全膜法处理技术锅炉补给水除盐系统的应用

崔树杰

（上海巴安水务股份有限公司，上海 201715）

山鹰华中纸业基地位于湖北省公安县青吉工业园，此工程项目规划分为三期，预计在2020年完成项目建设及运营。项目一期产能超55万t，配套热电发电、污水处理、补给水处理，预计2019年初投产[1]。

热电联产项目规模：终期5×410 t/h高温超高压CFB燃煤锅炉（4用1备）+4×60 MW高温超高压背压式汽轮发电机组。其中，一期3×410 t/h CFB燃煤锅炉（2用1备）+2×60 MW背压式汽轮发电机组，一期一阶段2×410 t/h CFB燃煤锅炉（1用1备）+1×60 MW背压式汽轮发电机组[1]。

化学水站水源采用厂区净水站的产水，净水站水源为长江水，处理流程为“长江水→PAC投加→絮凝反应池→滤池→清水池”。考虑将城市自来水作为备用水源。

1 设计和运行条件

1.1 水质分析

水质分析结果如表1所示。

1.2 系统工艺流程

化学水站系统采用“超滤+两级反渗透+电除盐”全膜法除盐水处理系统，详细工艺流程如下：清水池→超滤进水泵→换热器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水池→一级增压泵→一级保安过滤器→一级高压泵→一级反渗透装置→除碳器→一级反渗透水池→二级增压泵→二级高压泵→二级保安过滤器→二级反渗透装置→二级反渗透水池→EDI进水泵→EDI保安过滤器→EDI装置→除盐水箱→除盐水泵→主厂房母管。

表1 水质报告

1.3 系统出力

系统最终出力4×110 t/h。各级设备容量的最低配置如表2所示。

表2 设备容量

1.4 系统功能介绍

1.4.1 混合式换热器

本工程设置4台混合式换热器对超滤进水进行加热，换热器的热源为辅助蒸汽，应控制清水出水水温为25℃。

1.4.2 机械过滤

本项目设置4套自动反洗碟片过滤器，其精度位130 μm，具有以下优点：过滤高效稳定，反洗水量极小，节省占地；根据压差/定时进行自动反洗，反洗不断流；碟片耐腐性能强，适合复杂流体和环境。本项目采用内源反冲洗系统，设备在反洗阶段时，出水管的压力（反洗用压力）需要达到或超过2.5 BAR，出口有保压要求。

1.4.3 超滤

超滤（Ultrafiltration）是一种超微孔过滤技术，是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程[2]。在一定压力下，当原液流过典型孔径在0.01～0.10 μm的超滤膜表面时，粒径大于微孔径的物质被截留，水及小分子物质则可以通过，从而为后续系统提供稳定和优异的出水水质。由于超滤膜孔径已到达纳米级，对于水中细菌、病毒、胶体、颗粒、大分子量有机物都具有高效的截留分离作用，已成为水处理中的常规应用技术之一。本项目每套采用赛诺膜SMT600-SP80组件44支，共4套。配置反洗/清洗系统各一套。正常情况下，四组超滤膜组件可单套运行或四套同时运行。在系统不停设备的前提下，四套装置可依次进行反洗和清洗。,

1.4.4 反渗透

本项目根据水质水质了两级级反渗透，一级反渗透用主要用于初步去除水中各种溶解固形物即盐分；二级反渗透主要用于进一步去除水中各种溶解固形物即盐分。一级RO四套，单套最大出力144 t/h，回收率75%。每套配置一台精度为5 μm的保安过滤器，每套180支膜元件，按照20:10的比例分两段排列布置。二级RO两套，单套最大出力122 t/h，回收率75%，每套120支膜元件，按照13:7的比例分两段排列布置。产品水管上设防爆膜，浓水排水装流量控制阀（稳流阀），以控制水的回收率。整套装置应设有程序启停装置，停用后能延时自动冲洗。

一级反渗透采用陶氏BW30FR-400反渗透元件，使用FR元件，仅需较少的元件便可达到设计产水量。二级反渗透采用陶氏BW30HRLE-440型极低压反渗透元件，可以有效地去除二氧化硅、硼、硝酸盐异丙胺和氨，节能效益明显。

RO装置各段给水及浓水进出水总管上设有足够连接清洗液进、出的管道及阀门，分段清洗。每套RO装置各段的清洗进、出管路上要求设置1个气动阀。

整套装置设有程序启停装置，停用后能延时自动冲洗。

装置每根高压容器产品水管（设置集中取样柜）和浓水管应设取样点，取样点的数量及位置能有效地诊断并确定系统的运行状况。组合架的设计应满足其厂址的抗震烈度要求和组件的膨胀要求。系统测量配置点及数量等要满足本系统的安全、稳定、可靠运行需要。

每套反渗透装置都配有就地控制盘，且配有气动或电动控制元器件，该元器件应为原装进口的可靠产品。反渗透膜是一种半透膜，仅能让某些物质（如水）容易通过，而其他物质（如溶解盐）则不让通过[2]。如果纯水与盐溶液被一张半透膜隔开，纯水就会通过膜进入盐溶液，如图1所示。

图1 反渗透原理

1.4.5 EDI（电除盐）

EDI的工作原理：该装置包括阴、阳离子交换膜，阴、阳离子交换树脂，直流电源等设备。其中，阴离子交换膜只允许阴离子透过，不允许阳离子通过；而阳离子交换膜只允许阳离子透过，不允许阴离子通过。阴、阳离子交换树脂充夹在阴、阳离子交换膜之间形成单个处理单元，并构成淡水室。单元与单元之间用网状物隔开，形成浓水室。单元组两端的直流电源阴、阳电极形成电场。来水流经淡水室，水中的阴、阳离子在电场作用下通过阴、阳离子交换膜被清除，进入浓水室。在离子交换膜之间充填的离子交换树脂大大地提高了离子被清的速度。同时，水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子，这些离子对离子交换树脂进行连续再生，以使离子交换树脂保持最佳状态。

EDI装置设计回收率不小于90%，浓水室供水管路应装设流量自动调节控制阀，以控制水的回收率。

每套CEDI装置由22个模块集装在一个框架上，成套供货，每个小模块选择5 m3/h的出力。EDI装置根据其结构型式合理布置，便于操作、检修和膜块更换。

EDI装置设计回收率不小于90%，浓水室供水管路装设流量自动调节控制阀，以控制水的回收率。

装置内低压管道均采用塑料材质，管道连接采用焊接（焊材应与母材相同）或热熔的方式，确保管道连接处光滑平整、美观严密，杜绝运行中的跑冒滴漏现象。高压部分采用304SS材质，进出水母管流速不得大于1.5 m/s。

图2 CEDI模块内部原理

EDI极室产气应及时得以排除，以确保安全。对多独立膜块并联安装的EDI系统保证各膜块流量分配均匀，每一EDI膜块的进出水支管与母管均应有相应的隔离门，以使任一膜块工作故障时通过阀门进行系统隔离而不影响整个系统运行。EDI装置具有程序启停功能，出水端应设启动初期不合格出水排放管及自动排放阀。极水管应设置气体排放措施。

EDI装置淡水、浓水系统设各自独立的清洗接口。EDI装置组合架的设计应满足厂址抗震烈度的要求和组件膨胀要求。EDI装置采用不锈钢框架，要求美观大方。每套EDI设备设置一台就地仪表操作盘，在就地盘上可读出有关工艺参数。其通过辅网控制系统的DCS来实现自动和手动操作整个系统的功能。每一块EDI模块都应配置完全独立的DC电源控制盒，可以保证任何一块模块因操作原因出现过热时会自动切断该模块的电源，而系统中其他模块仍能正常运行。CEDI整流装置应满足国家有关技术标准的要求，并有电流、电压方面的显示。

2 主要工艺设备

2.1 混合式换热器

本工程设置4台混合式换热器对超滤进水进行加热，换热器的热源为辅助蒸汽，应控制清水出水水温为25℃。加热器设置温度传感器及温度控制阀，通过自动控制，使其水温恒定；进入加热器的给水母管最低点应设排放阀，热源入口设置自动调节阀和自动关断阀，自动调节阀可以根据换热器出口的原水温度进行调节。蒸汽加热器能使384 m3/h的水从5℃加热到25℃。

2.2 自清洗过滤器

数量4台，型式为叠片式，单台设备出力为192 m3/h；过滤精度为130 μm；控制方式：根据压差时间自动调节反洗启动。

2.3 超滤装置

装置数量为4套，单套连续净出力172 m3（/h·台）（25℃时）；超滤装置膜元件排列方式为垂直并列，进水回收率≥90%（含自清洗过滤）；单只膜面积＜60 m2；膜元件总面积≥7 000 m2；膜通量＜55 L/（m2·h）；膜材质PVDF；超滤膜型式为外压式；运行压降≤0.15 MPa，有压差保护，超压差停机；出水水质SDI≤3，浊度≤0.3 NTU。

2.4 除碳器

设备台数2台，型式为立式圆柱形，直径2 500 mm；填料高度＞2 000 mm；淋水密度为60，配套风机2台，带防护罩，风量70～90 m3/min。

2.5 一级反渗透装置

装置套数4套，单套出力144 m3/（h·套）（25℃）；回收率为75%；系统脱盐率≥97%（25℃时）；排列（级段）方式为一级两段20:10；膜型号为BW30FR-400。

2.6 二级反渗透装置

装置套数4套，单套出力122 m3/（h·套）（25℃）；回收率为85%；系统脱盐率≥97%（25℃时），排列（级段）方式为一级两段13:7；膜型号为BW30HRLE-440。反渗透膜组件的给水投加还原剂及阻垢剂，化学清洗剂根据现场运行状况和膜的污堵程度进行调配。

2.7 EDI装置

装置套数为4套，单套出力110 m3/（h·套）（25℃）；回收率≥90%；产水水质：25℃时电导率≤0.10 μS/cm，二氧化硅≤10 μg/L，pH值为6.5～7.0；额定出力进出水压差：一年内≤0.15 MPa，满五年≤0.20 MPa；膜块配置数量：22块/套；膜块平均产水量5 m3/（h·块）；产水直流电耗：0.03 kW·h/t产水；产水总电耗：0.6 kW·h/t产水。

3 性能考核项目

3.1 超滤系统性能保证值

产水量≥ 155 m3/h（套）（25℃）；SDI指数≤ 3（运行三年后）；水的回收率≥90%。

3.2 一级反渗透系统性能保证值

对于一级RO脱盐率，运行第一年≥98%，运行三年后≥96%；对于二级RO脱盐率，运行第一年≥97%，运行三年后≥95%；对于二级RO出水电导率，运行第一年≤5 μs/cm，运行三年后≤10 μs/cm。

一级RO产水量≥135 m3/h（套）（25℃），二级RO产水量≥122 m3/h（套）（25℃）。对于水的回收率，一级反渗透系统≥73%（运行三年后），二级反渗透系统≥85%（运行三年后）。

3.3 EDI电去离子系统性能保证值

产水量≥110 m3/h（套）（25℃）；电阻率＞10 MΩ·cm（25℃）；二氧化硅＜10 μg/L（3年保证）；水的回收率（EDI系统）≥90%。

4 结论

全膜法是目前较成熟的水处理工艺，在锅炉给水、电子行业、电厂行业应用比较广泛，尤其是在原水水质差的大型系统中其优点非常突出。目前，超滤、EDI等生产技术在我国已经成熟，这样就大大降低了处理成本，反渗透技术也取得了突飞猛进的发展，很多进口品牌已经在国内量产，价格比以前有所降低。随着价格的进一步降低以及环保水平要求的提高，RO、EDI已经成为电力行业纯水制备的主流技术。