超滤装置在火电厂锅炉补给水处理系统中的应用

吴雪茹 鱼凤萍

（宁夏电投西夏热电有限公司 宁夏回族自治区银川市 750027）

宁夏电投西夏热电二期2×350MW 扩建项目，锅炉设计为超临界直流锅炉，锅炉水质要求高于一期系统，因此锅炉补给水系统根据实际水源、二期项目锅炉补给水的水质、水量等要求，依托一期现有条件进行了整体增容扩建，在原有的多介质过滤器、反渗透装置、离子交换器三级水处理的基础上，新增了超滤装置。其中超滤装置作为锅炉补给水系统的一级水处理设备，主要去除水中的胶体，保证反渗透装置安全稳定运行，为生产成品水提供品质保障。本文主要对锅炉补给水系统中增容改造后的主要处理设备——超滤装置进行应用分析。

宁夏电投西夏热电有限公司规划总容量为1100MW，一期容量2×200MW，于2008年投产；二期容量2×350MW，于2018年投产。本项目供热部分主要是给银川市民用供热，其中一期供热面积895万m2、二期供热面积1642 万m2，近两年，通过低压缸切缸改造、电锅炉等技术改造，总供热面积已增加至3300 多万m2，为地方民生和环保做出了突出贡献。本项目一期设计2×670t/h 锅炉，二期设计2×1100t/h 锅炉，项目设计主水源为达力（银川）污水处理有限公司第三污水处理厂的中水。一、二期热网补给水量81～162.1m3/h，一、二期机组正常运行水汽损失约为86 m3/h。

1 超滤工作原理及特点

1.1 超滤装置工作原理

超滤装置又称超过滤（简称UF），是一种与膜孔径相关的筛分过程，它的驱动力是膜两侧的压力，将超滤膜作为过滤介质。超滤膜表面密布有许多细小的微孔，在一定压力下，当原液流过其表面时，由于水及小分子物质的孔径小于微孔孔径，因此水及小分子物质穿过微孔成为透过液，其他大于微孔孔径的物质则停留在膜的进侧液成为浓溶液，因此达到对原液的净化、分离和浓缩的目的。

1.2 超滤技术特点

传统的水处理工艺具有运行周期短，成本高，操作复杂等的缺点，而且在处理过程产生废酸碱对环境造成较大的污染，因此火电厂的安全性、经济性、环保性在传统的水处理工艺中实现有一定的难度。与传统分离方法相比，超滤技术具有设备占地面积小，处理水量大，处理后水质优良，操作简单、运行成本低廉，环保等特点，主要表现在：

（1）滤过程在常温下可完成，对原液中的成分无破坏，适合处理热敏感的物质。

（2）滤过程节能环保，能耗低，在处理过程中无需加热，无需添加化学试剂、无污染，且原液中的物质不会发生相变化。

（3）滤技术分离效率高，能够有效回收稀溶液中微量成分，浓缩低浓度溶液。

（4）超滤过程中膜分离的动力仅来自压力，因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。

（5）超滤法存在一定的局限性，干粉制剂不能直接得到。对于蛋白质溶液，一般只能得到10～50%的浓度。

1.3 增加二期项目后化水处理系统设计

图1：化水处理系统示意图

机组正常运行时，机组的补水主要是锅炉补水和热网补水，其中机组补水为除盐水，热网补水采用反渗透出水。根据进水水质特点和补水量测算，为保证反渗透进水SDI 要求，采用浸没式超滤装置代替多介质过滤器，锅炉补给水系统新增4 套105m3/h 浸没式超滤装置和1 套出力为70m3/h 的反渗透系统。供暖期间，在热网正常运行的情况下，超滤、反渗透设一套备用，同时系统满足4 套超滤以及反渗透设备同时运行的能力，满足机组以及热网最大补水量的要求。

1.4 工艺流程

二期扩建锅炉补给水系统改造预留了一期2 号和3 号多介质过滤器，增加了4 套超滤装置，改造后工艺流程为：循环排污水（地下水）→生水箱→超滤给水泵→自清洗过滤器→浸没式超滤装置→清水箱→清水泵→保安过滤器→高压水泵→反渗透→除碳器→淡水箱→淡水泵→逆流再生阳离子交换器→逆流再生阴离子交换器→混床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。如图1 所示。

2 超滤工艺分析

2.1 自清洗过滤器

本套系统在超滤进水前，增加滤网式自清洗过滤器，它可以将原水中体积较大的物质如颗粒性杂志和悬浮物截留去除，使得超滤膜丝不被划伤或造成破损，保证了超滤进水的安全。在处理系统中每套超滤装置前配置一台自清洗过滤器，每台过滤器设备出力为105m3/h，过滤精度为100µ。该出力同时满足后续超滤用水和过滤器反洗自用水量之和的要求。

滤网式自清洗过滤器为精确过滤，水中体积较大的颗粒性杂质被截留，在清洗过程中运行压差或时间控制系统自动进行反洗，使原有性能恢复；在反洗过程中水不断流，仍然使系统的连续性得到保证。

2.2 超滤步序

新增加的四套超滤装置并列运行，超滤装置启动时，自动进入产水流程，每次产水结束后进行一次反洗，当反洗次数达到设定次数时，在产水流程结束后直接进入维护清洗流程。化学清洗是恢复膜通量的有效手段。维护性化学清洗流程分为酸清洗和碱清洗，清洗频率根据水质，或具体运行情况来确定，通常每运行40 个周期进行一次氧化剂清洗，每一个月进行一次柠檬酸清洗。

2.3 超滤给水泵控制

超滤给水泵采用变频控制，两用一备，一台超滤给水泵对应两台超滤装置。根据超滤装置运行数量增加或减少投运的超滤给水泵频率，在投运超滤装置前，根据投运超滤装置数量先选择需要投运的超滤给水泵，并设置其中一台为备用泵，再点击超滤启动。在运行过程中投运的超滤水泵出现故障，备用超滤给水泵启动。当一套超滤装置运行时，投运一台超滤给水泵，频率设置为25Hz，当二套超滤装置运行时，投运一台超滤给水泵，频率设置为45Hz，当三套超滤装置运行时，投运两台超滤给水泵，并将后投入的给水泵频率设置为25Hz，当四套超滤装置运行时，投运两台超滤给水泵，并将后投入的给水泵频率设置为45Hz。

2.4 超滤产水泵控制

超滤产水泵采用变频控制，一台超滤对应一台产水泵，运行过程中根据生产需求调整超滤产水泵的频率，频率最大可设置为40Hz，对应的产水量可达到105t/h。在产水流程中，超滤产水泵受超滤膜池液位连锁控制，当超滤膜池液位低于L 时，超滤产水泵自动停运。

3 控制系统应用说明

本项目一期锅炉补给水控制系统采用罗克韦尔公司的RSlogix系列PLC 控制系统，因此从系统兼容及设备维护便利的角度考虑,二期继续采用罗克韦尔公司的RSlogix 系列PLC 产品。

3.1 PLC系统硬件配置

根据现场扩建设备I/O 点数和控制要求，配置PLC 控制系统的硬件，在原系统电子间配置三面远程I/O 柜，通过罗克韦尔ControlNet 网络接入原PLC 控制系统中。超滤装置顺序控制逻辑在原PLC系统控制器中设计编写，硬件配置上考虑到后期设备的增加，预留了15%的I/O 余量，超滤装置阀门状态反馈和指令均通过开关量输入输出模块采集至PLC 控制系统，超滤给水泵采用变频控制，通过模拟量模块采集控制给水泵频率。

3.2 PLC系统软件配置

在RSlogix5000 编程软件中设计编写超滤装置顺序控制逻辑，超滤装置分为制水和维护清洗两个顺控逻辑步序，维护清洗分为酸清洗和碱清洗步序。在IFIX 监控组态软件中设计制作超滤装置监控操作画面，点击每套超滤装置的名称“#号超滤”弹出该超滤装置的顺控操作画面如图2 所示，上部显示超滤装置名称，左侧显示顺控步序（制水或维护清洗），每个步序的时间可以点击时间窗口设置，当顺控进行到该步序时该步序变成红色右侧上部显示操作按钮，右侧下部显示顺控每个步序执行时间，当顺控启动后，每一步设置时间在此进行倒计时。

4 超滤运行的常见问题

4.1 自清洗过滤器的运行维护

水源突然恶化对超滤运行影响极大，因此需保证自清洗过滤设备的良好运行状态。实际运行过程中当自清洗过滤器压差过大，自动、手动反洗都无法降低压差时，应及时联系检修对自清洗顾虑器进行拆卸清洗，防止对膜组件不可挽回的损伤。

4.2 超滤膜组件的运行维护

（1）超滤膜组件的质量好坏直接影响水处理系统的安全、稳定、经济运行，在高强度的清洗条件中膜组件需具有优良的机械稳定性和化学稳定性，才能保证断丝率在高强度的反洗和曝气冲刷中极小，压力损失小并且清洗方便。

（2）当超滤膜丝由于操作或保存的因素而意外造成的干燥失水，会导致膜孔塌陷、闭塞，这种损失不可恢复且无法修复，使得膜完全报废，所以在实际运行过程中，当超滤维护清洗后，膜池处于排空状态，操作人员要及时注水，防止膜丝长时间暴露于空气中。

（3）当超滤装置不可避免的需要停运时，需对膜及系统进行停运保护，同时对超滤组件进行充分清洗，这可以保障设备长期稳定的运行。

4.3 超滤自动化运行过程中的问题及处理

（1）超滤设备的自动化水平高，系统及程序设计要科学、严谨。超滤运行及反冲洗交替运行时间需合理设置，每个步骤需要的控制时间根据水质进行灵活调整，投运步骤的闭锁条件需根据设备运行状态进行设定，进而设备的自动投入率可得到提高。

（2）液位L 的设置。在调试过程中，L 的设置应高于膜丝的实际安装高度。在超滤产水流程的下降过滤步序，若超滤膜池液位低于膜丝高度，膜丝暴露在空气中使得产水泵进气，产水量下降造成程序无法进行，影响正常运行。

（3）维护清洗后启动制水流程，常出现超滤产水泵出现产水量不足的现象。经分析得知是超滤产水泵进气所导致，因此每次对超滤维护清洗后都需对产水泵进行排气。

（4）根据本项目特点，二期项目设计阶段从节水方面进行了论证分析，根据现场实际，同时设计了城市中水（循环水排水）做为备用水源（实际未应用）。如果下阶段，公司启用城市中水做为备用水源，就需要在处理工艺中增加预处理设备，城市中水先通过预处理设备进行预处理，使水质达到超滤设备要求的入口水质，然后再通过超滤装置进行处理。

5 小结

在本项目二期扩建工作中，锅炉补给水处理系统于2016年先期进行了安装、调试、试运行。系统运行以来，超滤装置正常稳定，出口水质满足设计要求，控制系统自动化程度高、易于操作和掌握。超滤装置可以对大量水进行处理且处理后的水质优良，它具有占地面积小、操作简单、运行成本低等优点，给火电厂锅炉补给水处理工艺路线提供了很好的支持。