EDI電除鹽裝置在電廠水處理中的應(yīng)用

蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司 白登文 鄧亞娟 黃 文 張 綱 方 駿

蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司位于安徽省蕪湖市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)褐山路271號(hào)，距市區(qū)12km，毗鄰長(zhǎng)江，水資源豐富。補(bǔ)給水系統(tǒng)設(shè)有一套出力100m3/h的美國(guó)GE公司EDI裝置及三臺(tái)3000m3的除鹽水箱。近年來(lái)隨著供熱用戶增加，傳統(tǒng)的離子交換除鹽已不能滿足制水量的需求，經(jīng)綜合論證采用全膜系統(tǒng)制水。本文參照DL/T1260-2013《火力發(fā)電廠電除鹽水處理裝置驗(yàn)收導(dǎo)則》和相關(guān)技術(shù)資料，優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、跟蹤記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)、結(jié)合運(yùn)行狀況綜合分析[1]。

1 EDI系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 EDI裝置簡(jiǎn)述

該公司EDI裝置共由22個(gè)模塊組成，設(shè)計(jì)回收率為90%。配備有滿足產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)所需的整流器、各模塊、在線儀表、控制系統(tǒng)、閥門、管道等。同時(shí)，該裝置配備有進(jìn)出口流量變送器、出水電導(dǎo)率表、硅表，在進(jìn)水母管上安裝有壓力變送器、進(jìn)水pH表。裝置采用MS1000A系列直流控制器單元模塊，分為電源控制模塊和工藝模塊。每個(gè)模塊均可單獨(dú)顯示電流、電壓值，且單個(gè)模塊可單獨(dú)調(diào)整電流。每個(gè)模塊具備直流電源保護(hù)功能[2]，可保證任何一個(gè)模塊過(guò)熱時(shí)自動(dòng)切斷該模塊電源，維持系統(tǒng)中其它模塊正常運(yùn)行。

EDI裝置極水采取室外管道排放方式，濃水以DN50的排水管直接排放至超濾水箱重復(fù)利用，整個(gè)EDI系統(tǒng)流程如下：長(zhǎng)江水→反應(yīng)沉淀池→重力式空氣擦洗濾池→清水池→超濾裝置→超濾水箱→一級(jí)反滲透裝置→預(yù)脫鹽水箱→二級(jí)反滲透裝置→二級(jí)淡水箱→EDI水泵→EDI保安過(guò)濾器→EDI裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→……

1.2 EDI水質(zhì)指標(biāo)

表1 EDI水質(zhì)指標(biāo)

2 EDI前水處理系統(tǒng)

2.1 原水水質(zhì)

該公司原水水源采用長(zhǎng)江水，冬季和夏季長(zhǎng)江水部分水質(zhì)分析結(jié)果如表2所示。

表2 長(zhǎng)江水水質(zhì)分析結(jié)果

冬季到夏季水質(zhì)中，電導(dǎo)率、化學(xué)耗氧量、總固、溶固、懸固、鈉離子含量有所升高。說(shuō)明近夏季時(shí)氣溫上升，水流動(dòng)速率加快，水中含鹽量略高于冬季，在夏季時(shí)需加強(qiáng)殺菌，防止水中微生物生長(zhǎng)過(guò)多。而水中總硬度、活性硅、陰陽(yáng)離子總量等差別較小，相對(duì)穩(wěn)定[3-5]?？傮w上，長(zhǎng)江水離子總量較低，均值約低于200mg/L，屬于低鹽水。且水的硬度均值約1.35mmol/L，屬于軟水。為確保EDI裝置的進(jìn)水水質(zhì)必須重視原水預(yù)處理和預(yù)脫鹽系統(tǒng)的有效運(yùn)行[3]。

2.2 預(yù)處理系統(tǒng)

該公司原水預(yù)處理系統(tǒng)共設(shè)有3臺(tái)500m3/h反應(yīng)沉淀池，兩用一備。設(shè)有4座240m3/h重力式空氣擦洗濾池。原水經(jīng)反應(yīng)沉淀池與重力式空氣擦洗濾池混凝、沉淀、過(guò)濾處理?？扇コ袘腋∥?、膠體、部分有機(jī)物等對(duì)超濾、反滲透裝置膜組件造成危害的雜質(zhì)。

經(jīng)長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)整，采用在反應(yīng)沉淀池搭設(shè)遮陽(yáng)棚減少藻類在斜板、斜管附著生長(zhǎng)，并控制殺菌劑的使用。對(duì)重力式空氣擦洗濾池延長(zhǎng)反洗、正洗時(shí)間，徹底清除濾料層中積聚的雜質(zhì)。使反應(yīng)沉淀池出水濁度達(dá)到1～4NTU，余氯≤0.1mg/L，重力式空氣擦洗濾池出水濁度降至≤1.5NTU，確保符合預(yù)脫鹽系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)要求。

2.3 預(yù)脫鹽系統(tǒng)

該公司預(yù)脫鹽系統(tǒng)由超濾和反滲透所組成。超濾系統(tǒng)設(shè)有超濾裝置4套，#1、2超濾裝置采用了錯(cuò)流單通式過(guò)濾，產(chǎn)水匯入超濾產(chǎn)水箱，濃縮水按一定的比例排放，設(shè)計(jì)利用率90%，每套裝置出力88m3/h。#3、4超濾裝置采用全流式過(guò)濾，產(chǎn)水匯入超濾產(chǎn)水箱，每套裝置出力160m3/h。反滲透系統(tǒng)設(shè)有4套一級(jí)反滲透和1套二級(jí)反滲透。#1、2反滲透裝置采用了一級(jí)二段式，排列為9:5，回收率≥75%，每套裝置出力65m3/h。#3、4一級(jí)反滲透裝置采用了一級(jí)二段式，排列為21:12，回收率≥75%，每套裝置出力132m3/h。

二級(jí)反滲透裝置同樣采用了一級(jí)二段式，排列為10:6，回收率≥85%，每套裝置出力112m3/h。預(yù)處理后的水經(jīng)超濾與反滲透系統(tǒng)預(yù)脫鹽處理。可去除水中大部分懸浮物、膠體、有機(jī)物、溶解鹽、細(xì)菌、CO2等對(duì)EDI裝置造成危害的雜質(zhì)。

經(jīng)長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)整，對(duì)超濾裝置進(jìn)行定期CEB清洗，加強(qiáng)清洗水pH值的監(jiān)督和調(diào)整。對(duì)反滲透裝置進(jìn)行定期化學(xué)清洗，同時(shí)加強(qiáng)日常的沖洗保養(yǎng)。對(duì)各加藥泵定期進(jìn)行流量校對(duì)，加強(qiáng)預(yù)脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的人工分析比對(duì)，確保各系統(tǒng)設(shè)備的加藥量和運(yùn)行參數(shù)均維持在設(shè)計(jì)偏差之內(nèi)。使預(yù)脫鹽系統(tǒng)出水濁度＜0.5NTU，總氯＜0.02ppm，活性硅＜0.8ppm，總硬度降至≈0ppm，出水pH達(dá)到7.0～7.5，確保符合EDI裝置的進(jìn)水水質(zhì)要求。

3 EDI主要影響因素分析及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整

電流。EDI模塊底部電流很高，是受進(jìn)水中主要離子遷移所致。濃水具有較高的電阻特性，電導(dǎo)率一般為2～20μs/cm，由于EDI模塊上部濃水中充滿了離子交換樹(shù)脂中收集來(lái)的離子。當(dāng)回收率達(dá)到90%時(shí)，濃水的電導(dǎo)率一般為20～200μs/cm。一般電流越大，產(chǎn)水水質(zhì)會(huì)越好。電流增大時(shí)，大量鹽類離子由淡水室遷移至濃水室，使參與遷移的離子增多，H+、OH-的遷移率也更高，樹(shù)脂再生效果更好[4]。當(dāng)電流太大時(shí)，產(chǎn)水電導(dǎo)率則無(wú)法繼續(xù)降低。過(guò)大的電流會(huì)使過(guò)量水電離并產(chǎn)生離子反擴(kuò)散現(xiàn)象，產(chǎn)水水質(zhì)會(huì)變差。經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)EDI裝置各模塊電流，EDI裝置單槽電流控制在1.8～2.2A之間為宜。

電壓。EDI每個(gè)模塊都有一定的電壓范圍。當(dāng)電壓低時(shí)驅(qū)動(dòng)力減小，不能使足夠多的離子由淡水室遷移至濃水室中，且不會(huì)使足夠多的水發(fā)生電解，從而使離子交換樹(shù)脂不能有效再生。當(dāng)電壓高時(shí)，會(huì)有過(guò)多的水發(fā)生電解，驅(qū)動(dòng)力效率降低，表現(xiàn)為在極水中產(chǎn)生多余氣體，隨后濃水中也會(huì)產(chǎn)生一定的氣體。過(guò)高的電壓會(huì)產(chǎn)生濃度反擴(kuò)散現(xiàn)象，使離子將被迫從濃水室擴(kuò)散到鄰近的淡水室以保持電中性。經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)EDI裝置各模塊電壓，槽電壓反饋值在50～70V之間為宜。

進(jìn)水pH值。pH值較低時(shí)，多余的H+會(huì)作為反離子擴(kuò)散到進(jìn)水流中的陰離子，進(jìn)水中的陽(yáng)離子將不能有效去除。進(jìn)水pH值一般控制為7.0～7.5，pH值較高時(shí)，H+不再扮演反陽(yáng)離子的角色。CO2帶電量、即碳酸氫鹽將增加，遷移率也增加，此時(shí)SiO2的帶電量和遷移率也會(huì)增加。經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)EDI裝置進(jìn)水pH值控制在7.0～7.5，考慮到pH值較高會(huì)使SiO2、碳酸氫鹽等鹽類離子遷移率增加，最佳進(jìn)水pH值控制偏下限接近7.0為宜。

產(chǎn)水電導(dǎo)率。電導(dǎo)率適用于表征溶解于水中各類電解質(zhì)含量，各類微量鹽在水中解離成正、負(fù)離子，使產(chǎn)水具有一定的導(dǎo)電能力。產(chǎn)水電導(dǎo)率一般≤0.01μs/cm，當(dāng)電導(dǎo)率高時(shí)會(huì)影響產(chǎn)水水質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)不符合鍋爐補(bǔ)給水進(jìn)水要求。當(dāng)電導(dǎo)率低時(shí)，趨近于理論純水電導(dǎo)率時(shí)會(huì)增加設(shè)備能耗、損耗及影響產(chǎn)水流量。經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)EDI裝置產(chǎn)水電導(dǎo)率，采用標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)表與在線電導(dǎo)表同時(shí)檢測(cè)產(chǎn)水母管電導(dǎo)率，兩者相差極值為0.002μs/cm，說(shuō)明在線電導(dǎo)表準(zhǔn)確度很高。同時(shí)，EDI各模塊產(chǎn)水電導(dǎo)率均基本優(yōu)于產(chǎn)水母管電導(dǎo)率，考慮到EDI裝置出力及能耗等，最佳出水電導(dǎo)率≤0.080μs/cm為宜。

其它控制指標(biāo)。EDI裝置會(huì)受進(jìn)水溫度、壓力、流量、電導(dǎo)率，各產(chǎn)水、濃水、極水流量、壓力，回收率及EDI進(jìn)水泵、保安過(guò)濾器運(yùn)行壓差等多因素影響。最終反映在產(chǎn)水品質(zhì)、設(shè)備出力、排水控制等方面。如當(dāng)濃水的流量降低，其含鹽量會(huì)升高，離子膜兩側(cè)的濃度差會(huì)隨著流量降低而升高，該濃度差則會(huì)影響產(chǎn)水品質(zhì)。

從該公司EDI裝置進(jìn)水水質(zhì)來(lái)看，裝置前水處理系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整已滿足EDI裝置的進(jìn)水水質(zhì)要求。采用優(yōu)化調(diào)整措施后，當(dāng)EDI裝置出水母管電導(dǎo)率穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，基本能達(dá)到≤0.080μs/cm，低于廠方技術(shù)資料所要求≤0.10μs/cm。

4 結(jié)果與討論

4.1 EDI裝置最佳運(yùn)行控制參數(shù)

綜上，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整EDI裝置最佳運(yùn)行控制參數(shù)，如表3所示。

表3 EDI裝置最佳運(yùn)行控制參數(shù)

4.2 結(jié)論

在實(shí)際運(yùn)用中，不難發(fā)現(xiàn)EDI裝置具有很多不可比擬的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：

EDI與傳統(tǒng)離子交換技術(shù)相比，具有運(yùn)行操作維護(hù)簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)緊湊占地空間小，省去了混床與再生裝置及附屬設(shè)備等，不再單獨(dú)需要酸、堿再生；采用原水預(yù)處理+超濾、反滲透預(yù)脫鹽+EDI電除鹽工藝處理長(zhǎng)江水。當(dāng)EDI裝置進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制取高質(zhì)量的除鹽水，可直接作為鍋爐補(bǔ)給水；EDI裝置安全性高。極水排放管設(shè)置在室外，產(chǎn)生的有毒易燃易爆性氣體不會(huì)在室內(nèi)發(fā)生積聚危險(xiǎn)，電源柜內(nèi)增設(shè)的排風(fēng)扇有效提高散熱效率。不用酸、堿再生，不需酸堿儲(chǔ)運(yùn)和再生設(shè)備，無(wú)需停機(jī)即可連續(xù)再生，大大提高了安全性。

EDI裝置經(jīng)濟(jì)性高。該裝置運(yùn)行費(fèi)用較低，節(jié)約了大量的酸堿消耗、再生和沖洗用水、廢水排放處理、降低設(shè)備折舊等費(fèi)用；EDI裝置環(huán)保效益顯著。由于節(jié)約了大量的酸堿消耗、再生和沖洗用水及后續(xù)環(huán)保處理，且除鹽過(guò)程無(wú)廢酸、廢堿排放及處理，使得環(huán)保效益明顯。

綜上，本文針對(duì)EDI裝置應(yīng)用，根據(jù)技術(shù)資料、通過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)和實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行分析。結(jié)果表明，嚴(yán)格控制EDI進(jìn)水水質(zhì)、模塊電壓、電流、進(jìn)水pH值等，動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，可有效提高EDI裝置出水水質(zhì)，滿足電廠鍋爐補(bǔ)給水要求。