某电厂EDI装置产水流量下降原因分析及处理

2023-08-15伏文周洋刘松松吕馥丞

化工管理 2023年22期

伏文，周洋，刘松松，吕馥丞

(1.山东环发瑞清环境有限公司，山东济南 250100；2.华电电力科学研究院有限公司山东分院，山东济南 250002；3.华电淄博热电有限公司，山东淄博 255054；4.华电青岛发电有限公司，山东青岛 266031)

0 引言

离子交换除盐是传统的锅炉补给水处理系统中应用最为广泛、技术最为成熟、工程经验最为丰富的工艺。随着《水污染防治行动计划》开始实施，作为用水大户的发电企业，离子交换除盐工艺的弊端与当今社会日新月异的技术进步相悖。填充床电渗析器(EDI)是一种在电渗析器淡室及隔板中装填阴、阳树脂的新型处理装置，取代了传统离子交换除盐工艺，是生产高纯水的无污染水处理新工艺。EDI巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的[1-3]；同时EDI还可以使失效的树脂得到同步的再生，从而连续得到高品质的除盐水。然而，随着EDI装置的运行，也会出现出水水质恶化，产水流量下降等问题[4-8]。

本文以某电厂锅炉补给水处理系统的EDI装置为例，针对该EDI装置产水流量下降问题进行分析，找出原因并采取针对性措施，使EDI装置产水流量恢复到正常值。

1 设备概况

某公司锅炉补给水处理系统由超滤(UF)、反渗透(二级RO)和电除盐(EDI)系统组成，除盐水处理系统设计额定出力4×96 m3/h(20 ℃，以EDI出力计)，最大出力4×115 m3/h。

锅炉补给水处理系统流程为：高密度沉淀池→空气擦洗滤池→生水加热器→自清洗过滤器→超滤装置→一级反渗透装置→二级反渗透装置→EDI装置→除盐水。系统连接方式：超滤、EDI装置采用母管制连接，一级、二级反渗透采用单元制连接。其中EDI装置主要参数如表1所示。

表1 EDI主要参数

2 异常情况

EDI装置运行异常情况如表2所示。由表2可看出，8月7日00:28至8月7日15:53，当EDI入口压力由0.33 MPa提高至0.42 MPa，EDI产水流量也相应由194 t/h提高至218 t/h；8月7日15:53至8月7日21:29，当EDI入口压力维持0.42 MPa不变，EDI产水流量明显下降，由218 t/h下降至154 t/h；8月7日21:29至8月7日23:26，EDI入口压力由0.42 MPa再次提高至0.50 MPa，EDI产水流量由154 t/h又相应提高至218 t/h；8月7日23:26至8月8日07:00，EDI入口压力维持0.50 MPa不变，EDI产水流量又出现明显下降情况，由218 t/h下降至194 t/h。总体上看，在EDI给水泵入口压力提高和维持不变情况下，EDI产水母管流量呈明显下降趋势。

表2 EDI产水流量情况

3 排查分析

3.1 二级反渗透入口前加碱情况

调取EDI运行参数DCS曲线，对EDI入口pH值、电导率数据进行采集，如表3所示；EDI入口pH值、电导率采集数据变化趋势，如图1所示。在EDI入口pH都约为8.0时，电导率由9.12 μS/cm增加至17.6 μS/cm，电导率增加了近一倍，上升趋势明显。通常情况下二级反渗透入口加碱会影响EDI入口pH值和电导率，EDI入口同pH值下其电导率应基本不变，分析此期间二级反渗透加碱带来其他杂质贡献了增量的电导率。

图1 EDI入口pH值、电导率变化趋势

表3 EDI入口pH值、电导率数据

取样二级反渗透入口所加碱液进行化验分析，化验结果如下表4所示。对比GB/T 11199—2006 《高纯氢氧化钠》标准要求[9]，主要指标NaOH含量远不足标准要求，杂质NaCl远远高于标准要求，杂质Na2SO4略低于标准要求。

表4 二级反渗透入口所加碱液化验分析

分析二级反渗透入口所加碱液不符合标准要求，从EDI入口pH值和电导率趋势来看，已对二级反渗透产水电导率指标产生一定影响，不排除所加碱液带入的微量氧化性物质，二级反渗透产水也含有一定氧化性物质进而进入EDI装置，氧化降解EDI树脂的可能性，由此造成EDI装置产水流量下降。同时，因加入不符合标准要求的碱液，因NaOH含量低加碱量增加，杂质NaCl带入量也成倍增加，这些盐类物质在电解的化学作用下，就会产生额外新的物质，这些物质会直接堆积在EDI膜块上，引起产水流量降低。

3.2 EDI入口水质排查

EDI入口水质排查如下表5所示。从表5可看出，部分时间段EDI入口pH值存在不合格。分析当pH值较低时，其进水含有一定量二氧化碳，同时会间接影响EDI的产水电导率和硅含量；此外，二级反渗透入口加碱量的变化易引起产水电导率波动，并间接导致EDI入口电导率变化，进而影响EDI产水电导率；再者，从表5还可看出，EDI入口存在微量氧化性物质，其主要反应在余氯含量不合格，此会氧化降解EDI树脂，进行影响EDI的产水电导率和产水流量。

表5 EDI入口水质排查情况

3.3 EDI模块拆卸检查

对#3EDI装置进行模块拆卸检查：淡水室有离子交换树脂填充在阴离子交换膜和阳离子交换膜之间，以形成淡水单元(图2)；检查淡水单元整体较为清洁，未见颗粒物和其他杂质污堵情况。对淡水室进水端树脂(图3)和出水端树脂(图4)进行外观检查，进水端树脂颜色呈褐红色，出水端树脂颜色呈橘黄色；进水端树脂颜色明显比出水端暗红一些。在相邻的淡水单元的阴离子和阳离子交换膜之间添加树脂，以形成浓缩室。浓缩室有明显结垢，主要集中在出水侧，浓缩室垢层底部的树脂膜还有炭黑色电灼伤痕迹(图5)。对浓缩室出水侧的垢层进行取样，垢样非疏松状较为硬质，底部局部垢层呈灰白色(图6)，化验人员用一定浓度盐酸对垢层进行溶解，定性分析主要为碳酸盐垢；进一步对垢层进行成分分析，主要为Ca、Mg垢成分(表6)。

图2 淡水室

图3 淡水室进水端树脂

图4 淡水室出水端树脂

图5 浓缩室

图6 浓缩室有结垢

表6 垢层成分分析

淡水室进水端树脂颜色呈褐红色，出水端树脂颜色呈橘黄色，进水端树脂颜色明显比出水端暗红一些，分析淡水室树脂存在氧化的迹象。树脂氧化的原因为运行某时间段EDI进水含氧化性物质，EDI树脂较反渗透膜受氧化性物质影响更为脆弱。通常EDI树脂受氧化性物质氧化降解后，其树脂机械强度下降，容易破损，破碎的树脂产生的碎颗粒或粉末会堵塞树脂间隙，增加了水流的阻力，使系统流量逐渐下降；EDI模块长期在大电流和低流量下运行，会进一步造成膜片和通道的结垢，并持续形成垢层，严重时就会出现树脂电灼伤痕迹。