摘要：通过对某垃圾焚烧发电厂的化学水处理系统三种设计方案进行详细的技术经济比较，结果表明采用全膜法“超滤+两级反渗透+EDI”的方案技术上优于“超滤+两级反渗透+混床”方案和“超滤+反渗透+一级除盐+混床”方案。全膜法主要优势在于：无需酸碱，更加环保；水回收率更好；占地更小；更加便于自动化控制。全膜法的一次性投资要略高于传统的离子交换，但运行费用更低。综合来看，垃圾焚烧发电厂中的化学水处理系统推荐采用全膜法。
关键词：化学水处理全膜法离子交换电除盐垃圾焚烧发电
1.引言
目前我国城市生活垃圾量增长迅猛，垃圾焚烧发电成为城市垃圾处理的发展趋势[1]。垃圾焚烧发电厂的化学水处理系统起着维持热力系统正常的水汽循环运行的重要作用。因此选择化学水处理系统不仅要系统安全可靠，还要技术先进和运行经济[2]。
近些年来，随着超滤、反渗透、电除盐等各种膜技术的日臻成熟完善，已在水处理领域得到广泛的应用[3]。目前电厂化学水处理系统常用的工艺系统如下：
方案一：采用超滤+一级反渗透+二级反渗透+EDI方案，简称“两级反渗透+EDI方案”，也叫全膜法。
方案二：采用超滤+一级反渗透+二级反渗透+混床方案，简称“两级反渗透+混床方案”；
方案三：采用超滤+反渗透+一级除盐+混床方案，简称“反渗透+一级除盐+混床方案”。
本文将以某垃圾焚烧电厂的化学水处理系统为例，对以上三种水处理方案进行技术经济比较。
某垃圾焚烧电厂日焚烧处理生活垃圾2250吨，设置三条焚烧线，单台焚烧炉处理能力为750t/d，余热锅炉采用次高温次高压蒸汽锅炉(485℃，6.4MPa)，并2套25MW抽凝式汽轮机+30MW发电机组。
2.化学水处理系统工艺设计
2.1设计规模
根据《发电厂化学设计技术规范》（DL5068-2014），计算化水处理系统的生产能力：
a)余热锅炉总额定蒸发量：a=72.8t/h×3=218.4t/h
b)正常运行汽水循环损失（按锅炉额定蒸发量的5％计）为b=10.92t/h
c)余热锅炉连续排污损失（按锅炉额定蒸发量的1％）为c=2.184t/h
d)启动及事故增加的损失（按全厂最大一台锅炉最大连续蒸发量的10％计）为d=7.28t/h
e)余热锅炉部分引起的化水系统正常负荷为：e= b＋c=10.92+2.184＝13.104t/h
f)考虑余热锅炉超负荷10%运行时，化水系统出力为f=1.1e=1.1×13.104=14.41t/h
此外：
g)SNCR喷射用水g=2.5 t/h
h)加药设备用水h=0.42 t/h
i)水环真空泵用水i=4 t/h
j)化水系统正常负荷为e+g+h+i=14.41+2.5+0.42+4=21.33 t/h
k)化水系统最大负荷为（d +f+g+h+i）： 7.28+14.41+2.5+0.42+4＝28.61t/h
根据以上用水负荷，综合不可预见因素，考虑适当加大化水系统的出水能力，最终确定本工程化水系统采用2条出力为30 t/h的生产线。正常情况下化水系统一条线连续运行，期间两条线需要在不超出膜处理设备的保养期内定期轮换运行，生产过程中也可根据实际情况，合理调整运行模式，确保除盐水系统和厂区生产正常、稳定；厂区出现最不利工况时，化水系统需要同时两条线满负荷运行，确保厂区生产正常、稳定。
2.2三种方案概述
2.2.1三种方案共性部分
由引言部分可知，三个方案的前半部分工艺流程均为超滤+反渗透，此为三个方案的共性部分。三种方案的详细流程和主要设备选型如下：
2.2.2方案一的流程和主要设备选型
主要流程：原水→原水箱→原水泵→生水加热器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→一级反渗透提升泵→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透装置→中间水箱→中间水泵→二级反渗透保安过滤器→二级反渗透提升泵→二级反渗透装置→RO产水箱→EDI提升泵→EDI装置→除盐水箱→除盐水泵→除盐水加氨加药→主厂房用户。
除盐系统要求出力要求为2×30 t/h，二级反渗透处理系统设计2×40 t/h，电除盐系统设计与二级反渗透系统匹配，电除盐系统设计2×30 t/h。
系统连接方式：超滤、电除盐设备采用母管制连接，一级、二级反渗透采用单元制连接。
其出水水质可达到以下标准：
二氧化硅：≤10g/L
电导率（25℃）：≤0.15s/cm
2.2.3方案二的流程和主要设备选型
主要流程：原水→原水箱→原水泵→生水加热器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→一级反渗透提升泵→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透装置→中间水箱→中间水泵→二级反渗透保安过滤器→二级反渗透提升泵→二级反渗透装置→RO产水箱→混床→除盐水箱→除盐水泵→除盐水加氨加药→主厂房用户。
除盐系统要求出力要求为2×30 t/h，，二级反渗透处理系统设计2×40 t/h，电除盐系统设计与二级反渗透系统匹配，电除盐系统设计2×30 t/h。
系统连接方式：超滤、电除盐设备采用母管制连接，一级、二级反渗透采用单元制连接。
2.2.4方案三的流程和主要设备选型
主要流程：原水→原水箱→原水泵→生水加热器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→一级反渗透提升泵→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透装置→预脱盐水箱→预脱盐水泵→无顶压逆流再生阳床→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→无顶压逆流再生阴床→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→除盐水加氨加药→主厂房用户。
除盐系统要求出力要求为2×30 t/h，，一级除盐加混床处理系统设计2×30 t/h。
系统连接方式：超滤、混床采用母管制连接，一级反渗透和一级除盐设备采用单元制连接。
3.化水系统三种方案技术经济比较
3.1技术方面比较
三个方案技术方面的出水水质和主要运行特点比较见表3.1。
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注：(1) 本运行费用只比较反渗透后处理的除盐系统。
(2) 水费、电费、树脂及酸碱等药剂费用均按市场价估算。
(3) 膜更换费用按照年限和市场价分摊估算。
3.3综合评价
出水水质：方案一、方案二和方案三都能满足出水要求。但是方案一出水水质最好，更有利于系统长期稳定运行。方案二和方案三依次次之。
操作维护方便程度：依次为方案一、方案二和方案三。
节能减排：方案一正常无废水排放，方案二和方案三日产废水较少可直接排放或者回用，对环境无污染。从运行能耗比较，方案一稍高，方案二和方案三依次次之。
占地面积：方案一稍小，方案二与方案三基本相当。
一次性投资：三个方案中方案一最高，方案三最低。以本项目为例，方案三的一次性投资比方案一低了设备费用的15%。
年运行费用：方案一最低，方案三最高。
4.结论
综上所述，全膜法水处理系统具有高效安全环保、系统稳定可靠、运行费用低、污染少、占地少、自动化程度高等优点，而且该系统完全以物理分离的方式实现水的净化，无需大量使用酸碱等化学药剂，符合环保和技术发展的要求。
全膜法相对于传统离子交换法初期投入比较高，但是运行三至五年后，将会发现平均年投入，回报及自动化程度比传统式方案将有明显改善[6, 7]。相对于火电厂，垃圾焚烧发电厂化学水处理系统出力较小，更加适合采用全膜法。故建议在垃圾焚烧发电厂的化学水处理系统中优先考虑全膜法，即“两级反渗透+EDI”的方案。
参考文献
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[2]吴春华, 陈震. 反渗透与常规水处理工艺有机物去除特性的对比研究[J]. 上海电力学院学报, 2012,28(06):549-552.
[3]杨贵盛, 蔡伟明, 王文杰. 热电厂锅炉补给水处理系统的比较[J]. 能源工程, 2009(02):57-59.
[4]李颖. 锅炉补给水处理系统的比较及相关问题探讨[J]. 江西电力, 2005(03):43-46.
[5]李桂兰, 陈海霞, 张守德, 等. 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, 2013,33(03):81-84.
[6]倪玖欣. 关于水处理工艺全膜法与传统离子交换的经济技术比较[J]. 能源与节能, 2011(12):68-69.
[7]孙皓, 曹萍. 电厂化学水处理系统的特点与发展趋势[J]. 能源与节能, 2019(03):80-81.
作者简介：王成林（1987－），男，硕士研究生，注册公用设备工程师（给水排水），长期从事水处理行业的工作。
论文作者:王成林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/5/7