試論電廠除鹽水系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化

潘冠旭+黃盼+劉海蛟

摘 要：核電廠除鹽水系統(tǒng)設(shè)計主要采用的是膜處理工藝和滲透-離子交換樹脂工藝兩種。但在實際的設(shè)計與應(yīng)用中，兩種工藝均存在一定的缺陷。筆者就自身工作經(jīng)驗，對兩種工藝的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行分析，從成本技術(shù)以及能耗兩個方面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：核電廠 全膜法 滲透技術(shù) 優(yōu)化

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0115-02

某核電廠在三期鍋爐補(bǔ)給水和四期鍋爐補(bǔ)給水上分別采用全膜工藝和滲透-離子交換樹脂工藝。隨著科技的發(fā)展，電廠全膜鹽水處理法已經(jīng)趨于成熟，反滲透元件的比例也在不斷增加，保證了除鹽水出水水質(zhì)。但在相關(guān)技術(shù)上，還需要進(jìn)一步優(yōu)化，我們將兩種工藝的優(yōu)化過程分析如下。

1 全膜法和滲透-離子交換樹脂法簡介

1.1 兩種方案的概念及使用

全膜法主要應(yīng)用于某廠的三期鍋爐補(bǔ)給水處理過程中，處理鹽水體積為228 m3/h，以電化學(xué)除鹽為主要工藝技術(shù)，經(jīng)過一級滲透和二級滲透兩個過程。在設(shè)計上，全膜法充分考慮了滲透濃水和EDI濃水的回收再利用問題，提高了發(fā)電水利用率。由于該廠在用水上選擇的是自然水，近年來環(huán)境的破壞已經(jīng)嚴(yán)重影響了水質(zhì)，因此在核電廠水處理過程中，要增加砂濾池來降低反滲透技術(shù)造成的膜污染。反滲透-離子交換樹脂工藝是該廠的四期工程鍋爐鹽水處理過程，處理鹽水體積為228 m3/h。工藝流程與全膜法基本保持一致，經(jīng)過一級反滲透和超濾過程。超濾反洗水回收至預(yù)處理沉淀池使系統(tǒng)的回收率得以提高，在同一鹽水處理體積下，對兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，促進(jìn)核電廠除鹽水系統(tǒng)的優(yōu)化。

1.2 兩種方法的比較與優(yōu)化

將兩種方案按上文順序分別命名為方案1和方案2。在成本支出上，方案1的預(yù)處理水量更大，設(shè)備費(fèi)用高于方案2，并且產(chǎn)生一定的輔汽加熱費(fèi)用。而方案2的主要費(fèi)用體現(xiàn)在水處理過程中的藥劑量，水處理量越大時，藥劑成本越大，并且當(dāng)廢水需要再處理時，方案2的成本就會遠(yuǎn)高于方案1。其中，在人力成本上、運(yùn)行維修成本上，兩種方案的差別不大，通常方案1的費(fèi)用略高。分別對兩種方案的成本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，方案1的主要成本依然在傳統(tǒng)的人工費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用以及電費(fèi)上，其中電費(fèi)約占整體費(fèi)用的40%，系統(tǒng)的自動化程度不高。而方案2的成本主要集中于藥劑和再生廢水的處理，且處理時間較長?？傊?，兩種方案各具優(yōu)勢，目前全膜法的應(yīng)用較為廣泛，這與其簡單的處理方式有關(guān)，但兩種方法均存在優(yōu)化空間。

2 電廠除鹽水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

我們主要針對兩種方案的優(yōu)勢和劣勢來分析鹽水系統(tǒng)的設(shè)計，致力于提高系統(tǒng)的EDI回收率。對方案2而言，主要是降低藥劑成本，改善藥劑作用，增加輔助設(shè)備都是可行的方法。另外滲透技術(shù)對于水溫有一定要求，還要合理調(diào)節(jié)水溫度來降低單位面積的反滲透能力。對于方案1，在基礎(chǔ)建設(shè)上要注重監(jiān)工，盡量將成本降到最低，來實現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)電，具體的優(yōu)化過程如下文分析。

2.1 水溫

水溫的合理性將決定滲透膜的性能，溫度過高，處理產(chǎn)量提高，但處理質(zhì)量將受到影響。水溫過低，反滲透能力降低，同樣影響除鹽過程。根據(jù)要求，在除鹽過程中水溫也保持在20 ℃，需要輔汽系統(tǒng)來維持溫度。但對電廠而言，還要考慮到成本問題，輔汽的成本通常較高，增設(shè)輔汽裝置將大大提高成本，因此最佳辦法是維持低溫狀況并設(shè)計膜系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的反滲透能力。尤其是對于一級滲透和二級滲透，可以在溫度5 ℃下操作，對溫度和環(huán)境的要求均不高，因此不僅提高了效率，也從整體上降低了成本。全膜法以低壓膜為主要材料，不僅可以在低溫環(huán)境下工作，同時可以將壓力控制在一定范圍內(nèi)，對于系統(tǒng)運(yùn)行成本和維護(hù)成本的降低都具有積極作用。

2.2 能耗節(jié)約

利用全膜法后，電費(fèi)的比例較大，尤其是反滲透增壓泵的使用大大提高了電費(fèi)。因此要采用一定的方法來降低反滲透膜的壓力，進(jìn)水壓力減少是控制電量消耗的主要方式之一。將方案1的一級滲透膜和二級滲透膜分別改換為陶氏FILMTECTM XFRLE-400/34i膜元件和陶氏FILMTECTM HRLE-440i膜元件，結(jié)果表明，能耗明顯降低。但是在除鹽水水質(zhì)上，低壓膜的處理效果并不理想，脫鹽率較低。改進(jìn)后的二級滲透膜具有除硅離子功能，且降低了鹽水的EDI指數(shù)，依然可以滿足目前核電廠的用水水質(zhì)需求。

2.3 排列比

在傳統(tǒng)的反滲透膜設(shè)計中，筆者認(rèn)為提高回收率必須要增加系統(tǒng)級內(nèi)段數(shù)，因此將反滲透系統(tǒng)設(shè)計為3段。但只要提高一級反滲透系統(tǒng)的水質(zhì)處理能力，完全可以采用二段式滲透膜處理方案，并且在除鹽過程中可以逐漸提高回收率，保證循環(huán)水處理過程。這就要求對上述兩種工藝的排列比進(jìn)行優(yōu)化，但由于反滲透系統(tǒng)受到很多因素的影響，比如溫度的波動。因此水泵的選擇只能大體上滿足管道曲線的設(shè)計需求。另外，從節(jié)能優(yōu)化上，通過調(diào)整進(jìn)水泵的頻率可有效解決。此次我們采取了原水泵變頻的方式，結(jié)果每噸位的鹽水處理就可以節(jié)約能耗0.2～0.3 kW·h/m3 ，可見適當(dāng)降低水壓有助于節(jié)約能耗。

2.4 低壓膜產(chǎn)水水質(zhì)

優(yōu)化后的系統(tǒng)EDI工作參數(shù)和離子交換床明顯優(yōu)于未優(yōu)化的設(shè)備，通過我們計算出的EDI指數(shù)就可以說明。反滲透膜具有一定的生命周期，一般為5年，而改進(jìn)后的滲透膜在工作年限內(nèi)的除鹽能力明顯提高。地下滲透膜的出水水質(zhì)也較之前有所提高。而對于方案2的優(yōu)化雖然沒有在除鹽能力上有所改變，但在成本控制上起到了較好的效果，因此是值得推薦的方案。

3 結(jié)語

從我國核電廠的運(yùn)行現(xiàn)狀看，除鹽水技術(shù)對企業(yè)來說是十分重要的。目前的除鹽水系統(tǒng)中，主要采取全膜法和滲透-離子交換樹脂法來處理鹽水，但傳統(tǒng)的技術(shù)在成本上、能耗上和除鹽效果上均存在一定的弊端。筆者將兩種方案進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)兩種方式各有優(yōu)勢和劣勢，并提倡通過一系列措施來對兩種方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方式包括滲透膜的更換，低壓滲透膜對于除鹽效果具有十分理想的效果。另外，還包括對加熱位置的優(yōu)化。通過相關(guān)工藝處理后，除鹽成本明顯降低。綜合兩種方法，全膜法的應(yīng)用更為廣泛，因此應(yīng)通過工藝設(shè)計和管理來進(jìn)一步優(yōu)化全膜除鹽法，提高除鹽效率，并降低成本。

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