摘要：近年来，水处理应用技术取得了快速发展，膜技术的广泛应用是一个重要的指标。近年来，电去离子技术（EDI）已迅速应用于中国火电厂锅炉给水处理过程中。操作维护方便，环境友好，产品水质稳定可靠，深受市场欢迎。本文结合火电厂的实际情况，从工艺流程和特点，分析了整个膜水处理系统的应用。最后，通过对运行效果和经济性的对比分析，得出系统经济适用，效果突出的结论。
关键词：火力发电厂；全膜法；EDI；电厂锅炉
火力发电厂利用燃料燃烧产生的热量将电能转化为电能，电能通过水转化。因此，水在火力发电厂中起着非常重要的作用，水处理是火力发电厂生产过程中不可或缺的一部分。全膜法是近年来提出的一种新型高纯水制备技术。它不仅有效地解决了单次使用电渗析不能进行深度脱矿的问题，而且还通过电渗析的极化使水完全电离。产生氢离子和氢氧根离子以促进树脂再生，这填补了传统工艺中无法继续的空白。在目前的火力发电厂中，它正在逐渐被广泛使用。结合火电厂的实际情况，深入分析了全膜水处理技术的具体应用。
1、系统工艺流程
某火力发电厂超滤装置的产水量为2×115 m³/ h（25°C），一级反渗透装置的产水量为2×92 m³/h（25℃）、二级反渗透装置产水量2×83 m³/ h（25℃）、EDI除盐装置产水量2×75 m³/ h（25℃），进水水质符合相应规范的要求，其工艺流程如图1所示。
图1 电厂水处理工艺示意图
补给水的预处理主要使用自清洁过滤器和超滤。其中，自清洁过滤器选择叠层过滤器，操作循环由过滤器入口和出口之间的压力差控制；超滤由变频恒定水控制，主要通过全流过滤操作。预脱盐系统有两级RO装置（反渗透），其中第一级给水的有效回收率在80%以上；第二级给水的有效回收率超过90%。
2.工艺特征
2.1 补给水预处理系统
该项目配备两个ARKAL层压自清洗过滤器，单个单元的正常输出为128m³/ h，过滤精度为100μm[1]。与超滤装置一一对应，作为超滤装置的安全过滤器，层压自清洗过滤器具有良好的过滤效果和连续操作的优点。SPIN KLIN自动反冲洗过滤器是叠层过滤器的另一个优点。SPIN KLIN过滤器和传统层压过滤器之间的区别在于其内部支撑 - SPINE，SPINE有一套弹簧，一个活塞和三组反冲喷嘴，它们与控制系统配合使用，实现高效过滤和全反冲。每个过滤器包括5个标准过滤器单元。Spin Klin过滤器的滤头和主体由增强聚酰胺塑料制成，耐腐蚀，耐磨，可承受1.0 Mpa的工作压力。过滤叠片材质为尼龙，密封为EPDM。
超滤主机由超滤膜组件，支架，相应的阀门，管道和相关仪器组成。超滤膜组件是其核心部分，本项目采用2套超滤装置。单台设计净出力为115 m³/ h，设计用水率约为90%，配备44个荷兰NRIT公司的1.5米长SXL-225 FSFC PVC UFC0.8 XIGA水平膜元件。它们安装在11个压力容器中，压力容器由FRP制成，水平布置类似于反渗透。超滤膜的孔径为10nm，由亲水性聚醚砜中空纤维构成。因此，超滤系统可以生产SDI指数小于2，浊度小于0.15NTU的高质量水。
每个超滤膜元件包含数千个中空纤维束，其有效过滤面积为40m 2，分子量截止值为150，000道尔顿。每个中空膜的内径为0.8mm并且内部加压。被捕获的悬浮物，细菌，大分子有机物，胶体等堆积在中空纤维的内表面上。此时，超滤膜的压力差将逐渐增加，并且在操作30分钟后，用超滤水进行一次反洗。反洗流量通常是产生水量的3至4倍。在16次反洗后，分别进行一次HCL反洗和NaClO反洗。为了增强反洗效果，它用于清洁薄膜表面并粘附在非漂洗污染物和微生物上。在超滤反洗过程中，反冲洗压力差需要为0.05MPa，并确保体积为250L /（㎡•h）的洗涤水。
超滤过滤过程是完全过滤，即在过滤过程中没有排出浓缩水。需要将入口水温控制在约25℃。温度太高并且超滤膜被加速。为了避免大颗粒阻塞中空膜丝的通过，每组超滤入口水配备有精度为100um的叠层过滤器。入口压力一般为0.25MPa（入口压力不应超过0.3MPa），入口和出口压力差必须为0.1MPa。
2.2 RO处理单元
反渗透系统设计有2套两级反渗透装置，第一级反渗透输出功率为92 m³/ h。第二级反渗透的产量为83 m³/ h，第一级反渗透的设计回收率被认为是80%。二次反渗透设计回收率被认为是90%，并且采用两级膜组件配置。一级反渗透按12：6设置膜组件的排列，平均设计的膜通量为22.97LMH。二级按8：3设置膜组件的排列，平均实际通量在37.2L m-2 h-1 [2]之内。压力容器长度按6米长考虑。第一级反渗透和两级反渗透膜组件安装在框架上，节省空间。在第一和第二反渗透之间提供二级反渗透高压泵。
其中，当难溶性盐在反渗透膜元件中连续浓缩并超过其溶解度极限时，它们会在膜表面上结垢。如果反渗透系统在50%回收率下运行，则浓缩水中的盐浓度将增加到进水浓度的两倍。恢复越高，结垢的风险越高。第一级反渗透系统的设计回收率为80%，浓缩水侧离子浓缩约5倍。阻垢器单元考虑一箱三个泵，计量泵为2对1制备，并且在每组第一级反渗透安全过滤器入口管中设定给料点。根据初级反渗透水的量自动调节剂量。
反渗透膜是芳族聚酰胺复合膜。预处理超滤流出物中含有少量余氯，本项目提供了一套还原剂单元。添加还原剂单元考虑一个箱子和两个泵，计量泵为1比1，加药点设置在第一级反渗透安全过滤器的入口处。根据第一级反渗透供水和进水ORP自动调节给料量。
在二级反渗透进水管中加入碱，设置pH计，确保二级反渗透水的pH值调节到≥8.3-8.5。水中的残余CO 2转化为HCO3，并在二级反渗透中被除去，以确保进入EDI装置的水中的二氧化碳量在允许范围内。
2.3 EDI装置
该系统使用美国GE公司的MK-3型EDI模块。每个单元有两种不同类型的房间：要脱盐的淡水室和从中除去杂质离子的浓缩水室。淡水室充满阳离子和阴离子交换树脂的混合物。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子渗透[2]。通过施加到腔室两端的直流电连续再生树脂床，并且电压将流入物中的水分子分解成H +和OH-。水中的这些离子被相应的电极吸引，并在相应的膜的方向上通过阳极和阴离子交换树脂迁移。当这些离子通过交换膜并进入浓缩室时，H +和OH-结合形成水。这种H +和OH-的产生和迁移是树脂可以连续再生的机理。当流入水中的诸如Na +和Cl-的杂质离子被吸附到相应的离子交换树脂上时，杂质离子经历与普通混合床中相同的离子交换反应。并相应地置换出 H＋及 OH－。一旦离子交换树脂中的杂质离子也加入到H +和OH-向交换膜的迁移中，这些离子将不断通过树脂，直到它们通过交换膜进入浓缩水室[3]。由于相邻隔室交换膜的阻挡作用，这些杂质离子不能在相应电极的方向上进一步迁移。因此，杂质离子在浓缩水室中浓缩，然后含有杂质离子的浓缩水可以从膜堆排出。这是锅炉给水处理过程的主要发展趋势。
3、系统运行效果分析
基于该水处理系统的出水水质如表1-3所示。从运行结果可知，所有水质指标均合格，设备产量基本满足设计要求，具有良好的处理效果。
表1 UF膜出水水质
4、系统问题与改进措施
（1）在设计方案中，由于板式加热器用于超滤的前端，并且超滤的入口端的距离相对接近，在加热器应用过程中，超滤入口端的温度不稳定，过高的温度会影响超滤组件膜的运行，导致超滤膜损坏。之后，对加热器进行了改造，在更换为混合加热器后，重新校正了超滤入口温度保护，大大减轻了上述情况。
（2）在该系统中，在反渗透安全过滤器之前加入防垢剂，以控制膜分离系统中碳酸钙，硫酸钙和氧化铁沉淀引起的结垢。控制无机污染的有效方法。对于加药量的控制，首先，参考加药量应根据进水的含盐量，温度和回收率计算，并应在10%余量或反向满载运行的条件下计算。根据实际操作负荷大于比率10%的余量进行调整。其次，应在操作过程中定期监测药罐的液位，以避免加药装置的剂量不足。
（3）如果进入EDI装置的水中的余氯超过标准要求，装置中离子交换树脂的有效机械强度将降低，树脂会受到不同程度的损坏。并且大大增加了进水和出水之间的压力差，这不利于维持水的产生，并最终缩短每个部件的寿命。针对这一实际问题，必须严格控制进水余氯，并根据系统的实际情况采取相应措施，将残余氯控制在标准范围内，从而防止树脂受损。
5、技术经济性
对于全膜水处理系统，其运行成本主要有电，水，药品成本和设备折旧四个方面，设备采购一次性投资1100万元。高于传统工艺，通过计算，该系统的年运行成本约为200万元。
全膜水处理系统的预投资比较高，但可以直接节省水再生，酸碱消耗等经济成本，只能补偿以前的所有投资余额。另外，该系统装置体积小，便于运输和安装，因此该系统具有很高的经济适用性。
6、总结
随着新型大型火力发电锅炉水质的提高，并实施节能减排和环境污染减少的环保政策，膜技术具有出水质量稳定可靠，操作方便简便的优点。它在发电厂的水处理中受到广泛关注。
参考文献：
[1]李桂兰，陈海霞，张守德，杨桔材.全膜法水处理技术制备火力发电厂锅炉补给水的应用[J].工业水处理，2013，6（03）：81-84.
[2]巴福光.全膜法水处理技术在火力发电厂中的应用[J].科技与企业，2014，7（23）：183-184.
[3] 李振玉，李振宇，牛涛.电去离子技术在水处理中的应用[J].辽宁化工，2008，37（10）：679-681.
论文作者:陈宙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/4
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