连续电解除盐模块的化学清洗工艺

谭明德，黄伟

(华能河南中原燃气发电有限公司，河南 驻马店 463000)

1 化学清洗工艺

1.1 工艺概况

华能河南中原燃气发电有限公司装有2台390 MW燃气－蒸汽联合循环机组(9F级V94.3A型燃气轮机)，锅炉补给水处理系统采用高效澄清池+双介质过滤器+超滤+二级反渗透+电除盐系统。连续电解除盐EDI(Electrodeionization)单元包括渗透水箱1座、EDI升压泵2台、EDI装置2套、NaCl加药装置2套、浓水循环泵2台及除盐水箱2座等，其中的渗透水箱与二级RO单元共有。EDI装置每套8个模块，单套EDI装置产水量设计为25 m3/h，进水量为28 m3/h。

经过上述系统处理后，系统出水水质可达到下列指标:硬度≈0 μmol/L(1/2Ca+1/2Mg);电导率≤0.2 μS/cm(25℃);二氧化硅质量浓度≤20 μg/L。

1.2 化学清洗流程及药剂规格

化学清洗流程图如图1所示。

图1 化学清洗流程图

药剂规格为:氯化钠分析纯，250 kg;盐酸分析纯，270 kg(36% ～38%);氢氧化钠分析纯，50 kg(固体)。

2 技术分析

华能河南中原燃气发电有限公司EDI模块进水水质:pH值为6～8，电导率为4～6 μS/cm，无硬度。唯有二氧化硅超过设计值0.5 mg/L，产水电阻率持续下降很可能是进水SiO2质量浓度长期超标造成的，反渗透装置的除硅效果已经远远低于设计值95%，甚至不到50%，具体数据见表1。

表1 2010年10月系统SiO2质量浓度

由表1可知，EDI模块进水SiO2质量浓度已经远远超过设计值500 μg/L的技术指标，所以说，EDI模块进水SiO2质量浓度长期超标对其本身有极大的影响，它会导致电阻率下降，甚至导致浓水室结垢，尤其是存在镁离子的情况下更是如此。由于长时间的影响，电阻率也一直下降，前期是缓慢下降，后期是急剧下降。2010年春节前，2套EDI产水电阻率都在11 MΩ以上，春节后#1 EDI产水电阻率在9 MΩ左右，#2 EDI产水电阻率在11 MΩ左右，尚能满足生产需要。运行几天停运后，再启动时电阻率突然降到2 MΩ左右，与专家交流后，对#2 EDI模块增加电流至13.9 A、电压460 V运行5 d，又对#1EDI模块增加电流至7.8 A、电压289 V运行5 d，系统进行了多次调整，但效果不理想，产水电阻率没有突破5 MΩ·cm。EDI模块电阻率出现异常，开始启动时产水电阻率较高，达到了16 MΩ·cm左右，运行3～5 min后开始下降，很快降到2～3 MΩ·cm，然后开始缓慢上升，上升至4.5 MΩ·cm以后开始稳定运行。由EDI模块的工作原理可知，EDI模块内部树脂是在运行过程中自动再生的，由于设备运行时间较长(4年左右)，部分树脂性能不可避免地会下降，从而造成EDI模块产水水质的下降(与投运时比较)。当EDI设备停运时间较长时(超过3 h)，部分性能下降，由于树脂不再参与交换而只参与再生，造成工作交换容量下降，当设备开始启动后，EDI模块内部树脂再生比较完全，所以，刚开始启动后，产水水质会维持在一个较高的水平。过一段时间后，由于树脂工作交换容量的下降，参与交换的树脂容量减少，不能够满足进水中离子的容量，从而造成EDI模块产水水质的下降，一直下降到离子与树脂交换的平衡状态后，设备开始稳定运行。由于工作交换容量和产品性能的下降，此时的产水电阻率比以前低很多。根据分析，由于进水SiO2质量浓度超标，决定适当延长酸碱清洗时间。

3 清洗与再生

3.1 清洗前检查

(1)清洗水泵进、出口手动阀已开启。

(2)EDI装置处于手动状态，同时将整流器电源断开，断开电源前将输出功率调至零位。

(3)EDI模块清洗进水、清洗回流手动阀已开启。

(4)关闭EDI装置产水阀、产水冲洗排放阀、极水排放阀、浓水排放阀、浓水循环泵进口阀、浓水循环泵出口阀、浓水补水阀和浓水循环旁路阀，认真检查有关阀门是否严密，特别要检查EDI产水阀关闭是否严密，防止清洗液窜入除盐水箱而造成生产事故。

(5)在清洗模块时，用水冲洗干净有关清洗系统以免污染模块。

(6)清洗所需试剂及仪器准备并校正。

(7)所有设备、阀门及仪表正常。

(8)关闭废水回收系统进水阀，关闭废水回收泵，开启化学清洗排污阀。

3.2 清洗步骤

(1)向清洗水箱内注入2 500 L反渗透产水，在清洗水箱内配制2500L质量分数为1.8%的盐酸溶液，最佳温度为30～35℃。

(2)配完清洗药剂后，用清洗水泵至清洗水箱的回水管做循环搅拌，将清洗药剂混合均匀。

(3)搅拌均匀后，开启EDI装置上相应的清洗阀门，然后开启清洗水泵，在要求的清洗流量下进行EDI装置的循环清洗与浸泡，其流量为正常制水时的一半，循环清洗时间为40min，浸泡时间为30min。

(4)模块污染严重时，在清洗的最初几分钟，清洗液可排至地沟，然后再循环。在一般情况下，清洗液可不排地沟，可直接循环。

(5)清洗结束后，排空清洗水箱和清洗泵。

(6)冲洗。

1)向清洗水箱内注入一定量的反渗透产水。

2)开启清洗水泵，清洗流量一般为正常制水流量或一半流量冲洗，直至产水出口和浓水出口电导率不大于50 μS/cm即可。

(7)质量分数为1.0%的氢氧化钠和质量分数为5.0%的氯化钠混合清洗。

1)向清洗水箱内注入2 500 L反渗透产水，在清洗水箱内配制2500L质量分数为1.0%的氢氧化钠和质量分数为5.0%的氯化钠混合溶液，最佳温度为30～35℃。

2)配完相应的清洗药剂后，采用清洗水泵至清洗水箱的回水管进行循环搅拌，将清洗药剂混合均匀。

3)搅拌均匀后，开启EDI组件上相应的清洗阀门，然后开启清洗水泵，在要求的清洗流量下进行EDI组件的循环清洗与浸泡，其流量一般为正常制水时的一半，循环清洗时间为60min，浸泡时间为30 min。

4)清洗结束后排空清洗水箱和清洗泵。

5)冲洗。

(8)再生。

1)冲洗结束后，启动EDI装置升压泵，进水水质一定要满足模块进水要求，原则上要求小流量进行再生，即淡水流量一般为正常流量的一半(每个模块正常产水流量为3.4 m3/h)。为了保证生产制水和模块的安全，以略大于正常流量进行再生，再生花费时间较长。

2)设定浓水进口压力，使浓水进口压力比淡水进水压力小0.03～0.06MPa，淡水压力必须大于浓水压力，这一点非常重要，只有这样才能确保淡水通过膜进入浓水室，如果没有这个压差，浓水室的压力比淡水室高，若浓水进入淡水室，产水水质就会下降。

3)设定浓水排放流量，以得到需要的系统回收率，浓水排放流量取决于回收率、产品水流量和极水流量。而所需的回收率取决于进水成分(即进水水质)，已知回收率、产品水流量和极水流量，就可以确定浓水排放流量。

4)将极水出口流量调节为640 L/h。

5)启动整流器(设定手动)。

①逐步增加电流、电压。电流对于模块的运行来说远比电压重要，将整流器设为限流，整流器使模块维持一定的电流，根据需要调整电压，每个模块的额定最大电压为360 V，最大电流为4.5 A。

②启动加盐泵，调整浓水电导率，浓水电导率的大小影响模块电流的大小。

③当产水水质达到要求时，可增加淡水流量至设定值。为了保证一定的回收率，需要调节浓水排放量，流量改变之后，确定浓水和淡水的压差符合要求并根据需要进行调节，再生流量数据见表2。

表2 再生流量数据(2010年)

4 进水硬度对EDI模块的影响

限制进水硬度对于防止EDI模块结垢而言是必要的。在EDI模块中有一个稳定的OH－再生流量，能维持浓水一侧的阴离子膜有一个较高的pH值，从而易形成钙镁碳酸盐或氢氧化物的水垢。EDI模块进水中CaCO3的质量浓度要求在1.0 mg/L以下，尽量使进水中CaCO3的质量浓度小于0.1mg/L，若进水中CaCO3的质量浓度大于0.1 mg/L，需要周期性清洗较频繁且膜的物理和化学性能下降快。清洗周期与硬度的关系如图2所示。

图2 清洗周期与硬度的关系

5 结论与建议

(1)再生时整流器调整为手动模式，输出电压从零缓慢开始。调节电压的同时观察电流及产水电阻率，待产水电阻率达到5.00 MΩ·cm之前，一点点调节电压，浓水电导正常情况下维持在200～300 μS/cm。华能河南中原燃气发电有限公司EDI模块结垢严重，当把电压和浓水电导率调低后，电阻上升趋势较快，为了保证出水水质，华能河南中原燃气发电有限公司进行低电流、低浓水电导率运行，产水电阻率达到15.00 MΩ·cm后，慢慢加大电流和浓水电导率。

(2)华能河南中原燃气发电有限公司对EDI模块进行化学清洗，后经数天调整，现已恢复正常，#1，#2EDI产水电阻率分别恢复到18.26MΩ·cm和17.30 MΩ·cm，但产水量达到不到设计值25 t/h的指标要求，作者判断可能是离子交换膜损坏(如热损坏和机械损坏等)。华能河南中原燃气发电有限公司再生时间达60～75 h出水电阻率才能达到15.00 MΩ·cm，后经60～80 h才能达到最大值。

(3)再生时淡水压力必须比浓水压力大0.03～0.06 MPa，将极水出口流量调节为640 L/h。刚开始时，低电流、低浓水电导率、低流量调节出水电阻率，待电阻率达到15.00 MΩ·cm后，先加大电流和浓水电导率，再慢慢调节。

(4)应保证EDI模块进水水质，尤其是进水中CaCO3质量浓度最好小于0.1 mg/L，硅的质量浓度必须控制在 0.5 mg/L以下，当原水全硅超过10.0 mg/L时，必须对原水进行混凝除硅，pH值应控制在8.0 ～9.0，除去进水中 CO2，pH 值 ＞9.0 时在EDI模块浓水室一侧易形成Ca，Mg盐类水垢。

［1］巩耀武，管柄军.火力发电厂化学水处理实用技术［M］.北京:中国电力出版社，2006.