超濾裝置在火電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳雪茹 魚鳳萍

（寧夏電投西夏熱電有限公司 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750027）

寧夏電投西夏熱電二期2×350MW 擴(kuò)建項(xiàng)目，鍋爐設(shè)計(jì)為超臨界直流鍋爐，鍋爐水質(zhì)要求高于一期系統(tǒng)，因此鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際水源、二期項(xiàng)目鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)、水量等要求，依托一期現(xiàn)有條件進(jìn)行了整體增容擴(kuò)建，在原有的多介質(zhì)過濾器、反滲透裝置、離子交換器三級(jí)水處理的基礎(chǔ)上，新增了超濾裝置。其中超濾裝置作為鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的一級(jí)水處理設(shè)備，主要去除水中的膠體，保證反滲透裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，為生產(chǎn)成品水提供品質(zhì)保障。本文主要對(duì)鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中增容改造后的主要處理設(shè)備——超濾裝置進(jìn)行應(yīng)用分析。

寧夏電投西夏熱電有限公司規(guī)劃總?cè)萘繛?100MW，一期容量2×200MW，于2008年投產(chǎn)；二期容量2×350MW，于2018年投產(chǎn)。本項(xiàng)目供熱部分主要是給銀川市民用供熱，其中一期供熱面積895萬m2、二期供熱面積1642 萬m2，近兩年，通過低壓缸切缸改造、電鍋爐等技術(shù)改造，總供熱面積已增加至3300 多萬m2，為地方民生和環(huán)保做出了突出貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目一期設(shè)計(jì)2×670t/h 鍋爐，二期設(shè)計(jì)2×1100t/h 鍋爐，項(xiàng)目設(shè)計(jì)主水源為達(dá)力（銀川）污水處理有限公司第三污水處理廠的中水。一、二期熱網(wǎng)補(bǔ)給水量81～162.1m3/h，一、二期機(jī)組正常運(yùn)行水汽損失約為86 m3/h。

1 超濾工作原理及特點(diǎn)

1.1 超濾裝置工作原理

超濾裝置又稱超過濾（簡(jiǎn)稱UF），是一種與膜孔徑相關(guān)的篩分過程，它的驅(qū)動(dòng)力是膜兩側(cè)的壓力，將超濾膜作為過濾介質(zhì)。超濾膜表面密布有許多細(xì)小的微孔，在一定壓力下，當(dāng)原液流過其表面時(shí)，由于水及小分子物質(zhì)的孔徑小于微孔孔徑，因此水及小分子物質(zhì)穿過微孔成為透過液，其他大于微孔孔徑的物質(zhì)則停留在膜的進(jìn)側(cè)液成為濃溶液，因此達(dá)到對(duì)原液的凈化、分離和濃縮的目的。

1.2 超濾技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的水處理工藝具有運(yùn)行周期短，成本高，操作復(fù)雜等的缺點(diǎn)，而且在處理過程產(chǎn)生廢酸堿對(duì)環(huán)境造成較大的污染，因此火電廠的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性在傳統(tǒng)的水處理工藝中實(shí)現(xiàn)有一定的難度。與傳統(tǒng)分離方法相比，超濾技術(shù)具有設(shè)備占地面積小，處理水量大，處理后水質(zhì)優(yōu)良，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低廉，環(huán)保等特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

（1）濾過程在常溫下可完成，對(duì)原液中的成分無破壞，適合處理熱敏感的物質(zhì)。

（2）濾過程節(jié)能環(huán)保，能耗低，在處理過程中無需加熱，無需添加化學(xué)試劑、無污染，且原液中的物質(zhì)不會(huì)發(fā)生相變化。

（3）濾技術(shù)分離效率高，能夠有效回收稀溶液中微量成分，濃縮低濃度溶液。

（4）超濾過程中膜分離的動(dòng)力僅來自壓力，因此分離裝置簡(jiǎn)單、流程短、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護(hù)。

（5）超濾法存在一定的局限性，干粉制劑不能直接得到。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50%的濃度。

1.3 增加二期項(xiàng)目后化水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1：化水處理系統(tǒng)示意圖

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的補(bǔ)水主要是鍋爐補(bǔ)水和熱網(wǎng)補(bǔ)水，其中機(jī)組補(bǔ)水為除鹽水，熱網(wǎng)補(bǔ)水采用反滲透出水。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和補(bǔ)水量測(cè)算，為保證反滲透進(jìn)水SDI 要求，采用浸沒式超濾裝置代替多介質(zhì)過濾器，鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)新增4 套105m3/h 浸沒式超濾裝置和1 套出力為70m3/h 的反滲透系統(tǒng)。供暖期間，在熱網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下，超濾、反滲透設(shè)一套備用，同時(shí)系統(tǒng)滿足4 套超濾以及反滲透設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力，滿足機(jī)組以及熱網(wǎng)最大補(bǔ)水量的要求。

1.4 工藝流程

二期擴(kuò)建鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)改造預(yù)留了一期2 號(hào)和3 號(hào)多介質(zhì)過濾器，增加了4 套超濾裝置，改造后工藝流程為：循環(huán)排污水（地下水）→生水箱→超濾給水泵→自清洗過濾器→浸沒式超濾裝置→清水箱→清水泵→保安過濾器→高壓水泵→反滲透→除碳器→淡水箱→淡水泵→逆流再生陽離子交換器→逆流再生陰離子交換器→混床→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。如圖1 所示。

2 超濾工藝分析

2.1 自清洗過濾器

本套系統(tǒng)在超濾進(jìn)水前，增加濾網(wǎng)式自清洗過濾器，它可以將原水中體積較大的物質(zhì)如顆粒性雜志和懸浮物截留去除，使得超濾膜絲不被劃傷或造成破損，保證了超濾進(jìn)水的安全。在處理系統(tǒng)中每套超濾裝置前配置一臺(tái)自清洗過濾器，每臺(tái)過濾器設(shè)備出力為105m3/h，過濾精度為100μ。該出力同時(shí)滿足后續(xù)超濾用水和過濾器反洗自用水量之和的要求。

濾網(wǎng)式自清洗過濾器為精確過濾，水中體積較大的顆粒性雜質(zhì)被截留，在清洗過程中運(yùn)行壓差或時(shí)間控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行反洗，使原有性能恢復(fù)；在反洗過程中水不斷流，仍然使系統(tǒng)的連續(xù)性得到保證。

2.2 超濾步序

新增加的四套超濾裝置并列運(yùn)行，超濾裝置啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入產(chǎn)水流程，每次產(chǎn)水結(jié)束后進(jìn)行一次反洗，當(dāng)反洗次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時(shí)，在產(chǎn)水流程結(jié)束后直接進(jìn)入維護(hù)清洗流程?；瘜W(xué)清洗是恢復(fù)膜通量的有效手段。維護(hù)性化學(xué)清洗流程分為酸清洗和堿清洗，清洗頻率根據(jù)水質(zhì)，或具體運(yùn)行情況來確定，通常每運(yùn)行40 個(gè)周期進(jìn)行一次氧化劑清洗，每一個(gè)月進(jìn)行一次檸檬酸清洗。

2.3 超濾給水泵控制

超濾給水泵采用變頻控制，兩用一備，一臺(tái)超濾給水泵對(duì)應(yīng)兩臺(tái)超濾裝置。根據(jù)超濾裝置運(yùn)行數(shù)量增加或減少投運(yùn)的超濾給水泵頻率，在投運(yùn)超濾裝置前，根據(jù)投運(yùn)超濾裝置數(shù)量先選擇需要投運(yùn)的超濾給水泵，并設(shè)置其中一臺(tái)為備用泵，再點(diǎn)擊超濾啟動(dòng)。在運(yùn)行過程中投運(yùn)的超濾水泵出現(xiàn)故障，備用超濾給水泵啟動(dòng)。當(dāng)一套超濾裝置運(yùn)行時(shí)，投運(yùn)一臺(tái)超濾給水泵，頻率設(shè)置為25Hz，當(dāng)二套超濾裝置運(yùn)行時(shí)，投運(yùn)一臺(tái)超濾給水泵，頻率設(shè)置為45Hz，當(dāng)三套超濾裝置運(yùn)行時(shí)，投運(yùn)兩臺(tái)超濾給水泵，并將后投入的給水泵頻率設(shè)置為25Hz，當(dāng)四套超濾裝置運(yùn)行時(shí)，投運(yùn)兩臺(tái)超濾給水泵，并將后投入的給水泵頻率設(shè)置為45Hz。

2.4 超濾產(chǎn)水泵控制

超濾產(chǎn)水泵采用變頻控制，一臺(tái)超濾對(duì)應(yīng)一臺(tái)產(chǎn)水泵，運(yùn)行過程中根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整超濾產(chǎn)水泵的頻率，頻率最大可設(shè)置為40Hz，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)水量可達(dá)到105t/h。在產(chǎn)水流程中，超濾產(chǎn)水泵受超濾膜池液位連鎖控制，當(dāng)超濾膜池液位低于L 時(shí)，超濾產(chǎn)水泵自動(dòng)停運(yùn)。

3 控制系統(tǒng)應(yīng)用說明

本項(xiàng)目一期鍋爐補(bǔ)給水控制系統(tǒng)采用羅克韋爾公司的RSlogix系列PLC 控制系統(tǒng)，因此從系統(tǒng)兼容及設(shè)備維護(hù)便利的角度考慮,二期繼續(xù)采用羅克韋爾公司的RSlogix 系列PLC 產(chǎn)品。

3.1 PLC系統(tǒng)硬件配置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)建設(shè)備I/O 點(diǎn)數(shù)和控制要求，配置PLC 控制系統(tǒng)的硬件，在原系統(tǒng)電子間配置三面遠(yuǎn)程I/O 柜，通過羅克韋爾ControlNet 網(wǎng)絡(luò)接入原PLC 控制系統(tǒng)中。超濾裝置順序控制邏輯在原PLC系統(tǒng)控制器中設(shè)計(jì)編寫，硬件配置上考慮到后期設(shè)備的增加，預(yù)留了15%的I/O 余量，超濾裝置閥門狀態(tài)反饋和指令均通過開關(guān)量輸入輸出模塊采集至PLC 控制系統(tǒng)，超濾給水泵采用變頻控制，通過模擬量模塊采集控制給水泵頻率。

3.2 PLC系統(tǒng)軟件配置

在RSlogix5000 編程軟件中設(shè)計(jì)編寫超濾裝置順序控制邏輯，超濾裝置分為制水和維護(hù)清洗兩個(gè)順控邏輯步序，維護(hù)清洗分為酸清洗和堿清洗步序。在IFIX 監(jiān)控組態(tài)軟件中設(shè)計(jì)制作超濾裝置監(jiān)控操作畫面，點(diǎn)擊每套超濾裝置的名稱“#號(hào)超濾”彈出該超濾裝置的順控操作畫面如圖2 所示，上部顯示超濾裝置名稱，左側(cè)顯示順控步序（制水或維護(hù)清洗），每個(gè)步序的時(shí)間可以點(diǎn)擊時(shí)間窗口設(shè)置，當(dāng)順控進(jìn)行到該步序時(shí)該步序變成紅色右側(cè)上部顯示操作按鈕，右側(cè)下部顯示順控每個(gè)步序執(zhí)行時(shí)間，當(dāng)順控啟動(dòng)后，每一步設(shè)置時(shí)間在此進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。

4 超濾運(yùn)行的常見問題

4.1 自清洗過濾器的運(yùn)行維護(hù)

水源突然惡化對(duì)超濾運(yùn)行影響極大，因此需保證自清洗過濾設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際運(yùn)行過程中當(dāng)自清洗過濾器壓差過大，自動(dòng)、手動(dòng)反洗都無法降低壓差時(shí)，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系檢修對(duì)自清洗顧慮器進(jìn)行拆卸清洗，防止對(duì)膜組件不可挽回的損傷。

4.2 超濾膜組件的運(yùn)行維護(hù)

（1）超濾膜組件的質(zhì)量好壞直接影響水處理系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在高強(qiáng)度的清洗條件中膜組件需具有優(yōu)良的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，才能保證斷絲率在高強(qiáng)度的反洗和曝氣沖刷中極小，壓力損失小并且清洗方便。

（2）當(dāng)超濾膜絲由于操作或保存的因素而意外造成的干燥失水，會(huì)導(dǎo)致膜孔塌陷、閉塞，這種損失不可恢復(fù)且無法修復(fù)，使得膜完全報(bào)廢，所以在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)超濾維護(hù)清洗后，膜池處于排空狀態(tài)，操作人員要及時(shí)注水，防止膜絲長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中。

（3）當(dāng)超濾裝置不可避免的需要停運(yùn)時(shí)，需對(duì)膜及系統(tǒng)進(jìn)行停運(yùn)保護(hù)，同時(shí)對(duì)超濾組件進(jìn)行充分清洗，這可以保障設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.3 超濾自動(dòng)化運(yùn)行過程中的問題及處理

（1）超濾設(shè)備的自動(dòng)化水平高，系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)要科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。超濾運(yùn)行及反沖洗交替運(yùn)行時(shí)間需合理設(shè)置，每個(gè)步驟需要的控制時(shí)間根據(jù)水質(zhì)進(jìn)行靈活調(diào)整，投運(yùn)步驟的閉鎖條件需根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，進(jìn)而設(shè)備的自動(dòng)投入率可得到提高。

（2）液位L 的設(shè)置。在調(diào)試過程中，L 的設(shè)置應(yīng)高于膜絲的實(shí)際安裝高度。在超濾產(chǎn)水流程的下降過濾步序，若超濾膜池液位低于膜絲高度，膜絲暴露在空氣中使得產(chǎn)水泵進(jìn)氣，產(chǎn)水量下降造成程序無法進(jìn)行，影響正常運(yùn)行。

（3）維護(hù)清洗后啟動(dòng)制水流程，常出現(xiàn)超濾產(chǎn)水泵出現(xiàn)產(chǎn)水量不足的現(xiàn)象。經(jīng)分析得知是超濾產(chǎn)水泵進(jìn)氣所導(dǎo)致，因此每次對(duì)超濾維護(hù)清洗后都需對(duì)產(chǎn)水泵進(jìn)行排氣。

（4）根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，二期項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段從節(jié)水方面進(jìn)行了論證分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，同時(shí)設(shè)計(jì)了城市中水（循環(huán)水排水）做為備用水源（實(shí)際未應(yīng)用）。如果下階段，公司啟用城市中水做為備用水源，就需要在處理工藝中增加預(yù)處理設(shè)備，城市中水先通過預(yù)處理設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理，使水質(zhì)達(dá)到超濾設(shè)備要求的入口水質(zhì)，然后再通過超濾裝置進(jìn)行處理。

5 小結(jié)

在本項(xiàng)目二期擴(kuò)建工作中，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)于2016年先期進(jìn)行了安裝、調(diào)試、試運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行以來，超濾裝置正常穩(wěn)定，出口水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求，控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、易于操作和掌握。超濾裝置可以對(duì)大量水進(jìn)行處理且處理后的水質(zhì)優(yōu)良，它具有占地面積小、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，給火電廠鍋爐補(bǔ)給水處理工藝路線提供了很好的支持。