工业除盐水处理系统全膜法设计

刘 敏，李 冬，李旭东

(首创爱华(天津)市政环境工程有限公司 天津 300382)

0 引 言

某电站示范工程(简称高温堆工程)规划建设1台200 MW级高温气冷堆核电机组及其相应的配套设施，采用2座球床模块式高温气冷堆带1台汽轮机组，每座反应堆的热功率为250 MW，总热功率为500 MW，电功率为200 MW。其配备除盐水处理系统，为反应堆和汽轮机提供除盐水，主要功能有：①机组启动阶段，满足机组启动用冲洗水和辅助锅炉运行用水需求；②机组正常运行阶段，提供全厂各用户水质标准的除盐水，维持机组正常运行[13]。本文结合高温气冷堆的特性，设计除盐水处理系统工程。

1 水源及水质

高温堆工程水源为八河水库水，水质分析结果如表1所示。

表1 八河水库水质分析报告Tab.1 Water quality analysis report of Bahe reservoir

2 出水水质控制标准

一般火电厂除盐水系统出水控制标准有两项：SiO2＜20 μg/L，电导率＜0.2 μS/cm(25℃)[14-15]。对于高温堆工程来说，为了避免溶解离子对管道和反应堆的影响，除盐水处理系统出水控制标准除满足以上2项外，制定了高温气冷堆除盐水出水水质控制标准，见表2(除NH3、联氨、pH及温度外)。

表2 某电站除盐水出水水质控制标准Tab.2 Water quality control standard of desalted water in a power station

3 系统选择

八河水库水经管道输送到达厂区净水站，经过星形絮凝斜板沉淀设备和普快滤池的初级过滤处理，去除藻类、悬浮物等大颗粒物质后，作为除盐水系统的原水。

除盐水处理系统由加热、过滤、除盐及辅助加药系统组成。

原水使用加热器加热，蒸汽来自汽轮机的辅助蒸汽。加热目的是保证原水温度在25℃左右，以保证反渗透装置在最佳状态下运行。

过滤系统是为了去除水中的悬浮固体、有机物、余氯等污染物，达到反渗透的进水水质条件。本工程选择细砂过滤器和活性炭过滤器。选择细沙过滤器而不选择双介质过滤，是由于八河水库水已经过星形絮凝斜板沉淀设备+普快滤池的初级过滤处理，在除盐水处理系统的反渗透装置前再重复设计双介质过滤器的作用不大。

除盐系统选择性很多，根据GB/T 50109—2014《工业用水软化除盐设计规范》和GB 5068—2014《发电厂化学设计规范》，对于本工程来说，有2种工艺方案比较适用：①离子交换工艺，即一级反渗透+阳床+阴床+混床；②全膜工艺，即一级反渗透+二级反渗透+电除盐(EDI)。对方案1和方案2的占地、一次性投资及运行费用进行了估算，结果如表3所示。

表3 除盐系统方案1和方案2经济性估算Tab.3 Economic estimation of scheme 1 and scheme 2 of desalting system

由表3可以看出：方案1(离子交换工艺)投资和运行费用较高，需要酸碱再生阳阴树脂，需要配备酸碱储存和再生系统，产生酸碱废水，容易污染环境；方案2(全膜工艺)没有酸碱废液的污染，避免酸碱贮存、运行的危险，因而可提高核电站的安全性，且投资和运行费用较低，出水水质更好。因此，本工程选用全膜水处理系统更经济。相关文献[16-17]也指出，对于出力较小的单元，使用全膜法更经济。

辅助加药系统包括压缩空气、加次氯酸纳、膜清洗等单元，进而设计出山东石岛湾高温气堆核电站示范工程除盐水处理系统全膜法工艺流程为：净水站来清水→清水箱→清水泵→清水加热器→细砂过滤器→活性炭过滤器→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透高压泵→一级反渗透装置→一级淡水箱→一级淡水泵→二级反渗透保安过滤器→二级反渗透高压泵→二级反渗透装置→二级淡水箱→二级淡水泵→EDI装置→除盐水泵→核岛、常规岛及辅助系统(BOP)。同时，EDI浓水回流至一级淡水箱，二级反渗透浓水回流至清水箱。

4 工艺设计

高温堆常规岛及其BOP部分的厂内辅机采用闭式循环冷却水，补充水为除盐水(补水量已计算入汽水损失中)，采用加联氨除氧[18]。空调系统采用风冷方式。全厂除盐水用户及各用户除盐水用量如表4所示。除盐水输送到核岛(1个接口)、常规岛(1个接口)和BOP(1个接口)。

表4 全厂除盐水用户和除盐水用量Tab.4 Desalted water users and desalted water consumption of whole plant

考虑水质在一定范围内变化时的应对措施，并在系统配置、设备设计方面留有一定的裕度，除盐水系统出力按需求量的1.5倍考虑，总出力取整后为50 m3/h。系统设计为2套，每套出力为25 m3/h。EDI出力即除盐水系统出力，EDI设备选择(2×25)m3/h，EDI设备水回收率≥90%。经计算，得出如下结果。

二级反渗透出力，(2×28)m3/h，回收率≥85%；二级反渗透进水、二级反渗透高压泵和二级反渗透保安过滤器出力或流量，(2×33)m3/h；一级反渗透出力，(2×30)m3/h，回收率≥75%；一级反渗透进水、一级反渗透保安过滤器和一级反渗透高压泵出力或流量(2×40)m3/h；活性炭过滤器，出力为(3×33)m3/h，DN3 000 mm，流速为7.18 m/h，并联运行，2用1备；细砂过滤器，出力为(3×33)m3/h，DN3 000 mm，流速为7.18 m/h，并联运行，2用1备；清水加热器出力为(2×50)m3/h。清水箱和一级淡水箱，(1×100)m3/h；二级淡水箱，(1×50)m3/h。正常情况下，过滤器2运1备，加热器、反渗透和EDI装置均为2台运行。

5 设备选型

根据工艺计算结果选择的主要设备参数如表5所示。细砂过滤器运行控制点为过滤器出水浊度≥2 NTU，进出口压差值或周期制水量达到设定值；保安过滤器采用大流量折叠式滤芯，过滤精度为5 μm，高压泵采用316不锈钢；2套一级反渗透装置的膜组件总数量为84支，单套为42支，按4∶3分为2段；2套二级反渗透装置的膜组件总数量为60支，单套为30支，按3∶2分为2段。EDI装置保安过滤器均采用大流量折叠式滤芯，过滤精度为1 μm；每套EDI装置4块膜块，每块膜块产水量约6.5 m3/h。

表5 除盐水处理系统主要设备参数(设计值)Tab.5 Equipment parameters of desalted water treatment system (design value)

6 系统管路连接设计

清水加热器设有旁路，来水温度在合适的范围时，不经加热器直接进入过滤装置。

细砂过滤器和活性炭过滤器均采用母管制连接。细砂过滤器正常运行时2运1备。活性炭过滤器正常运行时均低流速投入运行，当有1台需反洗时，其余2台高流速运行。活性炭过滤器设置了进出口旁路，若来水水质较好或整套活性炭过滤器故障无法投运时，可将整个活性炭过滤器系统旁路，来水直接进一级反渗透装置。

一级反渗透装置、二级反渗透装置和EDI装置均采用母管制连接，正常运行时1运1备，当其中1套需要清洗或检修时，退出运行，启动备用；亦可同时2套设备运行。

7 控制方式设计

整套除盐水处理系统控制设计为远控和就地操作相结合方式[19-20]。过滤器、反渗透装置和EDI装置均通过PLC程序实现自动控制，运行人员可通过LCD(液晶显示器)和键盘操作，实现远程、集中控制。程序控制可实现设备的投运、停止基本操作，包括反洗、再生、自动/半自动启动备用设备等，同时设有成组操作、分步操作和单独操作功能，并设有必要的步序时间、状态指示、选择和闭锁功能。远程操作的同时，也可就地人工操作，特别是远程系统出现问题时，可通过人工操作实现控制功能。加药系统等辅助系统可在控制室进行远方监控，也可就地操作，配药、膜元件化学清洗等采用就地人工操作。所有转动设备(例如水泵、风机)都可在控制室远程操作，同时也可就地操作。

8 结 语

目前，所设计的高温气冷堆除盐水系统已经连续运行，控制方便，出水水质优于设计值，其中SiO2质量浓度为5～10 μg/L，电导率为0.1 μS/cm(25℃)，Fe质量浓度为1 μg/L，Cu、Ni、SO42-、油质量浓度为0 μg/L，Cl-质量浓度为0.5 μg/L，Na+质量浓度为0.8 μg/L，O2质量浓度为20 μg/L，温度(28±5)℃。

作为我国第一个高温堆示范电站，本文对其除盐水系统进行了探索。首先在常规电站控制标准基础上，提出了高温气冷堆除盐水系统的控制标准；再结合进水水质，对离子交换工艺(一级反渗透+阳床+阴床+混床)和全膜法工艺，进行了技术、经济、安全等性能比较，最终选用全膜法工艺。确定工艺方案后，设计工艺流程，计算工艺出力和流量，选择设备型号和参数，连接管路，进行远控和就地操作相结合的控制。运行结果表明，所设计的某电站除盐水处理系统运行效果好，水质优于标准值，操作灵活简便，无需酸碱，提高了安全性，避免了酸碱废液的污染。

希望本文能为以后的工程提供一些有益的借鉴，使得高温气冷堆除盐水系统不断优化。■