簡(jiǎn)述電廠化學(xué)水處理技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

摘要：電廠的電力生產(chǎn)需消耗大量水資源，為確保水資源的合理應(yīng)用，在電廠用水之前，需對(duì)水資源進(jìn)行有效處理?，F(xiàn)對(duì)現(xiàn)代火力發(fā)電廠所用的化學(xué)水處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合電廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，著重對(duì)現(xiàn)代電廠的信息技術(shù)及系統(tǒng)控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，使得電廠化學(xué)水處理技術(shù)可與現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合，從而確保電廠的運(yùn)營(yíng)效率，保證供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電力生產(chǎn);化學(xué)水處理技術(shù);創(chuàng)新應(yīng)用;系統(tǒng)控制

0? ? 引言

近年來(lái)水處理技術(shù)取得了跨越式發(fā)展，重要標(biāo)志就是膜分離技術(shù)的大量應(yīng)用。膜分離技術(shù)用于水處理工程，工藝簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，環(huán)境友好，產(chǎn)品水質(zhì)量穩(wěn)定可靠，因而在創(chuàng)新應(yīng)用方面受到了普遍歡迎。這里主要介紹超濾膜及反滲透在電廠化學(xué)水處理方面的應(yīng)用。

1? ? 電廠化學(xué)水處理方式

在火電廠生產(chǎn)過(guò)程中，水擔(dān)負(fù)著傳遞能量和冷卻介質(zhì)的作用。除生活和消防等公用水外，生產(chǎn)方面主要用作鍋爐水和冷卻水。電廠發(fā)電過(guò)程中對(duì)使用的水資源進(jìn)行化學(xué)水處理的主要目的在于：有效去除水中雜質(zhì)（懸浮物、膠體、有機(jī)物、鹽類等），避免水中雜質(zhì)導(dǎo)致積鹽、結(jié)垢等現(xiàn)象，引發(fā)熱化反應(yīng)，影響鍋爐換熱效率，造成結(jié)焦、爆管等事故發(fā)生，進(jìn)而有助于提升機(jī)組應(yīng)用效率。電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循化學(xué)處理的原則，經(jīng)過(guò)預(yù)處理及多級(jí)除鹽的方式，完成電廠化學(xué)水處理。

1.1? ? 預(yù)處理方式

近年來(lái)，隨著水資源日益緊缺，污水處理廠的中水已逐步取代天然水成為電廠的綜合水源，本文所提及的電廠水資源屬于城市中水，通過(guò)水質(zhì)檢測(cè)可以得出，城市中水水質(zhì)不穩(wěn)定，膠體顆粒細(xì)小、含鹽量高、暫時(shí)硬度較高，并且含有大量的氨氮、磷酸鹽及微生物等能給水帶來(lái)污染的物質(zhì)。在發(fā)電廠發(fā)電過(guò)程中，如果水源未經(jīng)過(guò)特殊的化學(xué)處理就進(jìn)入鍋爐，會(huì)在發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生大量水垢，從而直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，必須增加預(yù)處理設(shè)備對(duì)中水進(jìn)行特殊的化學(xué)處理。

根據(jù)中水暫時(shí)硬度大、有機(jī)物含量高的特點(diǎn)，一般采用混凝、沉淀、過(guò)濾的處理方式進(jìn)行預(yù)處理，這里選用石灰處理方式通過(guò)機(jī)械攪拌澄清池降低水的暫時(shí)硬度，通過(guò)混凝劑的吸附作用去除水中的懸浮物、膠體，通過(guò)加入殺菌劑除去水中的微生物，再經(jīng)過(guò)沉淀、澄清和過(guò)濾工藝降低產(chǎn)水的濁度。這樣就可以將不穩(wěn)定的城市中水轉(zhuǎn)化成水質(zhì)穩(wěn)定的電廠生產(chǎn)用水源。

電廠對(duì)水源的預(yù)處理除混凝、沉淀、過(guò)濾外，為保證一級(jí)除鹽設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一般還需要增加微濾或超濾設(shè)備，由于超濾器出水水質(zhì)優(yōu)于微濾器，一般都選用超濾對(duì)預(yù)處理后的水進(jìn)行進(jìn)一步處理。超濾膜用于電廠反滲透預(yù)處理，以孔徑為0.005～1 μm的不對(duì)稱多孔性半透膜作為過(guò)濾介質(zhì)，在0.1～1.0 MPa的壓力推動(dòng)下，溶液中的溶劑、溶解鹽類和水分子透過(guò)膜，而各種懸浮顆粒、膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子等被截留，達(dá)到了凈化水的目的。和傳統(tǒng)的終端處理相比，超濾膜對(duì)膜材料和性能等方面均有不同的要求。超濾膜材料要求親水性、低污染、易恢復(fù)、孔分布較窄、能長(zhǎng)期維持穩(wěn)定的膜通量，特別是在原水水質(zhì)較差（城市中水）的情況下，要能保證出水水質(zhì)穩(wěn)定，不受原水水質(zhì)波動(dòng)的影響。還有一個(gè)重要指標(biāo)就是，反滲透裝置的進(jìn)水水質(zhì)要求於塞指數(shù)SDI<4，而超濾產(chǎn)水水質(zhì)通常SDI<2。

1.2? ? 一級(jí)除鹽的處理方式

化學(xué)水處理中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是一級(jí)除鹽，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，一級(jí)除鹽傳統(tǒng)上主要是通過(guò)離子交換器的方式進(jìn)行預(yù)處理。由于化學(xué)水處理中的預(yù)處理只可以使用化學(xué)加藥的方式來(lái)降低水的硬度，減少懸浮物，并不能清除水中的鹽類物質(zhì)，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要應(yīng)用強(qiáng)酸性的陽(yáng)離子及強(qiáng)堿性的陰離子交換器對(duì)天然水中的鹽類物質(zhì)進(jìn)行有效控制，從而將水中的鹽類去除，這也被稱作“一級(jí)除鹽方式”。具體而言，在整個(gè)除鹽系統(tǒng)中，水需要先進(jìn)入陽(yáng)離子交換器，經(jīng)過(guò)處理，將水中的碳氧化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳，經(jīng)過(guò)處理以后的二氧化碳會(huì)直接進(jìn)入到除碳設(shè)備中。最后，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)將除碳器打開，空氣進(jìn)入到除碳器中，二氧化碳會(huì)上浮，從而達(dá)到除碳的目的。剩余的水會(huì)繼續(xù)流入除碳器下方的水池，通過(guò)中間水泵再進(jìn)入到陰離子交換器，通過(guò)陰離子交換器完成整個(gè)交換過(guò)程，從而完成整個(gè)一級(jí)除鹽工作。

在膜技術(shù)取得突破性進(jìn)展后，一級(jí)除鹽由膜分離技術(shù)完全取代了離子交換技術(shù)，這就是膜分離法。膜法除鹽是指在某一推動(dòng)力作用下，利用特定膜的透過(guò)性能分離水中離子、分子或膠體，使水得以凈化。膜法除鹽在電廠水處理中的應(yīng)用以反滲透和電除鹽為主。

反滲透是一種新型水處理脫鹽技術(shù)，具有脫鹽率高（一般為90%以上），可減少酸堿用量，排水為濃鹽水，對(duì)環(huán)境污染小，操作簡(jiǎn)單，對(duì)原水水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，制水成本大幅降低等優(yōu)點(diǎn)。由于反滲透對(duì)總有機(jī)碳TOC有很好的去除率，因此，對(duì)于對(duì)鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)要求高的超臨界機(jī)組來(lái)說(shuō)，反滲透產(chǎn)水能優(yōu)于單一離子交換器產(chǎn)水滿足對(duì)TOC的要求。另外，反滲透對(duì)水中SiO2的脫除效果也非常好，去除率可達(dá)99.5%，有效避免了高參數(shù)發(fā)電機(jī)組隨壓力升高因SiO2選擇性攜帶所引起的硅垢，避免了城市中水中硅對(duì)離子交換樹脂所帶來(lái)的再生困難以及運(yùn)行周期短的影響。

因此，基于運(yùn)行成本和環(huán)保等綜合因素，現(xiàn)在火電廠一級(jí)除鹽方式大多選擇反滲透，并將反滲透產(chǎn)水作為二級(jí)除鹽裝置的進(jìn)水，以適應(yīng)參數(shù)越來(lái)越高的發(fā)電機(jī)組。

2? ? 分散控制結(jié)構(gòu)

硬件分散控制結(jié)構(gòu)：為了完成化學(xué)水處理工作，需將預(yù)處理與一級(jí)除鹽系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，為此可以進(jìn)行DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)層面，需在DCS的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控、控制管理以及日常運(yùn)營(yíng)管理。其中，過(guò)程控制管理主要是依靠I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)總線形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從而便于電力系統(tǒng)設(shè)備的對(duì)接;而控制管理則利用PLC與監(jiān)控技術(shù)結(jié)合，來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)過(guò)程的控制管理。可利用合理的硬件規(guī)劃對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，從而保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

軟件控制結(jié)構(gòu)：整個(gè)控制系統(tǒng)中，相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)需要依據(jù)控制方式及控制對(duì)象不同進(jìn)行分類。在電廠運(yùn)行過(guò)程中，其控制對(duì)象主要是操作員、工程師等。

3? ? 電廠化學(xué)水處理的相關(guān)控制方式

3.1? ? 對(duì)系統(tǒng)中過(guò)濾器進(jìn)行有效控制

在化學(xué)預(yù)處理中，增加過(guò)濾器可以有效降低水的濁度。目前，我國(guó)大多數(shù)電廠主要是使用單流式過(guò)濾器，一般水流會(huì)通過(guò)上部的水閥開關(guān)流入過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾再將水排出。如果過(guò)濾器產(chǎn)水水質(zhì)超標(biāo)，需要對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行多次反洗。除此之外，還可以通過(guò)空氣擦洗與水反洗相結(jié)合的方式進(jìn)行混合清洗，在實(shí)施空氣擦洗時(shí)，需嚴(yán)格控制擦洗時(shí)間和壓力，以保證反洗效果。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線獲取備用機(jī)位的狀態(tài)，另外需要按照有關(guān)要求對(duì)閥門開關(guān)進(jìn)行閉合，通過(guò)產(chǎn)水在線濁度儀的示數(shù)，反饋指令到預(yù)先設(shè)定好的反洗邏輯中，來(lái)完成過(guò)濾器的自動(dòng)反洗控制。

3.2? ? 一級(jí)除鹽的有效控制

一級(jí)除鹽的控制方法主要有兩種，即單元制及母管制。如果系統(tǒng)處于正常運(yùn)行中，某一設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題，需將設(shè)備重新啟動(dòng)，就要用到單元制的方法進(jìn)行有效控制。母管制指的是發(fā)電系統(tǒng)中某一設(shè)備損毀，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)，此時(shí)投運(yùn)備用設(shè)備，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。在一級(jí)除鹽系統(tǒng)中，需要綜合運(yùn)用上述兩種控制方式，從而保證設(shè)備的穩(wěn)定性。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，化學(xué)水處理是整個(gè)電廠電力生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，通過(guò)新技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的創(chuàng)新，將信息技術(shù)與系統(tǒng)控制措施有效結(jié)合，可以提高系統(tǒng)的處理效率，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

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收稿日期：2020-04-08

作者簡(jiǎn)介：馬小原（1988—），男，山西廣靈人，助理工程師，研究方向：電廠化學(xué)水處理。