鈉床＋反滲透(RO)工藝在余熱鍋爐補給水處理中的應用
摘 要：本文通過工藝、運行、成本等方面，結合天可華余熱發電項目二期化水系統的實際運行結果，論述了離子交換法+反滲透工藝技術在余熱低壓鍋爐補給水處理系統中應用的可行性、可靠性以及經濟性。
關鍵詞：反滲透;鈉床;鍋爐補給水
一、前言
由于鍋爐補給水處理的工藝是根據不同的原水水質和出水水質要求而設計的，針對各地不同的原水水質特點而設計補給水處理方案才是最經濟最有效的方案，同時也是出水水質長期穩定達到要求的可靠保證。隨著現代工業的發展，補給水處理的方式也由傳統單一的化學水處理向著多樣化處理方式轉變，比如反滲透技術、電滲析技術、電除鹽技術、連續除離子技術等。
本文主要通過工藝、運行、成本等方面，介紹離子交換法(鈉床)和反滲透技術相結合工藝在小型余熱電廠鍋爐補給水處理系統中的應用。
二、發電廠鍋爐補給水水處理技術現狀
傳統的電廠用水制備工藝主要利用混凝、澄清、過濾來去除懸浮物，利用離子交換技術來去除水中各種鹽離子，其主要工藝流程如下圖：
傳統工藝存在的主要問題一是預處理系統的效率不高，流程長，效果不穩定;二是離子交換樹脂需酸堿再生，大量耗用酸堿，大量排放酸堿廢水，污染環境。近些年，新的水處理技術發展勢頭很快，其中膜法水處理技術憑借其獨特的優勢得到了迅速的推廣應用，在各種膜分離技術中，反滲透技術是近年來在國內應用成功、發展快、普及廣的膜分離技術。在目前國內的大型鍋爐補給水、各種工業純水、飲用水、電子、制藥、食品等行業反滲透膜的應用都形成了一定的規模，今后反滲透有潛力的應用領域還包括發電廠冷卻循環水的排污水處理、大型海水淡化、苦咸水淡化等。
目前，隨著國內一些新建電廠的相繼建成并投產，反滲透水處理技術也廣泛應用于電力生產鍋爐補給水的凈化處理中，從而替代或與傳統離子交換除鹽水處理技術聯合應用，大大提高了鍋爐補給水的制水經濟性，減少了各種廢酸、堿液的排放，降低了環境污染。
三、鈉床+反滲透(RO)工藝在鄂爾多斯天可華余熱發電項目中的應用
1.項目概況
鄂爾多斯天可華余熱發電項目位于鄂爾多斯市鄂托克旗棋盤井工業園，由鄂爾多斯天可華節能發展有限公司投資，對鄂爾多斯冶金集團硅鐵爐群進行余熱發電利用技術改造。本文僅就該余熱發電項目的化學水處理系統進行討論。
2.進水水質及產水要求
該電站化學水系統主要水源為經預處理后的黃河水，由冶金總廠總供水管接引至1#及2#余熱電站。
(1)原水水質
3.工藝流程
鍋爐補給水處理系統選用鈉離子交換器+反滲透為核心，系統設置雙介質機械過濾器，活性炭過濾器作水質預處理，加氨裝置加氨做后續水質調節。主要工藝流程如下：
供水系統原水→原水箱→原水泵→雙介質過濾器→活性炭過濾器→鈉離子樹脂交換器→濾芯式保安過濾器→高壓泵→一級反滲透裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→加氨裝置加氨處理→真空除氧器→鍋爐
4.工藝系統描述
(1)預處理系統
本項目原水為經冶金廠集中預處理后的黃河水，水雜質大，因此須先經過雙介質、活性炭過濾器過濾才可進入“鈉床+反滲透”系統。
多介質過濾器是反滲透系統的重要預處理裝置,它的機械截留的原理來濾除原水中的細小顆粒、懸浮物、膠體、有機物等雜質，可通過加藥裝置在過濾器前端加入絮凝藥劑，后形成大顆粒的礬花，進一步提高過濾效果，該步工藝可明顯降低后續反各工藝階段的進水濁度(檢測表明出水濁度<2mg/L，Fe<0.3mg/L(以Fe表示))，可保證其出水SDI(污染指數)<3，減少對后續反滲透膜的污堵。
所以反洗周期及反洗時間根據運行濁度而定，當出水大于2mg/L或進出口壓差大于0.01Mpa，過濾器需進行反洗。考慮現場無氣源，故多介質過濾器的反洗為逆流水反洗，每次時間設定為20～25min。
將活性炭過濾器放在機械過濾器的后面，從而保證活性炭過濾器的進水濁度滿足要求，提高活性炭的吸附效果。活性炭過濾器的主要作用是吸附水中殘余的游離氯和有機物，可降低進水COD含量，殘余氯是強氧化劑，會對反滲透膜造成損害,通過活性炭可以很好的去除水中的余氯，經活性炭過濾后，出水余氯<0.2mg/L，滿足工藝需求。
活性炭的反洗與多介質相同，每次反洗時間為15～20min。
(2)鈉床+反滲透系統
鈉離子交換器是用于去除水中鈣、鎂離子，組成水中硬度的鈣、鎂離子與軟化器中的離子交換樹脂進行交換，水中的鈣、鎂離子被鈉離子交換，使水中不易形成碳酸鹽垢及硫酸鹽垢，從而獲得軟化水。本項目為無頂壓逆流再生固定床，再生時間小反洗3～5min/次，小正洗5～10min/次，正洗水耗3～6m3/m3，大反洗10天左右進行一次。
反滲透系統利用反滲透膜的特性來除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物，具有連續運行、操作簡便、運行費用低等優點。根據工藝及水質的需要設計計算，本反滲透系統設置為一級反滲透。前端鈉床產水進入該反滲透裝置，在壓力作用下，大部分水分子和微量其它離子透過反滲透膜，經收集后成為產品水，通過產水管道進入后續設備;水中的大部分鹽分和膠體、有機物等不能透過反滲透膜，殘留在少量濃水中，由濃水管排出。
反滲透系統包括5μm濾芯式保安過濾器、高壓泵、反滲透裝置、反滲透清洗系統等。本工程中，采用陶氏公司的BW30-400型復合膜，單根膜脫鹽率大于99.6%。
在進入反滲透系統前還設置阻垢劑加藥裝置，其作用是在經過預處理后的原水進入反滲透系統之前,加入高效率的專用阻垢劑,以防止反滲透濃水側產生結垢。
(3)后處理系統
經“鈉床+RO”處理后產出的水進除鹽水箱，根據鍋爐用水情況，進入主廠房熱力系統前還需要設置加氨系統，保證出水的pH值控制為符合補給水要求的8.5～9.2之間。
4.可行性、穩定性及經濟性分析
(1)可行性
根據本工程鍋爐補給水量需求，設計整個系統最大出力為每小時制水30t。余熱鍋爐工作壓力1.40MPa，屬于低壓鍋爐范疇，參照《低壓鍋爐水質標準》，出水主控參數為硬度、二氧化硅、電導率等三項，對比水質標準，表2中的實際值符合標準要求，滿足余熱鍋爐工況要求，完全可適用于該余熱發電化學水系統。
(2)穩定性
該套系統調試并投入運行10個月，系統出水水質穩定，設備故障率低，主要的泵等設備雖采用人工
手動啟停，但從操作人員反饋的使用情況來看，該套系統裝置易于操作，化水車間新近員工經過適當的上崗培訓，即可上手運行操作。同時本系統中各設備單元均設置為一備一用，正常的反洗、再生及檢修，均不影響系統的連續運行。
(3)經濟性
本系統采用“鈉床+RO”，相較于該余熱發電項目一期化水系統而言，沒有采用“RO+混床”，也沒有采用“UF+RO+EDI”工藝，主要基于：當地酸堿等物料不便于采購，且存儲、配制等還需有酸堿儲罐及溶解稀釋等設備，且廢酸、堿液等排放污染較大，而本系統樹脂再生用的工業鹽從再生頻率及用量、采購及儲存等綜合考慮，費用較為節省;化水系統均為手動操作較多，采用本系統較混床更易于操作;而使用“UF+RO+EDI”的全膜法前期一次性投資較大(參考其他工程投資情況)，且本系統進水水質含鹽量為300mg/L以下，運行過程中雖有工業鹽等物料消耗，但從能耗及操作維護等因素分析，在實現相同功效的基礎上，使用本工藝低成本運行便可實現鍋爐補給水處理要求。
5.結束語
“鈉床+反滲透”處理技術作為低壓余熱鍋爐補給水處理工藝，在天可華余熱發項目中具有較高的應用價值，由于其建設投資小，同時對當地原水水質有較好的適應性，因此該工藝作為低壓余熱鍋爐補給水處理工藝的一種，對其他的此類項目有一定的參考意義。
參考文獻：
[1] 朱治平，李宇春，曾經.火力發電廠鍋爐補給水處理設計[M].北京:中國電力出版社，2009.
[2] 李培元.火力發電廠水處理及水質控制[M].北京:中國電力出版社，2008.
[3] 洪國軍.離子交換法和反滲透技術在電廠鍋爐補給水處理中的應用探討[J].設計技術.2008,3:24～28.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
