連續(xù)電解除鹽模塊的化學(xué)清洗工藝

譚明德，黃偉

(華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司，河南 駐馬店 463000)

1 化學(xué)清洗工藝

1.1 工藝概況

華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司裝有2臺(tái)390 MW燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組(9F級(jí)V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī))，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用高效澄清池+雙介質(zhì)過(guò)濾器+超濾+二級(jí)反滲透+電除鹽系統(tǒng)。連續(xù)電解除鹽EDI(Electrodeionization)單元包括滲透水箱1座、EDI升壓泵2臺(tái)、EDI裝置2套、NaCl加藥裝置2套、濃水循環(huán)泵2臺(tái)及除鹽水箱2座等，其中的滲透水箱與二級(jí)RO單元共有。EDI裝置每套8個(gè)模塊，單套EDI裝置產(chǎn)水量設(shè)計(jì)為25 m3/h，進(jìn)水量為28 m3/h。

經(jīng)過(guò)上述系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)出水水質(zhì)可達(dá)到下列指標(biāo):硬度≈0 μmol/L(1/2Ca+1/2Mg);電導(dǎo)率≤0.2 μS/cm(25℃);二氧化硅質(zhì)量濃度≤20 μg/L。

1.2 化學(xué)清洗流程及藥劑規(guī)格

化學(xué)清洗流程圖如圖1所示。

圖1 化學(xué)清洗流程圖

藥劑規(guī)格為:氯化鈉分析純，250 kg;鹽酸分析純，270 kg(36% ～38%);氫氧化鈉分析純，50 kg(固體)。

2 技術(shù)分析

華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司EDI模塊進(jìn)水水質(zhì):pH值為6～8，電導(dǎo)率為4～6 μS/cm，無(wú)硬度。唯有二氧化硅超過(guò)設(shè)計(jì)值0.5 mg/L，產(chǎn)水電阻率持續(xù)下降很可能是進(jìn)水SiO2質(zhì)量濃度長(zhǎng)期超標(biāo)造成的，反滲透裝置的除硅效果已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值95%，甚至不到50%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2010年10月系統(tǒng)SiO2質(zhì)量濃度

由表1可知，EDI模塊進(jìn)水SiO2質(zhì)量濃度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值500 μg/L的技術(shù)指標(biāo)，所以說(shuō)，EDI模塊進(jìn)水SiO2質(zhì)量濃度長(zhǎng)期超標(biāo)對(duì)其本身有極大的影響，它會(huì)導(dǎo)致電阻率下降，甚至導(dǎo)致濃水室結(jié)垢，尤其是存在鎂離子的情況下更是如此。由于長(zhǎng)時(shí)間的影響，電阻率也一直下降，前期是緩慢下降，后期是急劇下降。2010年春節(jié)前，2套EDI產(chǎn)水電阻率都在11 MΩ以上，春節(jié)后#1 EDI產(chǎn)水電阻率在9 MΩ左右，#2 EDI產(chǎn)水電阻率在11 MΩ左右，尚能滿足生產(chǎn)需要。運(yùn)行幾天停運(yùn)后，再啟動(dòng)時(shí)電阻率突然降到2 MΩ左右，與專(zhuān)家交流后，對(duì)#2 EDI模塊增加電流至13.9 A、電壓460 V運(yùn)行5 d，又對(duì)#1EDI模塊增加電流至7.8 A、電壓289 V運(yùn)行5 d，系統(tǒng)進(jìn)行了多次調(diào)整，但效果不理想，產(chǎn)水電阻率沒(méi)有突破5 MΩ·cm。EDI模塊電阻率出現(xiàn)異常，開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)水電阻率較高，達(dá)到了16 MΩ·cm左右，運(yùn)行3～5 min后開(kāi)始下降，很快降到2～3 MΩ·cm，然后開(kāi)始緩慢上升，上升至4.5 MΩ·cm以后開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。由EDI模塊的工作原理可知，EDI模塊內(nèi)部樹(shù)脂是在運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)再生的，由于設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)(4年左右)，部分樹(shù)脂性能不可避免地會(huì)下降，從而造成EDI模塊產(chǎn)水水質(zhì)的下降(與投運(yùn)時(shí)比較)。當(dāng)EDI設(shè)備停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)(超過(guò)3 h)，部分性能下降，由于樹(shù)脂不再參與交換而只參與再生，造成工作交換容量下降，當(dāng)設(shè)備開(kāi)始啟動(dòng)后，EDI模塊內(nèi)部樹(shù)脂再生比較完全，所以，剛開(kāi)始啟動(dòng)后，產(chǎn)水水質(zhì)會(huì)維持在一個(gè)較高的水平。過(guò)一段時(shí)間后，由于樹(shù)脂工作交換容量的下降，參與交換的樹(shù)脂容量減少，不能夠滿足進(jìn)水中離子的容量，從而造成EDI模塊產(chǎn)水水質(zhì)的下降，一直下降到離子與樹(shù)脂交換的平衡狀態(tài)后，設(shè)備開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。由于工作交換容量和產(chǎn)品性能的下降，此時(shí)的產(chǎn)水電阻率比以前低很多。根據(jù)分析，由于進(jìn)水SiO2質(zhì)量濃度超標(biāo)，決定適當(dāng)延長(zhǎng)酸堿清洗時(shí)間。

3 清洗與再生

3.1 清洗前檢查

(1)清洗水泵進(jìn)、出口手動(dòng)閥已開(kāi)啟。

(2)EDI裝置處于手動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將整流器電源斷開(kāi)，斷開(kāi)電源前將輸出功率調(diào)至零位。

(3)EDI模塊清洗進(jìn)水、清洗回流手動(dòng)閥已開(kāi)啟。

(4)關(guān)閉EDI裝置產(chǎn)水閥、產(chǎn)水沖洗排放閥、極水排放閥、濃水排放閥、濃水循環(huán)泵進(jìn)口閥、濃水循環(huán)泵出口閥、濃水補(bǔ)水閥和濃水循環(huán)旁路閥，認(rèn)真檢查有關(guān)閥門(mén)是否嚴(yán)密，特別要檢查EDI產(chǎn)水閥關(guān)閉是否嚴(yán)密，防止清洗液竄入除鹽水箱而造成生產(chǎn)事故。

(5)在清洗模塊時(shí)，用水沖洗干凈有關(guān)清洗系統(tǒng)以免污染模塊。

(6)清洗所需試劑及儀器準(zhǔn)備并校正。

(7)所有設(shè)備、閥門(mén)及儀表正常。

(8)關(guān)閉廢水回收系統(tǒng)進(jìn)水閥，關(guān)閉廢水回收泵，開(kāi)啟化學(xué)清洗排污閥。

3.2 清洗步驟

(1)向清洗水箱內(nèi)注入2 500 L反滲透產(chǎn)水，在清洗水箱內(nèi)配制2500L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%的鹽酸溶液，最佳溫度為30～35℃。

(2)配完清洗藥劑后，用清洗水泵至清洗水箱的回水管做循環(huán)攪拌，將清洗藥劑混合均勻。

(3)攪拌均勻后，開(kāi)啟EDI裝置上相應(yīng)的清洗閥門(mén)，然后開(kāi)啟清洗水泵，在要求的清洗流量下進(jìn)行EDI裝置的循環(huán)清洗與浸泡，其流量為正常制水時(shí)的一半，循環(huán)清洗時(shí)間為40min，浸泡時(shí)間為30min。

(4)模塊污染嚴(yán)重時(shí)，在清洗的最初幾分鐘，清洗液可排至地溝，然后再循環(huán)。在一般情況下，清洗液可不排地溝，可直接循環(huán)。

(5)清洗結(jié)束后，排空清洗水箱和清洗泵。

(6)沖洗。

1)向清洗水箱內(nèi)注入一定量的反滲透產(chǎn)水。

2)開(kāi)啟清洗水泵，清洗流量一般為正常制水流量或一半流量沖洗，直至產(chǎn)水出口和濃水出口電導(dǎo)率不大于50 μS/cm即可。

(7)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的氯化鈉混合清洗。

1)向清洗水箱內(nèi)注入2 500 L反滲透產(chǎn)水，在清洗水箱內(nèi)配制2500L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的氯化鈉混合溶液，最佳溫度為30～35℃。

2)配完相應(yīng)的清洗藥劑后，采用清洗水泵至清洗水箱的回水管進(jìn)行循環(huán)攪拌，將清洗藥劑混合均勻。

3)攪拌均勻后，開(kāi)啟EDI組件上相應(yīng)的清洗閥門(mén)，然后開(kāi)啟清洗水泵，在要求的清洗流量下進(jìn)行EDI組件的循環(huán)清洗與浸泡，其流量一般為正常制水時(shí)的一半，循環(huán)清洗時(shí)間為60min，浸泡時(shí)間為30 min。

4)清洗結(jié)束后排空清洗水箱和清洗泵。

5)沖洗。

(8)再生。

1)沖洗結(jié)束后，啟動(dòng)EDI裝置升壓泵，進(jìn)水水質(zhì)一定要滿足模塊進(jìn)水要求，原則上要求小流量進(jìn)行再生，即淡水流量一般為正常流量的一半(每個(gè)模塊正常產(chǎn)水流量為3.4 m3/h)。為了保證生產(chǎn)制水和模塊的安全，以略大于正常流量進(jìn)行再生，再生花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。

2)設(shè)定濃水進(jìn)口壓力，使?jié)馑M(jìn)口壓力比淡水進(jìn)水壓力小0.03～0.06MPa，淡水壓力必須大于濃水壓力，這一點(diǎn)非常重要，只有這樣才能確保淡水通過(guò)膜進(jìn)入濃水室，如果沒(méi)有這個(gè)壓差，濃水室的壓力比淡水室高，若濃水進(jìn)入淡水室，產(chǎn)水水質(zhì)就會(huì)下降。

3)設(shè)定濃水排放流量，以得到需要的系統(tǒng)回收率，濃水排放流量取決于回收率、產(chǎn)品水流量和極水流量。而所需的回收率取決于進(jìn)水成分(即進(jìn)水水質(zhì))，已知回收率、產(chǎn)品水流量和極水流量，就可以確定濃水排放流量。

4)將極水出口流量調(diào)節(jié)為640 L/h。

5)啟動(dòng)整流器(設(shè)定手動(dòng))。

①逐步增加電流、電壓。電流對(duì)于模塊的運(yùn)行來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)比電壓重要，將整流器設(shè)為限流，整流器使模塊維持一定的電流，根據(jù)需要調(diào)整電壓，每個(gè)模塊的額定最大電壓為360 V，最大電流為4.5 A。

②啟動(dòng)加鹽泵，調(diào)整濃水電導(dǎo)率，濃水電導(dǎo)率的大小影響模塊電流的大小。

③當(dāng)產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到要求時(shí)，可增加淡水流量至設(shè)定值。為了保證一定的回收率，需要調(diào)節(jié)濃水排放量，流量改變之后，確定濃水和淡水的壓差符合要求并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，再生流量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 再生流量數(shù)據(jù)(2010年)

4 進(jìn)水硬度對(duì)EDI模塊的影響

限制進(jìn)水硬度對(duì)于防止EDI模塊結(jié)垢而言是必要的。在EDI模塊中有一個(gè)穩(wěn)定的OH－再生流量，能維持濃水一側(cè)的陰離子膜有一個(gè)較高的pH值，從而易形成鈣鎂碳酸鹽或氫氧化物的水垢。EDI模塊進(jìn)水中CaCO3的質(zhì)量濃度要求在1.0 mg/L以下，盡量使進(jìn)水中CaCO3的質(zhì)量濃度小于0.1mg/L，若進(jìn)水中CaCO3的質(zhì)量濃度大于0.1 mg/L，需要周期性清洗較頻繁且膜的物理和化學(xué)性能下降快。清洗周期與硬度的關(guān)系如圖2所示。

圖2 清洗周期與硬度的關(guān)系

5 結(jié)論與建議

(1)再生時(shí)整流器調(diào)整為手動(dòng)模式，輸出電壓從零緩慢開(kāi)始。調(diào)節(jié)電壓的同時(shí)觀察電流及產(chǎn)水電阻率，待產(chǎn)水電阻率達(dá)到5.00 MΩ·cm之前，一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)節(jié)電壓，濃水電導(dǎo)正常情況下維持在200～300 μS/cm。華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司EDI模塊結(jié)垢嚴(yán)重，當(dāng)把電壓和濃水電導(dǎo)率調(diào)低后，電阻上升趨勢(shì)較快，為了保證出水水質(zhì)，華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司進(jìn)行低電流、低濃水電導(dǎo)率運(yùn)行，產(chǎn)水電阻率達(dá)到15.00 MΩ·cm后，慢慢加大電流和濃水電導(dǎo)率。

(2)華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司對(duì)EDI模塊進(jìn)行化學(xué)清洗，后經(jīng)數(shù)天調(diào)整，現(xiàn)已恢復(fù)正常，#1，#2EDI產(chǎn)水電阻率分別恢復(fù)到18.26MΩ·cm和17.30 MΩ·cm，但產(chǎn)水量達(dá)到不到設(shè)計(jì)值25 t/h的指標(biāo)要求，作者判斷可能是離子交換膜損壞(如熱損壞和機(jī)械損壞等)。華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司再生時(shí)間達(dá)60～75 h出水電阻率才能達(dá)到15.00 MΩ·cm，后經(jīng)60～80 h才能達(dá)到最大值。

(3)再生時(shí)淡水壓力必須比濃水壓力大0.03～0.06 MPa，將極水出口流量調(diào)節(jié)為640 L/h。剛開(kāi)始時(shí)，低電流、低濃水電導(dǎo)率、低流量調(diào)節(jié)出水電阻率，待電阻率達(dá)到15.00 MΩ·cm后，先加大電流和濃水電導(dǎo)率，再慢慢調(diào)節(jié)。

(4)應(yīng)保證EDI模塊進(jìn)水水質(zhì)，尤其是進(jìn)水中CaCO3質(zhì)量濃度最好小于0.1 mg/L，硅的質(zhì)量濃度必須控制在 0.5 mg/L以下，當(dāng)原水全硅超過(guò)10.0 mg/L時(shí)，必須對(duì)原水進(jìn)行混凝除硅，pH值應(yīng)控制在8.0 ～9.0，除去進(jìn)水中 CO2，pH 值 ＞9.0 時(shí)在EDI模塊濃水室一側(cè)易形成Ca，Mg鹽類(lèi)水垢。

［1］鞏耀武，管柄軍.火力發(fā)電廠化學(xué)水處理實(shí)用技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.