简述电厂化学水处理技术的创新应用

摘要：电厂的电力生产需消耗大量水资源，为确保水资源的合理应用，在电厂用水之前，需对水资源进行有效处理。现对现代火力发电厂所用的化学水处理技术进行了详细分析，结合电厂实际经验，着重对现代电厂的信息技术及系统控制技术进行了深入研究，使得电厂化学水处理技术可与现代控制系统設计相结合，从而确保电厂的运营效率，保证供电质量。

关键词：电力生产;化学水处理技术;创新应用;系统控制

0    引言

近年来水处理技术取得了跨越式发展，重要标志就是膜分离技术的大量应用。膜分离技术用于水处理工程，工艺简单，运行维护方便，环境友好，产品水质量稳定可靠，因而在创新应用方面受到了普遍欢迎。这里主要介绍超滤膜及反渗透在电厂化学水处理方面的应用。

1    电厂化学水处理方式

在火电厂生产过程中，水担负着传递能量和冷却介质的作用。除生活和消防等公用水外，生产方面主要用作锅炉水和冷却水。电厂发电过程中对使用的水资源进行化学水处理的主要目的在于：有效去除水中杂质（悬浮物、胶体、有机物、盐类等），避免水中杂质导致积盐、结垢等现象，引发热化反应，影响锅炉换热效率，造成结焦、爆管等事故发生，进而有助于提升机组应用效率。电厂系统设计需要遵循化学处理的原则，经过预处理及多级除盐的方式，完成电厂化学水处理。

1.1    预处理方式

近年来，随着水资源日益紧缺，污水处理厂的中水已逐步取代天然水成为电厂的综合水源，本文所提及的电厂水资源属于城市中水，通过水质检测可以得出，城市中水水质不稳定，胶体颗粒细小、含盐量高、暂时硬度较高，并且含有大量的氨氮、磷酸盐及微生物等能给水带来污染的物质。在发电厂发电过程中，如果水源未经过特殊的化学处理就进入锅炉，会在发电过程中产生大量水垢，从而直接影响机组的安全稳定经济运行。因此，在系统设计工作中，必须增加预处理设备对中水进行特殊的化学处理。

根据中水暂时硬度大、有机物含量高的特点，一般采用混凝、沉淀、过滤的处理方式进行预处理，这里选用石灰处理方式通过机械搅拌澄清池降低水的暂时硬度，通过混凝剂的吸附作用去除水中的悬浮物、胶体，通过加入杀菌剂除去水中的微生物，再经过沉淀、澄清和过滤工艺降低产水的浊度。这样就可以将不稳定的城市中水转化成水质稳定的电厂生产用水源。

电厂对水源的预处理除混凝、沉淀、过滤外，为保证一级除盐设备的安全经济运行，一般还需要增加微滤或超滤设备，由于超滤器出水水质优于微滤器，一般都选用超滤对预处理后的水进行进一步处理。超滤膜用于电厂反渗透预处理，以孔径为0.005～1 μm的不对称多孔性半透膜作为过滤介质，在0.1～1.0 MPa的压力推动下，溶液中的溶剂、溶解盐类和水分子透过膜，而各种悬浮颗粒、胶体、蛋白质、微生物和大分子等被截留，达到了净化水的目的。和传统的终端处理相比，超滤膜对膜材料和性能等方面均有不同的要求。超滤膜材料要求亲水性、低污染、易恢复、孔分布较窄、能长期维持稳定的膜通量，特别是在原水水质较差（城市中水）的情况下，要能保证出水水质稳定，不受原水水质波动的影响。还有一个重要指标就是，反渗透装置的进水水质要求於塞指数SDI<4，而超滤产水水质通常SDI<2。

1.2    一级除盐的处理方式

化学水处理中的一个关键环节是一级除盐，在整个系统设计工作中，一级除盐传统上主要是通过离子交换器的方式进行预处理。由于化学水处理中的预处理只可以使用化学加药的方式来降低水的硬度，减少悬浮物，并不能清除水中的盐类物质，所以在系统设计中需要应用强酸性的阳离子及强碱性的阴离子交换器对天然水中的盐类物质进行有效控制，从而将水中的盐类去除，这也被称作“一级除盐方式”。具体而言，在整个除盐系统中，水需要先进入阳离子交换器，经过处理，将水中的碳氧化合物转化为二氧化碳，经过处理以后的二氧化碳会直接进入到除碳设备中。最后，系统会主动将除碳器打开，空气进入到除碳器中，二氧化碳会上浮，从而达到除碳的目的。剩余的水会继续流入除碳器下方的水池，通过中间水泵再进入到阴离子交换器，通过阴离子交换器完成整个交换过程，从而完成整个一级除盐工作。

在膜技术取得突破性进展后，一级除盐由膜分离技术完全取代了离子交换技术，这就是膜分离法。膜法除盐是指在某一推动力作用下，利用特定膜的透过性能分离水中离子、分子或胶体，使水得以净化。膜法除盐在电厂水处理中的应用以反渗透和电除盐为主。

反渗透是一种新型水处理脱盐技术，具有脱盐率高（一般为90%以上），可减少酸碱用量，排水为浓盐水，对环境污染小，操作简单，对原水水质变化适应性强，制水成本大幅降低等优点。由于反渗透对总有机碳TOC有很好的去除率，因此，对于对锅炉补给水水质要求高的超临界机组来说，反渗透产水能优于单一离子交换器产水满足对TOC的要求。另外，反渗透对水中SiO2的脱除效果也非常好，去除率可达99.5%，有效避免了高参数发电机组随压力升高因SiO2选择性携带所引起的硅垢，避免了城市中水中硅对离子交换树脂所带来的再生困难以及运行周期短的影响。

因此，基于运行成本和环保等综合因素，现在火电厂一级除盐方式大多选择反渗透，并将反渗透产水作为二级除盐装置的进水，以适应参数越来越高的发电机组。

2    分散控制结构

硬件分散控制结构：为了完成化学水处理工作，需将预处理与一级除盐系统进行有效结合，为此可以进行DCS网络设计。在系统的硬件设计层面，需在DCS的基础上进行过程监控、控制管理以及日常运营管理。其中，过程控制管理主要是依靠I/O模块与现场总线形成一个网络，从而便于电力系统设备的对接;而控制管理则利用PLC与监控技术结合，来进一步实现过程的控制管理。可利用合理的硬件规划对于系统进行分层设计，从而保证系统正常运行。

软件控制结构：整个控制系统中，相应的软件设计需要依据控制方式及控制对象不同进行分类。在电厂运行过程中，其控制對象主要是操作员、工程师等。

3    电厂化学水处理的相关控制方式

3.1    对系统中过滤器进行有效控制

在化学预处理中，增加过滤器可以有效降低水的浊度。目前，我国大多数电厂主要是使用单流式过滤器，一般水流会通过上部的水阀开关流入过滤器，经过过滤再将水排出。如果过滤器产水水质超标，需要对过滤器进行多次反洗。除此之外，还可以通过空气擦洗与水反洗相结合的方式进行混合清洗，在实施空气擦洗时，需严格控制擦洗时间和压力，以保证反洗效果。在系统运行过程中，需要通过现场总线获取备用机位的状态，另外需要按照有关要求对阀门开关进行闭合，通过产水在线浊度仪的示数，反馈指令到预先设定好的反洗逻辑中，来完成过滤器的自动反洗控制。

3.2    一级除盐的有效控制

一级除盐的控制方法主要有两种，即单元制及母管制。如果系统处于正常运行中，某一设备出现故障问题，需将设备重新启动，就要用到单元制的方法进行有效控制。母管制指的是发电系统中某一设备损毁，将会导致设备停运，此时投运备用设备，以保证系统正常运行。在一级除盐系统中，需要综合运用上述两种控制方式，从而保证设备的稳定性。

4    结语

综上所述，化学水处理是整个电厂电力生产的重要环节之一，通过新技术与系统设计方式的创新，将信息技术与系统控制措施有效结合，可以提高系统的处理效率，确保系统的正常运行，保障发电厂的安全经济稳定运行。

[参考文献]

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[2] 许如平.电厂化学水处理技术发展与应用探究[J].节能，2019，38（2）：95-96.

[3] 胡彦云.电厂化学水处理技术的创新应用[J].化工管理，2018（9）：80.

收稿日期：2020-04-08

作者简介：马小原（1988—），男，山西广灵人，助理工程师，研究方向：电厂化学水处理。