兩級RO+EDI在低壓余熱鍋爐補給水制備中的應(yīng)用

陸明宇，謝 麗，紀烈勇

(1.上海凱盛節(jié)能工程技術(shù)有限公司，上海 200333；

0 前 言

傳統(tǒng)的低壓余熱發(fā)電鍋爐補給水的制備常采用反滲透(RO)+混床(MB)組合工藝，混床作為該工藝的終端深度除鹽設(shè)備具有其本身的缺陷，即需要周期性的樹脂再生，這種應(yīng)用酸堿的化學再生過程存在一定的不安全性。不但操作不便，而且會產(chǎn)生大量的廢酸廢堿，成為污染水體和土壤的污染源，兩級RO+EDI組合工藝較之基本上解決了酸堿消耗、再生污染、運行繁瑣、綜合成本高等問題。本工程即為西藏某水泥廠配套工業(yè)級余熱發(fā)電配套工程，其中余熱鍋爐補給水采用兩級RO+EDI組合工藝制備，系統(tǒng)制水能力為6 m3/h。

1 工程概況

1.1 原水水質(zhì)

本工程以水泥廠現(xiàn)有給水管網(wǎng)為水源，水源經(jīng)兩級RO+EDI組合工藝處理后管送到主廠房各用水點，原水水質(zhì)見表1。

1.2 出水水質(zhì)要求

該系統(tǒng)出水水質(zhì)應(yīng)滿足《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標準》(GB/T 12145-2016)中規(guī)定的水質(zhì)要求，EDI最終產(chǎn)水水質(zhì)需滿足表2要求 。

表2 EDI產(chǎn)水水質(zhì)

2 工藝流程

鍋爐補給水采用預處理+二級RO+EDI處理工藝，其主要工藝流程如下：

管網(wǎng)供水→原水箱→原水泵(1用1備)→熱交換器→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾→保安過濾器→一級反滲透高壓泵(1用1備)→一級反滲透裝置→一級反滲透產(chǎn)水箱→二級反滲透高壓泵(1用1備)→二級反滲透裝置→中間水箱→中間水泵(1用1備)→紫外線殺菌器→精密過濾器→EDI裝置→除鹽水箱→除鹽水泵(1用1備)→熱力系統(tǒng)

系統(tǒng)輔助工藝流程有：過濾器反洗系統(tǒng)、RO清洗系統(tǒng)、混凝劑投加系統(tǒng)、殺菌劑投加系統(tǒng)、阻垢劑投加系統(tǒng)、還原劑加藥系統(tǒng)、加堿系統(tǒng)和加氨系統(tǒng)等。

3 主要設(shè)備

3.1 原水箱

由于市政管網(wǎng)存在供水量和供水壓力不足的可能，原水箱的設(shè)置能起到很好的緩沖作用，可保證后續(xù)用水的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)原水箱為圓形立式水箱，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼現(xiàn)場焊接制作，工藝尺寸為Φ4 800 mm×H4 500 mm，穩(wěn)定蓄水體積為80 m3。

3.2 原水泵

設(shè)置原水泵的目的是將原水增壓到0.35 MPa以上，以滿足多介質(zhì)過濾器進水壓力，本系統(tǒng)設(shè)置2臺(1用1備)原水泵，流量11 m3/h，揚程40 m，電機功率2.5 kW。

3.3 多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器主要用于去除水中較大固體顆粒、懸浮物、膠體等以降低水濁度。

本系統(tǒng)設(shè)置1臺處理水量為11 m3/h的單流壓力式多介質(zhì)過濾器。本體材質(zhì)為碳鋼襯膠，襯膠厚度≥3 mm。濾料采用石英砂(層高≥400 mm)及無煙煤(層高≥800 mm)，填料高度不包含墊層高度，濾料粒徑0.6～1.2 mm，排水帽采用不銹鋼材質(zhì)。設(shè)備工藝要求：濾速<6 m/h，出水水質(zhì)懸浮物≤1 mg/L，手動反洗。

3.4 活性炭過濾器

活性炭過濾器主要用于去除水中有機物、膠體硅、余氯等，能夠去除氨氮和亞硝酸鹽[1]，對臭味、色度、重金屬離子的吸附能力很強。

本系統(tǒng)設(shè)置1臺處理水量為11 m3/h的單流壓力式活性炭過濾器，本體材質(zhì)為碳鋼襯膠，襯膠厚度≥3 mm。濾料采用精制活性炭(層高≥2000 mm，填料高度不包含墊層高度)，排水帽采用不銹鋼材質(zhì)。設(shè)備工藝要求出水水質(zhì)：SDI<4，濾速<6 m/h，TOC<2.0 ppm，余氯<0.1 ppm，手動反洗。出水口設(shè)置SDI測定儀1臺。

3.5 熱交換器

由于當?shù)啬昶骄鶜鉁貎H為7.4 ℃，年平均最低氣溫低至-14.6 ℃，本系統(tǒng)設(shè)置1臺熱交換器。過流材質(zhì)：SUS304，處理水量：11 m3/h，交換后水溫約25 ℃，配套溫控器、溫控閥、疏水閥、壓力表等管閥件，能自動調(diào)節(jié)水溫。熱源采用AQC鍋爐低壓蒸汽，低壓蒸汽參數(shù)：0.2 MPa，170 ℃，9 t/h。

3.6 反滲透系統(tǒng)

操作電流一定時，EDI出水電導率將隨著進水電導率增加而增加[2],考慮到本工程水源水質(zhì)的浮動性，為確保EDI進出水水質(zhì)，本工程采用兩極反滲透系統(tǒng)，其中一級反滲透，單根膜脫鹽率達99.75%。當設(shè)計水溫在25 ℃，反滲透裝置的回收率為75% 時，每套RO裝置配置9根膜元件，每根膜元件有效膜面積為 400 m2，分別裝在3根FRP壓力容器內(nèi)，成1∶2排列，每支膜管裝3個膜元件。

二級反滲透，單根膜脫鹽率達99.75%。當設(shè)計水溫在25 ℃，反滲透裝置的回收率為85% 時，每套RO裝置配置6根膜元件，每根膜元件有效膜面積為400 m2，分別裝在2根FRP壓力容器內(nèi)，成1∶1排列，每支膜管裝3個膜元件。

反滲透進水需滿足：余氯≤0.1 mg/L，SDI≤4，TOC≤2 mg/L，濁度<1.0 NTU[3]，4

反滲透系統(tǒng)出水水質(zhì)滿足EDI裝置進水要求：電導率<40 μS/cm，總硬度(CaCO3計)<0.5 mg/L，余氯<0.05 mg/L，SiO2≤0.5 mg/L。

反滲透成套集成在同一模架上，包括精密過濾器、一級高壓進水泵、二級高壓進水泵、膜組件、壓力容器、一級反滲透產(chǎn)水箱等。

3.7 中間水箱

設(shè)置1臺容積為3 m3的中間水箱，材質(zhì)為PE。水箱配套磁翻板液位計，與中間水泵形成液位連鎖控制。

3.8 中間水泵

配置2臺(1用1備)中間水泵，中間水泵的作用是為后續(xù)EDI系統(tǒng)提供穩(wěn)定的進水壓力和水量，流量8 m3/h，揚程40 m，電機功率5.5 kW。

3.9 EDI系統(tǒng)

EDI出力為6 m3/h，產(chǎn)水回收率>90%，工作溫度：5 ℃～35 ℃，pH耐受范圍：2～11。EDI濃水循環(huán)利用，濃水壓頭>0.2 MPa，回收至原水箱。EDI產(chǎn)水壓頭>0.25 MPa使產(chǎn)水進入除鹽水箱。單模塊設(shè)計出力3 m3/h，產(chǎn)水電導率≤0.1 μS/cm。當設(shè)計水溫在25 ℃，EDI裝置的回收率為90% 時，每套EDI裝置配置2塊模塊，組成1套EDI裝置，為保證EDI的最大使用壽命，在進水口依次設(shè)置紫外線殺菌器、1 μm微孔過濾器。

EDI系統(tǒng)成套集成在同一模架上，包括EDI模塊、1 μm微孔過濾器、紫外線殺菌器等。

3.10 純水箱

設(shè)置純水箱的目的是保證本車間可儲蓄一定量的除鹽水，以防止緊急狀況下向余熱電站大量供水，本系統(tǒng)純水箱為圓形立式水箱，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼現(xiàn)場焊接制作，工藝尺寸為Φ4 800 mm×H4 500 mm，穩(wěn)定蓄水體積為80 m3。

3.11 除鹽水泵

系統(tǒng)設(shè)置2臺(1用1備)除鹽水泵，除鹽水泵揚程45 m，流量6 m3/h，電機功率2.2 kW。水泵應(yīng)配套水箱液位連鎖控制系統(tǒng)。

水泵形式為立式離心泵，電動機能效一級，葉輪為全金屬結(jié)構(gòu)，并配有油位指示器和聯(lián)軸器罩，機械密封。所有水泵均為不銹鋼。

3.12 附屬系統(tǒng)

輔助工藝系統(tǒng)包括：過濾器反洗系統(tǒng)、RO清洗系統(tǒng)、混凝劑投加系統(tǒng)、殺菌劑投加系統(tǒng)、阻垢劑投加系統(tǒng)、還原劑加藥系統(tǒng)、加堿系統(tǒng)和加氨系統(tǒng)等。

4 運行狀況

本工程使用的預處理+兩級RO+EDI水處理系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)據(jù)業(yè)主反饋完全滿足表2中水質(zhì)要求。系統(tǒng)藥品化學成分及投加量見表3，預處理系統(tǒng)中多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器均采用手動反洗操作，當系統(tǒng)壓差達到0.05 MPa時，進行反沖洗15 min，然后正沖洗10 min。兩級RO開機沖洗，運行期間間隔1 h沖洗一次。跨膜壓差增加10%～15%或產(chǎn)品水的脫鹽率下降10%～15%再或者產(chǎn)品水膜透過量下降10%～15%時，進行在線化學清洗，先用質(zhì)量分數(shù)0.1%的NaOH循環(huán)清洗15 min，再用質(zhì)量分數(shù)0.2%的HCl循環(huán)清洗15 min，清洗后系統(tǒng)效能可恢復至98%以上。兩級反滲透需分開清洗，不能同時清洗。

表3 化學藥品投加參數(shù)

5 結(jié) 論

該工程的成功穩(wěn)定運行表明兩級RO+EDI組合水處理工藝完全滿足低壓余熱鍋爐補給水的制水性能要求，出水電導率可長期穩(wěn)定<0.1 μs/cm。與傳統(tǒng)RO+MB相比較，本工藝系統(tǒng)具有顯著的自動化程度高、運行成本低、制水連續(xù)性強、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點。

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