中水作为水源的超临界电厂水处理的工程实践

孙霞

摘   要：武汉某电厂是一个新建超临界热电厂，超临界发电机组所用超纯水配套的水处理面临许多难题：所用水源为该市回收中水，含盐量较高，夏季高温，补给水含盐量超标且pH值时高时低等一系列复杂工程问题。我们在多次现场试验的基础上，大胆引进水处理的新材料，探索复杂环境下的水处理工艺，实施水处理技术改造，严格控制了配套水处理的出水品质，保证了超临界发电机组长期稳定运行，由此总结出几点工程经验，与国内外同行分享。

关键词：水处理  反渗透  工艺优化

中图分类号：X703                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（b）-0046-02

1  超临界电厂对水质要求概述

超临界机组给水中的盐类物质几乎全部被蒸汽溶解，当蒸汽被送至汽轮机膨胀做功，压力逐渐下降，其溶解的杂质将析出并沉积在汽轮机叶轮上，特别是铜化合物在超临界时很难除去，使汽轮机出力下降，并将会加快炉管的超温，爆管事故。为此，必须采取以下二项措施：

其一、配备完善的补给水精处理系统，减少水汽腐蚀和消除铜铁离子含量。

其二、在特定地区的电厂水处理采取特定的工艺优化，确保安全经济运行。

2  反渗透（RO）系统

反渗透（RO）系统是水脱盐工艺的核心装置，只允许体积小于0.0001μm的水分子和溶剂通过。渗透膜类别为聚酰胺膜，膜型式为卷式复合膜，该种型式的膜的除盐率可达99.5%，由于RO膜容易受到进水pH值，进水盐浓度和水温的影响，因此RO膜运行前对水质有严格的要求[1]。

2.1 进水pH值

进水pH值对RO膜脱盐率有较大影响，由于水中溶解的二氧化碳受pH影响较大，pH低时，会以气态二氧化碳形式存在，容易透过反渗透膜，脱盐率较低。随pH升高时，气态二氧化碳会转化为HCO3-离子，脱盐率也逐渐上升。但当pH高于8.5时，脱盐反而下降且结垢倾向十分明显。进水pH在7.5 ～ 8.5之间时脱盐率达到最高。为了保证进水的pH值在合理的范围（7.5～8.5），我们建立了进水水质在线pH检测及自动加药系统，通过在线监测进水水质pH值，PLC控制实现自动化加碱或加酸，确保进水pH值在7.5 ～ 8.5之间。

2.2 进水盐浓度

透盐率正比于反渗透膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。我们在RO反渗透膜系统前加装了用阴离子交换树脂（R-OH）以除去进入反渗透膜水中的SO42-离子和Cl-离子。实践证明：增设离子交换装置，极大地提高了反渗透膜脱盐率的同时，还极大地延长了原设计反渗透后级水处理“阴阳混床”使用寿命。并使其总的经济运行费用有所下降。

2.3 进水温度

温度对反渗透的脱盐率，膜压降影响最为明显。夏季环境温度很高，进入反渗透膜的水温就更高了，高温大大削弱了反渗透膜装置水处理能力。控制水温显然难度比较大，但是我们可以通过在反渗透（RO）装置前增加一套纳滤装置降低给水的含盐度来保证反渗透（RO）装置的脱盐率[2]。

3  纳滤系统

为解决高温时反渗透膜脱盐率降低的问题，在原设计反渗透膜系统之前加装了一套耐高温（70℃）的纳滤系统（型号为PRO_NF8040HR）[3]。其优化后的工艺结构如图1所示。

纳滤系统与反渗透系统的水回收率不是第一级纳滤系统水回收率乘以第二级反渗透系统水回收率，计算系统总水回收率应该采用以下公式：系统总的回收率=总的产水量/总的进水量×100%。

设两级系统的进水量为Qr，二级系统回收率为Re2=Qp2/Qf2=Qp2/Qp1，一级系统回收率为Re1=Qp1/Qf1，则两级系统回收率

式中Re2，Qp2，Qf2，分别为二级系统回收率，产水量，进水量;Re1，Qp1，Qf1分别为一级系统回收率，产水量，进水量;Qc1为一级浓水量，优化后系统回收率可达到85%以上，远高于优化前65%[4]。

新增纳滤一级系统的给水pH值在7～7.5，则产水的pH值将会低于7，即此时反渗透给水的pH值低于7，使得反渗透脱盐率降低，这与提高脱盐率相矛盾。因此必须调整二级系统给水pH值。在二级系统给水由PLC控制自动加碱使pH值调整为7.8 ～ 8.3之间。优化二级系统工艺尤为重要，绝不是简单增设一级纳滤系统得到的效果更好。只有精心优化工艺，才能得到预期的效果。

4  结语

本文聚焦于武汉地区某电厂水处理工艺优化及主要影响反渗透膜技术为核心水处理运行参数控制，拟解决关键问题：

（1）解决该电厂污水回用时的pH值时高时低的问题。

（2）解决该电厂含盐量高的苛刻的条件下运行的问题。

（3）解决夏季高温时，严重影响反渗透膜为核心水处理脱盐率等问题。极力推广应用水处理近年来迅速发展起来的纳滤膜技术，充分利用其耐高温、耐污染等突出特點，着重就反渗透膜致命缺点以及引进纳滤膜技术的必要性进行阐述并实现了1+1>2 的效果。

参考文献

[1] 靖大为，席燕林.反渗透系统优化设计与运行[M].化学工艺出版社，2016.

[2] 程达庆，姬广勤.化学水处理设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3] 华能热电厂初步设计，《电厂化学部分设计说明书上、下册》，中国电力工程顾问集团中南电力设计院，2013： 2-15，52-57.

[4] 田正鑫.浅析反渗透技术在电厂中的应用[J].科技创新与应用，2012，23（52）：30-31.