（湖南省公路设计公司广东分公司 510660）
摘要：本文作者结合某分布式能源站工程水源水质、生产规模，从基建投资、设备运营维护成本、耗水率等方面，对本工程锅炉补给水处理工艺采用离子交换法或全膜法两种方案进行了对比分析。
关键词：离子交换；全膜法；炉水低磷酸盐处理；
1引言
冷-热-电三联供分布式能源站大多采用燃气轮机和蒸汽轮机发电的组合，通过余热锅炉回收燃气轮机排气的热量，向用户供电、供热、供冷。通过这种方式大大提高整个系统的一次能源利用率，实现了能源的梯级利用。由于存在余热锅炉和蒸汽轮机，必须除去锅炉补给水中的结垢离子及其他溶解盐类，才能防止锅炉热力系统的结垢、汽轮机叶片的积盐，避免热力系统管道过热爆管、汽轮机效率的降低。
2项目概况
某分布式能源站建设两套“一拖一”60MW级燃机联合循环机组，即1台燃气轮发电机组配1台余热锅炉，1台余热锅炉供汽给1台抽凝式蒸汽轮发电机组，供热量余额120t/h。锅炉补给水处理系统水源取自西江水，水源含盐量较低，有机物含量水平一般。
3锅炉补给水处理系统工艺方案
锅炉补给水处理系统方案应根据系统进水水质、给水及蒸汽的质量标准、化学药品的供应条件及环境保护等因素，经技术经济比较确定。
锅炉补给水处理系统出水水质指标：硬度，～0umol/L；电导率（25℃）≤0.20uS/cm；二氧化硅≤20ug/L。
本工程锅可采用“离子交换法”、“全膜法”工艺方案，这两种方案工艺流程分别为：
方案一：离子交换法，即“活性炭过滤器 + 一级除盐 + 混床”；
方案二：全膜法，即“超滤 + 反渗透 + 电除离子”。
以下就两种工艺方案通过技术经济比较，在此基础上提出最适合于本工程的方案。
3.1离子交换法（方案一）
3.1.1系统工艺流程
【源水→斜板沉淀池→重力滤池→工业消防水池】→清水泵→活性炭过滤器→逆流再生阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→逆流再生阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→各除盐水用户。
3.1.2主要设备功能描述及配置
1）活性炭过滤器
活性炭过滤器是一种压力式过滤器，为圆柱形立式容器，筒体上、下各连接一个封头，内装活性炭，主要作用是除去水中的有机物和余氯。
运行时，预处理后的清水从进水管进入过滤器，经进水挡板均匀配水，自上而下通过活性炭滤层，吸附水中的有机物和余氯，过滤水经出水装置收集后由出水管引出。当过滤阻力达到一定值或达到周期制水量时，停止运行，进行反洗。反洗时，从底部进水进行大流量反洗，待滤层洗净后，停止反洗，进行正洗，正洗合格后可投入下一周期运行。。
本工程选用3台DN3000的活性炭过滤器，2用1备，采用母管制连接。
2）阳离子交换器
阳离子交换器是一种圆柱形立式容器，筒体上、下各连接一个封头，内部装置包括进水装置、出水装置（兼再生液分配）和中排装置，器外设人孔、树脂装卸孔和窥视孔。设备内装阳树脂，型号为001×7，主要作用是除去水中的阳离子，同时使部分碱度转化为二氧化碳通过除碳器除去。
本工程阳离子交换器采用无顶压逆流再生工艺：运行时水流方向自上而下，再生时再生液的流向自下而上；为防止再生时树脂乱层，在中排装置以上设200~300mm的压脂层。当出水水质不合格或达到周期制水量时，停止运行，进行再生。再生步序包括反洗、再生、置换、小正洗和正洗，正洗合格后可投入下一周期运行。
本工程选用2台DN2800的阳离子交换器，1用1备，与除碳器、阴离子交换器组成一级除盐系统，采用单元制连接。
3）阴离子交换器
阴离子交换器是一种圆柱形立式容器，筒体上、下各连接一个封头，内部装置包括进水装置、出水装置（兼再生液分配）和中排装置，器外设人孔、树脂装卸孔和窥视孔。设备内装阴树脂，型号为201×7，主要作用是除去水中的阴离子、二氧化碳及活性硅，出水达到一级除盐水质标准（电导率＜5uS/cm，SiO2＜100ug/L）。
本工程阴离子交换器采用无顶压逆流再生工艺：运行时水流方向自上而下，再生时再生液的流向自下而上；为防止再生时树脂乱层，在中排装置以上设200~300mm的压脂层。当出水水质不合格或达到周期制水量时，停止运行，进行再生。再生步序包括反洗、再生、置换、小正洗和正洗，正洗合格后可投入下一周期运行。
本工程选用2台DN2800的阴离子交换器，1用1备，扩建时再增加1台设备，与除碳器、阳离子交换器组成一级除盐系统，采用单元制连接。
4）混合离子交换器
混合离子交换器是一种圆柱形立式容器，筒体上、下各连接一个封头，内部装置包括进水装置、出水装置（兼酸再生液分配）、进碱装置和中排装置，器外设人孔、树脂装卸孔和窥视孔。设备内按一定比例装填阳、阴树脂，型号分别为001×7MB和201×7MB。阳、阴树脂均匀混合、紧密地交错排列，每一对阳树脂与阴树脂颗料类似于一组复床，混合离子交换器可视作无数组复床串联运行的离子交换设备，其主要作用是进一步除去水中的阳、阴离子，出水可达到电导率＜0.1uS/cm、SiO2＜10ug/L、TOC＜200ug/L。
运行时，一级除盐水从进水管自上而下通过树脂层，除去水中的阳、阴离子和溶解性有机物。当出水水质不合格或达到周期制水量时，停止运行，进行再生。再生时酸、碱分别从底部和上部进入树脂床，再生废液从中排装置排出，再生步序包括反洗分层、再生、置换、树脂混合和正洗，正洗合格后可投入下一周期运行。
本工程选用2台DN2000的混合离子交换器，1用1备，采用母管制连接。
3.2全膜法（方案二）
3.2.1工艺流程
【源水→斜板沉淀池→高效纤维过滤器→工业消防水池】→超滤给水泵→超滤装置→超滤水箱→一级反渗透给水泵→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透高压泵→一级反渗透反渗透装置→二级反渗透高压泵→二级反渗透装置→预脱盐水箱→EDI给水泵→EDI保安过滤器→EDI装置→除盐水箱→除盐水泵→各除盐水用户。
3.2.2主要设备功能及配置
1）超滤装置（UF）
超滤分离过程以筛滤为主，即在一定的压力作用下，将大于膜孔径的溶质截留在膜的表面上，溶剂和小于膜孔径的溶质可以透过去，超滤是一种物理分离过程，不发生任何相变。作为锅炉补给水处理系统用超滤膜孔径一般在80000MWCO~150000MWCO之间。超滤不能除去低分子量的盐类，但能有效除去悬浮物、胶体、大分子有机物、细菌、病毒等，显著降低原水浊度和淤泥密度指数（SDI）。
运行时，预处理后的清水进入超滤装置后，悬浮物、胶体、大分子有机物、细菌等物质被截留在超滤膜表面上，水分子、阴阳离子、小分子有机物和气体透过超滤膜。当超滤装置进出口压差达到一定值时或运行一定时间后，停止运行，进行反洗或化学加强反洗。反洗水的流向与运行时正好相反，反洗水从产水端进入，从进水及浓水端排出，将附着在超滤膜表面的滤饼冲洗下来。反洗完成后可投入下一周期运行。同时，运行一段时间后，需要对超滤膜组件进行化学清洗。
本工程设置2套设计出力（净出力）为100m3/h的超滤装置，采用单元制连接。
2）一级反渗透装置（RO）
反渗透是利用半透膜来分离溶剂和溶质，是一种物理分离过程，不发生任何相变。作为锅炉补给水处理系统反渗透，水分子、溶解性有机物和气体可以自由透过反渗透膜，大部分的盐类、非溶解性有机物和活性硅可截留下来，只有少量的盐类可透过去。
反渗透装置按错流方式运行，进水通过升压后，一部分水透过膜成为脱盐水，另一部分水携带大部分的被截留下来的盐份直接排出，称为浓水。反渗透装置可连续运行，停运时及停运期间需进行冲洗，停运时间较长时还需进行保养。当反渗透装置段间差压较大、产水量或脱盐率明显下降时，需进行化学清洗。
本工程设置2套设计出力为150m3/h的反渗透装置。
3）二级反渗透装置（RO）
本工程设置2套设计出力为138m3/h的反渗透装置，采用单元制连接。
4）电除离子装置（EDI）
电除离子技术是一种将电渗析和离子交换技术相互有机地结合在一起的脱盐工艺。其工作原理是，待处理水通过由离子膜和离子交换树脂组成的基本单元—EDI模块，在直流电作用下发生离子迁移，而达到将水和离子分离的目的，同时对树脂进行再生。盐类留在浓水侧排走，去除离子后的除盐水则送至除盐水箱。由于电除离子（EDI）对进水的水质要求较高，故通常需采用反渗透作为前处理。
本工程设置2套设计出力为124m3/h的EDI装置。设备主要设计参数见下表：
4.方案技术比较
两种方案的技术性能及水耗指标分别见表4-1和表4-2。
注：① 维修费、设备折旧费、人工费等未计入，排污水处理费用较少，也未计入。
② 取水价格按0.8元/m3计。
③ 31%工业酸按800元/吨计，32%工业碱按1100元/吨计，阻垢剂按6万元/吨计，还原剂按2600元/吨计。
④ 超滤膜（50m2/根）按1.5万元/根计，反渗透膜按0.5万元/根计，EDI按4.0万元/只计。
⑤ 阳树脂按0.8万元/吨计，阴树脂（213）按2.6万元/吨计，活性炭按1.2万元/吨计，石英砂按500元/吨计。
6.结论
通过技术经济分析对比，针对本工程的特定条件，方案一能耗及水耗小、取排水量少、基建费用少、制水成本低，最符合经济适用、高效环保、以人为本的方针，符合环保和经济建设和谐发展的理念，建议采用方案一“离子交换法”作为锅炉补给水处理系统的设计方案。
论文作者:黄保林
论文发表刊物:《河南电力》2018年4期
论文发表时间:2018/8/20
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