火力发电厂锅炉补给水处理系统的扩容设计

韩征飞，赵保华，姜 磊

(1 华电郑州机械设计研究院有限公司，河南 郑州 450046；2 中国电建湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北 武汉 430040)

随着城市的不断发展，居民采暖用户和工业企业蒸汽需求量也逐年递增。此外，小型发电厂抽凝机组发电的煤耗较高，与国家的节能减排要求不符，因此多数小型发电厂从原来的供电为主、供热为辅的模式，通过相应的供热改造后，转变为以供热为主、发电为辅的运营模式[1]。外供蒸汽输送至厂外用户后一般不再考虑回收，不断攀升的热量需求导致电厂水处理系统出力的紧缺，因此水处理系统亟需进行扩容改造。

1 项目概况

河南某电厂现有机组装机容量为2×135 MW，根据当地政府冬季清洁采暖及工业集聚区集中供热的相关要求，需对机组进行供热改造，以高质量热源向市区集中供热，提高市区供热热化程度，改善市区环境卫生，实现热电联产，提高发电热效率，以适应市场经济的需求。由于电厂目前锅炉补给水处理系统基本无余量，无法满足本次新增补水需求，且水处理车间周围扩建用地有限，因此本期改造在现有处理工艺和设备的基础上，新增部分水处理设施，并对系统进行优化，尽量使扩容部分水处理设施与原系统结合成整体，使之相互补充或备用。

2 原水水质及工艺流程

目前电厂锅炉补给水处理系统的原水水源为就近矿井排水，具体指标见表1。

表1 矿井排水水质指标Table 1 Mine drainage water quality index

续表1

根据原水水质情况以及电厂现有机组对给水品质的要求，并结合电厂现有锅炉补给水处理系统的设备配置，本期锅炉补给水处理系统采用的水处理工艺与原有锅炉补给水处理系统工艺基本保持一致，并在原有设备配置的基础上进行部分优化。此外，为简化水处理系统以便于管理及降低工程投资，且考虑到热网补给水水质要求低于锅炉补给水水质，本期热网补给水采用中间水池出水，热网补给水处理系统与锅炉补给水预处理系统及反渗透预脱盐系统合并，最终扩容改造后的工艺流程见图1所示。

图1 扩容改造后的锅炉补给水处理工艺流程Fig.1 Flow chart of water treatment expansion process

原水经细砂过滤器过滤悬浮物、细小颗粒等杂物，使出水浊度<1.0 NTU。此后进入一级反渗透(RO)装置进行预脱盐处理，再经本期新增除二氧化碳器工序以去除反渗透产水中无法去除的游离CO2，出水进入中间水池后一路经新增变频热网补水泵提升至热网首站作为热网补水，另一路经中间水泵提升至后续两级混合离子交换系统进行深度除盐，最终产水满足锅炉补给水水质要求[2]，经除盐水泵提升至主厂房所需除盐水补水点。系统运行中辅以还原剂、阻垢剂加药系统、化学清洗系统、压缩空气系统及酸碱再生系统、废水收集系统等在保证系统正常运行的前提下充分利旧[3]。

3 工艺设计

3.1 原水预处理系统

由于原预处理系统周围未预留扩建场地，且需保证改造过程中原过滤器的正常运行，本期在原锅炉补给水车间南侧跨道路单独新增1座过滤车间，设置3台细砂过滤器，单台设备直径为φ2800 mm，设计出力为60 m3/h，采用立式柱形结构，本体材质为碳钢衬胶，上部采用喇叭口进水结构，下部采用多孔板水帽出水结构。滤料采用石英砂，要求纯度高且杂质少，等级不低于特级，各项指标满足规范要求，滤料反洗膨胀率为80%，以保证滤料反洗分层效果。进、出水及反洗、空气擦洗等与原有管路联通为整体，以满足后续预脱盐系统的进水需求。

3.2 预脱盐处理系统

根据原锅炉补给水车间周边及设备布置，本期预脱盐系统及两级除盐系统新增设备集中布置在新增水处理车间，位于原锅炉补给水车间东北角扩建端。根据新增补水量需求，本期新增2套反渗透装置，设计出力为65 m3/h，包括保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件等，按单元制连接。保安过滤器滤芯采用非反洗型，用于截留来自前级水箱的微小颗粒，以保护后续高压泵及反渗透膜。高压泵采用变频调节控制，既可自动调整含盐量、进水水温偏离设计值时的进水压力，又可避免反渗透装置启动运行时瞬间产生的给水流量对反渗透膜产生的水力冲击[4]。反渗透膜采用型号为BW30FR-400/34的陶氏品牌膜元件，对CaCl2、NaCl及MgCl2等无机盐脱盐率高达98%，还能去除大部分微生物、有机物和细菌等[5]。反渗透装置排列方式为一级两段，一、二段膜元件数量按9:6进行配置，单套装置采用程序控制自动运行。为保证反渗透装置在冬季的运行效果，本期配套2台板式换热器，采用蒸汽间接换热的方式以保证进水品质。

此外，原锅炉补给水处理系统未设置除二氧化碳器，本期热网正常补水设计采用反渗透装置出水，为保证补水水质，本期设置2台除二氧化碳器，单台直径φ1600 mm，设计出力为125 m3/h，配套除碳风机和收水器，内置多面空心球填料，以增加进水和空气的接触面积。设备布置在室外原中间水池顶部，以去除反渗透产水中无法去除的游离CO2，这样既可以保证热网正常补水的水质要求，又可以减轻后续两级除盐系统交换树脂的负荷，以延长树脂的再生周期。

3.3 两级除盐处理系统

本期在新增水处理车间设置2台混合离子交换器，单台直径为φ2000 mm，设计出力为150 m3/h，采用立式柱形结构，本体材质为碳钢衬胶，顶部进水为不锈钢母支管型式，支管与母管用矩形法兰连接。底部排水为多孔板水帽型式，出水配置树脂捕捉器，其过滤精度小于水帽缝隙，以防止运行时泄漏树脂。中间排水装置为多孔管不锈钢T形绕丝结构的母支管式，T形绕丝采用316不锈钢材料制造，碱液分配装置为辐射母支管式。内设阴、阳离子交换树脂，阳树脂型号001×7MB，充填高度为0.5 m；阴树脂型号201×7MB，充填高度为1.0 m，树脂反洗膨胀率为100%，以保证树脂反洗分层效果。与原有3台混合离子交换器通过管道及阀门联通成整体，最终组成两列出力为150 m3/h的两级除盐系统，设备间能够相互备用，既满足除盐水的补水需求，又可使现场运行及检修更为方便、灵活。

4 运行效果

目前工程已建设完成，新增扩容设备均以投入运行。经现场运行情况反馈，扩容后的锅炉补给水处理系统运行稳定，新、老设备兼容性较好，运行阶段热网正常补水及除盐水水质分别见表2和表3所示。

表2 热网正常补水水质情况Table 2 Effluent quality of normal make-up water

表3 除盐水水质情况Table 3 Effluent quality of desalted water

根据以上现场运行水质分析数据，运行阶段热网正常补水及除盐水水质均满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T 12145-2016)[6]规定的水质标准：(1)锅炉补给水出水水质：电导率(25℃)≤0.2 μS/cm，SiO2≤20 μg/L，TOCi≤400 μg/L；(2)热网补充水出水水质：总硬度<600 μmol/L，SS<5 mg/L。

5 结 论

本期锅炉补给水处理系统扩容改造充分考虑与原有设备的运行兼容性，这样既可以方便统一操作和控制，又能够共用辅助系统，大大节省工程投资。此外，在原系统运行的基础上进行一定的优化设计，如增设除二氧化碳器，既可以保证热网正常补水的水质要求，又可以减轻后续两级除盐系统交换树脂的负荷，延长再生周期，可为后续类似电厂水处理系统扩容改造提供一定的参考和建议。