反滲透技術在電站鍋爐水處理中的工程應用

佟得吉

（中國特種設備檢測研究院，北京 100029）

近年來，我國工業(yè)發(fā)展速度較快，加大了電力需求，除了風能、太陽能等可再生能源應用開發(fā)以外，煤炭等資源是電能開發(fā)的主要能源，構建了較多電廠[1]。煤炭資源能量較大，可以滿足大部分地區(qū)用電需求，所以我國以煤炭資源作為電能開發(fā)的主要資源[2]。然而，這種開發(fā)方式需要借助鍋爐燃燒，對鍋爐水質(zhì)要求較高，如何處理電站鍋爐水成為重點研究問題，本文將對此展開研究。

一、反滲透處理工藝

反滲透技術是一種借助過濾器、水箱、水泵等裝置對原水進行高效處理的綜合技術，多用于水質(zhì)改善處理。本文將選取此項技術作為鍋爐水質(zhì)處理核心技術，如圖1所示。

向生水箱中注入原水，開啟生水泵，添加絮凝劑，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器處理，利用阻垢劑阻止鍋爐水生成水垢，將經(jīng)過處理后的鍋爐投放到保安過濾器中，開啟高壓泵，經(jīng)過清洗處理，除碳，鍋爐水流至中間水箱，開啟中間水泵，借助混床，連接再生裝置和除鹽水箱，開啟除鹽水泵，生成用戶用水[3]。在此過程中，利用羅茨風機去除空氣罐中雜質(zhì)，構建再生裝置，此裝置將作為混床及多介質(zhì)過濾器輔助器具，完成鍋爐水質(zhì)處理。

圖1 反滲透處理工藝流程圖

二、基于反滲透技術的系統(tǒng)設計

本文將利用反滲透處理工藝，將多器具集中起來，構建一套鍋爐水質(zhì)處理系統(tǒng)，以此消除鍋爐水中雜質(zhì)，經(jīng)過一系列處理，得到用戶用水，達到提高水資源利用率的目的。

（一）系統(tǒng)組成及原理

本系統(tǒng)由多介質(zhì)過濾器、添加混凝劑裝置、添加阻垢劑控制機制、保安過濾器、反滲透裝置、反滲透化學清洗機制、除二氧化碳器具、混床裝置、再生裝置九部分組成。

系統(tǒng)工作原理：利用混凝劑及多介質(zhì)過濾器去除鍋爐水中雜質(zhì)，通過添加阻垢劑控制鍋爐水狀態(tài)，避免水中生成水垢，經(jīng)過保安過濾器及反滲透化學清洗機制清洗濾除，去除鍋爐水中碳，在混床裝置、再生裝置作用下，濾除水中鹽，得到水質(zhì)干凈的用戶用水。

（二）系統(tǒng)詳細設計

1.多介質(zhì)過濾器

該裝置主要用于去除原水中顆粒性雜質(zhì)，例如膠體、懸浮物等[4]。其中，無煙煤和石英砂是過濾器的核心成分，具有良好的濾除顆粒性雜質(zhì)的作用。經(jīng)過此裝置處理后的原水渾濁度有所降低，出水SDI低于3，符合反滲透進水處理要求。

2.添加混凝劑裝置

聚合氯化鋁是此裝置的核心部分，不僅沉降速度快、工作效率高，而且不容易受到其他因素影響，具有較好的穩(wěn)定性。在水質(zhì)處理應用中，能夠有效吸附顆粒物質(zhì)，濾除懸浮物[5]。

3.添加阻垢劑控制機制

系統(tǒng)下達壓力驅(qū)動命令后，反滲透脫鹽裝置將純水與溶解性鹽分離開來，在水中形成物質(zhì)分割界限，便于鹽水分離。濃水端容易形成水垢，所以向其中添加阻垢劑，延緩易結垢時間，為后續(xù)處理贏得更多時間，在物質(zhì)結垢前去除鹽，得到純凈用水。

4.保安過濾器

該裝置又稱精濾器，利用此裝置再次濾除原水中的懸浮物、膠體、顆粒等雜質(zhì)，為反滲透膜與高壓泵等裝置提供安全運行環(huán)境，降低外界因素干擾，延長使用壽命[6]。

5.反滲透裝置

本系統(tǒng)選取BW30-400/CPA3反滲透膜構建反滲透裝置，在PLC控制下驅(qū)動運行。在實際應用中，為了便于操作，添加自動控制閥，用來操控反滲透裝置啟停。運行期間，裝置自動產(chǎn)水沖洗，無需使用時，將其浸泡于淡水中，保養(yǎng)滲透膜。

6.反滲透化學清洗機制

為了延長滲透裝置使用壽命，本系統(tǒng)添加了清洗機制，定期清洗反滲透裝置。該機制由五部分組成，包括管件、儀表、過濾器、清洗水泵、清洗水箱[7]。

7.除二氧化碳器具

按照水質(zhì)處理要求，水中二氧化碳含量不得高于5mg/L。由于反滲透膜在氣體濾除方面性能較低，為了達到水質(zhì)氣體處理標準，本系統(tǒng)利用二氧化碳專屬濾除器加以處理，以此降低陰離子交換樹脂負荷，使其達到預期處理目標。

8.混床裝置

該裝置在系統(tǒng)中起到陰離子與陽離子交換作用，通過設置水質(zhì)硬度，借助混床處理，控制水質(zhì)陰離子與陽離子分布狀態(tài)，從而達到控制水質(zhì)電導率的目的，生成硬度達標的用水。

9.再生裝置

再生裝置是對原水濃度及流量進行調(diào)節(jié)的輔助裝置，利用酸霧吸收器、酸堿噴射器、酸堿儲蓄罐等裝置控制再生液，使得濃度及流量在某一區(qū)間范圍內(nèi)恒定。

三、系統(tǒng)在電站鍋爐水處理中的應用研究

本文將水質(zhì)處理系統(tǒng)應用到華能長春熱電廠鍋爐水處理工程中進行探究，通過觀察水處理效果，驗證系統(tǒng)開發(fā)方案的可靠性。

（一）工程簡介

華能長春熱電廠鍋爐水處理工程是對電站鍋爐水雜質(zhì)及水垢等進行處理，得到達標用水的水質(zhì)處理工程。此工程水處理500m3/日，水質(zhì)要求較高，傳統(tǒng)的水質(zhì)處理方式無法滿足。本文將應用反滲透系統(tǒng)，通過污垢濾除等一系列處理，凈化水源，使得水質(zhì)各項指標達到標準。

（二）預處理

取PH為6.9～7.1的鍋爐水原水，控制水溫范圍在20～25℃。利用多介質(zhì)過濾器和絮凝劑加藥裝置組建預處理裝置。利用此裝置對鍋爐水采取預處理，濾除顆粒狀雜質(zhì)，經(jīng)過多次連續(xù)沖洗，降低水濁度。

本次實踐應用實驗，對系統(tǒng)預處理裝置進行測試，經(jīng)過60天的測試觀察，裝置過濾強度滿足處理需求，反洗強度為14L/（s·m2）。對于氣體的反洗，強度達到了17L/（s·m2），膨脹高度大約為50%，具有較高過濾性能。

（三）電站鍋爐水處理

將經(jīng)過預處理后的反滲透系統(tǒng)搭建于電站鍋爐水處理環(huán)境中，設置反滲透膜元件通量為22.4L/（s·m2），出水與進水壓差為0.1MPa，阻垢劑添加量為4mg/L，運行水質(zhì)處理系統(tǒng)5天，對電站鍋爐水進行處理，結果如表1所示。

通過觀察表1中的數(shù)據(jù)可知，在反滲透系統(tǒng)控制下，鍋爐水脫鹽率在97.5%以上，滿足鍋爐水處理要求。

（四）工程效益分析

本文設計的鍋爐水處理系統(tǒng)成本為3.52元/m3。其中，折舊費1.90元 /m3，藥劑費0.22元 /m3，人工費0.41元/m3，電費0.99元/m3。在整個工程水質(zhì)處理中，系統(tǒng)損耗電量費用和設備折舊費用較高，減少了藥劑使用量，按照日處理鍋爐水500m3計算，日耗費用1760元。而傳統(tǒng)鍋爐水處理裝置日耗費用在2000元以上，并且污水處理超標情況頻繁出現(xiàn)，不利于環(huán)境保護。所以，無論是費用消耗，還是環(huán)境保護，本文設計的反滲透系統(tǒng)優(yōu)勢更大一些，符合電站鍋爐水處理要求。

四、總結

本文圍繞電站鍋爐水質(zhì)處理問題展開研究，基于反滲透工藝原理，構建反滲透水質(zhì)處理系統(tǒng)。以華能長春熱電廠鍋爐水處理工程為例，經(jīng)過預處理后投入使用。應用結果表明，鍋爐水脫鹽率在97.5%以上，可以有效去除鍋爐水中的雜質(zhì)，生成用戶用水。與傳統(tǒng)鍋爐水處理裝置相比，反滲透系統(tǒng)裝置成本更低，對提高企業(yè)經(jīng)濟效益有所幫助。

表1 反滲透系統(tǒng)鍋爐水處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計表