍋爐補給水處理系統(tǒng)改造提供參考。