發(fā)電廠超濾系統(tǒng)異常現(xiàn)象原因分析及改進(jìn)

浙江浙能長興天然氣熱電有限公司 王立剛 袁俊杰 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院 馮禮奎

火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水需提供優(yōu)質(zhì)除鹽水以保證機(jī)組安全運(yùn)行，越來越多的電廠采用機(jī)械過濾+超濾+反滲透系統(tǒng)作為鍋爐補(bǔ)給水預(yù)脫鹽的處理工序。超濾是一種膜分離技術(shù)，在一定的壓力下，水、無機(jī)鹽和小分子物質(zhì)能夠穿過一定孔徑的過濾膜，而懸浮物、大分子和膠體物質(zhì)、細(xì)菌和微生物等雜質(zhì)被截留，從而達(dá)到過濾效果。在超濾+反滲透系統(tǒng)中，超濾裝置的穩(wěn)定可靠運(yùn)行是維持反滲透膜長期穩(wěn)定運(yùn)行、避免反滲透膜污堵的前提和保障。

由于超濾過濾精度為0.002～0.1μm，如果原水中有大顆粒物質(zhì)或者機(jī)械顆粒就會堵塞超濾孔眼，從而加大跨膜壓差，甚至?xí)p壞超濾膜，因此超濾系統(tǒng)一般會設(shè)有前置過濾器，如雙層濾料過濾器、活性炭過濾器、盤濾、自清洗過濾器等，其中自清洗過濾器不需外接任何能源就可以自動清洗排污，其優(yōu)點(diǎn)主要有：利用水壓自我清洗、清洗時間短、清洗過濾損失水量?。ㄖ徽籍a(chǎn)水量的0.08～0.6%），過濾精度可達(dá)10～3000μm，工作壓力可達(dá)1.0～1.6MPa，單臺流量4～4160m3/h，可滿足超濾膜裝置進(jìn)水需求。

1 系統(tǒng)概況及存在的問題及分析

設(shè)備參數(shù)：某電廠為2×435MW 天然氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，其鍋爐補(bǔ)給水處理工藝采用高密度沉淀池和V 型濾池預(yù)處理+超濾和反滲透膜處理+一級除鹽和混床的離子交換處理的運(yùn)行方式。超濾系統(tǒng)設(shè)計出力為4×176m3/h（15℃），其中超濾膜元件采用荷蘭Norit 內(nèi)壓式中空纖維膜，工作壓力為0.3MPa，每一列超濾裝置前串聯(lián)配置一套自清洗過濾器。自清洗過濾器采用以色列ARKAL疊片式過濾器，每套3只濾頭、每只濾頭由5組疊片式濾元組成過濾精度100μm，殼體設(shè)計壓力0.45MPa[1]。另外，自清洗過濾器濾頭進(jìn)水三通閥采用以色列多諾特型號為58P 的反沖洗閥，該閥門為隔膜密封式閥門，標(biāo)準(zhǔn)工作壓力為0.2～1.0MPa。

系統(tǒng)流程：超濾系統(tǒng)采用全自動程控運(yùn)行方式，每運(yùn)行30min 進(jìn)行常規(guī)反洗1次，反洗14個周期進(jìn)行一次加強(qiáng)反洗。具體順控步序為：系統(tǒng)備用→（產(chǎn)水→常規(guī)反洗）×14個周期→產(chǎn)水→加強(qiáng)反洗1（NaOH+NaClO）→（產(chǎn)水→常規(guī)反洗）×14個周期→產(chǎn)水→加強(qiáng)反洗2（HCl）。正常情況下，超濾膜裝置一直按以上步驟重復(fù)進(jìn)行運(yùn)行（圖1）。當(dāng)超濾膜裝置進(jìn)行常規(guī)反洗時，超濾膜裝置進(jìn)口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉（即自清洗過濾器出水通道關(guān)閉），此時自清洗過濾器按照程序控制同時進(jìn)行反沖洗，每只濾頭設(shè)置沖洗時間20s，三只共計60s；當(dāng)超濾膜裝置加強(qiáng)反洗時化學(xué)水泵設(shè)置連鎖停運(yùn)，自清洗過濾器不進(jìn)行反沖洗。

圖1 超濾系統(tǒng)工藝流程圖

產(chǎn)生水錘沖擊：超濾系統(tǒng)在常規(guī)反洗時，程序設(shè)定本體反沖洗時間為60s，自清洗過濾器反沖洗時間同樣為60s，查閱超濾系統(tǒng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可看出，在反沖洗運(yùn)行過程中，超濾本體沖洗60s 為反洗水泵運(yùn)行時間，而超濾裝置進(jìn)水調(diào)節(jié)閥的隔斷，即從關(guān)閉到打開需要的實(shí)際時間約115s，遠(yuǎn)大于自清洗過濾器的反沖洗時間，當(dāng)自清洗過濾器反沖洗結(jié)束時，超濾裝置進(jìn)水調(diào)節(jié)閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)。因此存在只有一套超濾裝置運(yùn)行時，在常規(guī)反洗狀態(tài)下，自清洗過濾器反沖洗結(jié)束時超濾本體裝置仍在反沖洗中，超濾裝置進(jìn)口調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。在此期間，化學(xué)清水泵至自清洗過濾器的管道及設(shè)備產(chǎn)生憋壓的情況；當(dāng)超濾裝置進(jìn)口調(diào)節(jié)閥打開的瞬間，出現(xiàn)如圖2所示的流量和壓力劇烈波動的異常情況，容易發(fā)生水錘沖擊[2]，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

自清洗過濾器振動：該廠超濾自清洗過濾器在投運(yùn)初期運(yùn)行及反洗過程一切正常，運(yùn)行一段時間后進(jìn)水三通閥在切換至反洗模式時，瞬間會產(chǎn)生持續(xù)的、劇烈的震動，導(dǎo)致管路連接處出現(xiàn)裂紋裂縫、連接處產(chǎn)生滲漏的情況。自清洗過濾器進(jìn)水三通隔膜閥是自清洗過濾器的重要部件之一，其的工作原理為：在過濾模式下（圖3），控制器發(fā)出控制腔泄壓指令，控制腔內(nèi)的壓縮空氣排空，反沖洗閥內(nèi)部介質(zhì)壓力頂起隔膜，左右水路相通，壓力為0.2～0.3MPa，此時排污口處于關(guān)閉狀態(tài)；在反沖洗模式下（圖4），三只三通閥其中一只控制器發(fā)出控制腔加壓指令，控制腔內(nèi)充入壓縮空氣使隔膜下壓，切斷左右通路，而排污口開啟，此時由另外兩只濾頭出水為這一只反沖洗狀態(tài)的濾頭提供反沖洗進(jìn)水，由排污口排出過濾器濾頭內(nèi)的雜質(zhì)。

圖3 自清洗過濾器過濾模式下側(cè)視圖

圖4 自清洗過濾器反沖洗模式下側(cè)視圖

反洗排水池排水泵結(jié)垢：超濾系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后發(fā)現(xiàn)超濾反洗排水池排水泵出力明顯降低，檢修解體檢查發(fā)現(xiàn)水泵及管道存在嚴(yán)重結(jié)垢情況。結(jié)合垢樣及水質(zhì)的分析結(jié)果，判定為碳酸鈣和碳酸鎂垢[3]。通過超濾系統(tǒng)加強(qiáng)反洗的歷史記錄得出，7月份加堿反洗次數(shù)為88次，加酸次數(shù)為45次，8月份加堿次數(shù)為98次，加酸57次，兩個月堿和酸的加入總量分別11.55m3和5.42m3。查閱運(yùn)行控制邏輯發(fā)現(xiàn)，超濾系統(tǒng)邏輯設(shè)置每14個周期堿洗和酸洗切換運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)停運(yùn)再次啟動后默認(rèn)下一次加強(qiáng)反洗由堿洗開始，因制水量較小的原因超濾系統(tǒng)經(jīng)常性啟停，發(fā)生未運(yùn)行至酸洗步驟系統(tǒng)已停運(yùn)，待下次啟動運(yùn)行至加強(qiáng)反洗時仍為堿洗（本應(yīng)酸洗）。最終導(dǎo)致堿加入量大于酸加入量，反洗排水池pH 值檢測最高值達(dá)到10以上，平均值為9.8（圖6）。較高的非碳酸鹽堿度導(dǎo)致空氣中的CO2大量溶于水中并轉(zhuǎn)換為碳酸根，使水中碳酸鈣超過它的溶解度以過飽和的狀態(tài)存在于水中，又因為排水泵運(yùn)行期間水溫上升、碳酸鈣溶解度降低，逐漸在泵體及出口管道沉積。

2 改進(jìn)措施

針對超濾系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在的管道憋壓、反洗排水泵結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)合上述原因分析，制定以下改進(jìn)措施：

反洗控制優(yōu)化：對超濾系統(tǒng)的反沖洗時間進(jìn)行優(yōu)化，超濾系統(tǒng)常規(guī)反洗時，將自清洗過濾器每只濾頭的反沖洗時間從20s 延長至40s，即自清洗過濾器總的反沖洗時間由60s 延長至120s，同時將第三只濾頭（最后反沖洗）的三通閥C 動作時間與超濾膜裝置進(jìn)水調(diào)節(jié)閥設(shè)置連鎖，當(dāng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度到達(dá)30%時，三通閥C 才開始動作，即從反沖洗模式切換為過濾模式，保證了系統(tǒng)進(jìn)水暢通，進(jìn)水壓力和流量劇烈波動的情況消除（圖5），解決單套超濾運(yùn)行時存在憋壓后產(chǎn)生水錘沖擊的問題。

圖5 單套超濾常規(guī)反洗時邏輯更改后的運(yùn)行參數(shù)情況

備件更換：對自清洗過濾器三通閥的切換過程原理分析得出，在三通閥切換狀態(tài)的瞬間，因左右水路會相遇、產(chǎn)生撞擊，而系統(tǒng)儀用控制壓縮空氣壓力約為0.75MPa，遠(yuǎn)大于水壓0.2～0.3MPa，控制腔加壓和泄壓過程理論上應(yīng)為迅速短暫，與實(shí)際產(chǎn)生持續(xù)、劇烈的震動情況不符。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，三通閥的控制電磁閥在泄壓管路末端口安裝了銅制的空氣消音器，長期運(yùn)行消音器的孔眼發(fā)生污堵，造成三通閥控制腔泄壓時排氣不暢，自清洗過濾器在反沖洗時出現(xiàn)三通閥泄壓動作受阻，隔膜膜片無法快速到位隔斷進(jìn)水，上游進(jìn)水與從過濾單元反向流入的反沖洗水相遇會導(dǎo)致劇烈震動。對該消音器進(jìn)行更換后，震動異?，F(xiàn)象得以消除。

運(yùn)行邏輯優(yōu)化：針對加強(qiáng)堿洗次數(shù)大于酸洗次數(shù)而導(dǎo)致的反洗排水泵結(jié)垢問題，對超濾膜裝置的自動運(yùn)行程序邏輯進(jìn)行優(yōu)化，將超濾系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯進(jìn)行了重新設(shè)置，將常規(guī)反洗設(shè)置成14周期+堿洗1次+常規(guī)反洗14周期+酸洗1次為一個整體，無論系統(tǒng)如何啟停，反洗流程以此為一個整體大循環(huán)。實(shí)施后酸洗和堿洗次數(shù)持平，酸堿加入量恢復(fù)平衡，優(yōu)化調(diào)整后超濾反洗排水池pH 從均值9.8降低至8.0以下，pH 明顯降低（圖7），水質(zhì)得到明顯好轉(zhuǎn)[4]，通過對水質(zhì)進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)結(jié)垢的情況得以解決。

圖6 水泵結(jié)垢期間水質(zhì)情況圖

圖7 實(shí)施改進(jìn)后的排水水質(zhì)

3 結(jié)語

超濾系統(tǒng)作為鍋爐補(bǔ)給水預(yù)脫鹽處理的第一步，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性對是否能夠提供合格的鍋爐補(bǔ)給水具有重要意義，通過對系統(tǒng)運(yùn)行方式的不斷優(yōu)化，采取了對運(yùn)行時間、邏輯調(diào)整等一系列運(yùn)行和維護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)了超濾系統(tǒng)的高效穩(wěn)定安全運(yùn)行。