連續電解除鹽模塊的化學清洗工藝

譚明德，黃偉

(華能河南中原燃氣發電有限公司，河南 駐馬店 463000)

1 化學清洗工藝

1.1 工藝概況

華能河南中原燃氣發電有限公司裝有2臺390 MW燃氣－蒸汽聯合循環機組(9F級V94.3A型燃氣輪機)，鍋爐補給水處理系統采用高效澄清池+雙介質過濾器+超濾+二級反滲透+電除鹽系統。連續電解除鹽EDI(Electrodeionization)單元包括滲透水箱1座、EDI升壓泵2臺、EDI裝置2套、NaCl加藥裝置2套、濃水循環泵2臺及除鹽水箱2座等，其中的滲透水箱與二級RO單元共有。EDI裝置每套8個模塊，單套EDI裝置產水量設計為25 m3/h，進水量為28 m3/h。

經過上述系統處理后，系統出水水質可達到下列指標:硬度≈0 μmol/L(1/2Ca+1/2Mg);電導率≤0.2 μS/cm(25℃);二氧化硅質量濃度≤20 μg/L。

1.2 化學清洗流程及藥劑規格

化學清洗流程圖如圖1所示。

圖1 化學清洗流程圖

藥劑規格為:氯化鈉分析純，250 kg;鹽酸分析純，270 kg(36% ～38%);氫氧化鈉分析純，50 kg(固體)。

2 技術分析

華能河南中原燃氣發電有限公司EDI模塊進水水質:pH值為6～8，電導率為4～6 μS/cm，無硬度。唯有二氧化硅超過設計值0.5 mg/L，產水電阻率持續下降很可能是進水SiO2質量濃度長期超標造成的，反滲透裝置的除硅效果已經遠遠低于設計值95%，甚至不到50%，具體數據見表1。

表1 2010年10月系統SiO2質量濃度

由表1可知，EDI模塊進水SiO2質量濃度已經遠遠超過設計值500 μg/L的技術指標，所以說，EDI模塊進水SiO2質量濃度長期超標對其本身有極大的影響，它會導致電阻率下降，甚至導致濃水室結垢，尤其是存在鎂離子的情況下更是如此。由于長時間的影響，電阻率也一直下降，前期是緩慢下降，后期是急劇下降。2010年春節前，2套EDI產水電阻率都在11 MΩ以上，春節后#1 EDI產水電阻率在9 MΩ左右，#2 EDI產水電阻率在11 MΩ左右，尚能滿足生產需要。運行幾天停運后，再啟動時電阻率突然降到2 MΩ左右，與專家交流后，對#2 EDI模塊增加電流至13.9 A、電壓460 V運行5 d，又對#1EDI模塊增加電流至7.8 A、電壓289 V運行5 d，系統進行了多次調整，但效果不理想，產水電阻率沒有突破5 MΩ·cm。EDI模塊電阻率出現異常，開始啟動時產水電阻率較高，達到了16 MΩ·cm左右，運行3～5 min后開始下降，很快降到2～3 MΩ·cm，然后開始緩慢上升，上升至4.5 MΩ·cm以后開始穩定運行。由EDI模塊的工作原理可知，EDI模塊內部樹脂是在運行過程中自動再生的，由于設備運行時間較長(4年左右)，部分樹脂性能不可避免地會下降，從而造成EDI模塊產水水質的下降(與投運時比較)。當EDI設備停運時間較長時(超過3 h)，部分性能下降，由于樹脂不再參與交換而只參與再生，造成工作交換容量下降，當設備開始啟動后，EDI模塊內部樹脂再生比較完全，所以，剛開始啟動后，產水水質會維持在一個較高的水平。過一段時間后，由于樹脂工作交換容量的下降，參與交換的樹脂容量減少，不能夠滿足進水中離子的容量，從而造成EDI模塊產水水質的下降，一直下降到離子與樹脂交換的平衡狀態后，設備開始穩定運行。由于工作交換容量和產品性能的下降，此時的產水電阻率比以前低很多。根據分析，由于進水SiO2質量濃度超標，決定適當延長酸堿清洗時間。

3 清洗與再生

3.1 清洗前檢查

(1)清洗水泵進、出口手動閥已開啟。

(2)EDI裝置處于手動狀態，同時將整流器電源斷開，斷開電源前將輸出功率調至零位。

(3)EDI模塊清洗進水、清洗回流手動閥已開啟。

(4)關閉EDI裝置產水閥、產水沖洗排放閥、極水排放閥、濃水排放閥、濃水循環泵進口閥、濃水循環泵出口閥、濃水補水閥和濃水循環旁路閥，認真檢查有關閥門是否嚴密，特別要檢查EDI產水閥關閉是否嚴密，防止清洗液竄入除鹽水箱而造成生產事故。

(5)在清洗模塊時，用水沖洗干凈有關清洗系統以免污染模塊。

(6)清洗所需試劑及儀器準備并校正。

(7)所有設備、閥門及儀表正常。

(8)關閉廢水回收系統進水閥，關閉廢水回收泵，開啟化學清洗排污閥。

3.2 清洗步驟

(1)向清洗水箱內注入2 500 L反滲透產水，在清洗水箱內配制2500L質量分數為1.8%的鹽酸溶液，最佳溫度為30～35℃。

(2)配完清洗藥劑后，用清洗水泵至清洗水箱的回水管做循環攪拌，將清洗藥劑混合均勻。

(3)攪拌均勻后，開啟EDI裝置上相應的清洗閥門，然后開啟清洗水泵，在要求的清洗流量下進行EDI裝置的循環清洗與浸泡，其流量為正常制水時的一半，循環清洗時間為40min，浸泡時間為30min。

(4)模塊污染嚴重時，在清洗的最初幾分鐘，清洗液可排至地溝，然后再循環。在一般情況下，清洗液可不排地溝，可直接循環。

(5)清洗結束后，排空清洗水箱和清洗泵。

(6)沖洗。

1)向清洗水箱內注入一定量的反滲透產水。

2)開啟清洗水泵，清洗流量一般為正常制水流量或一半流量沖洗，直至產水出口和濃水出口電導率不大于50 μS/cm即可。

(7)質量分數為1.0%的氫氧化鈉和質量分數為5.0%的氯化鈉混合清洗。

1)向清洗水箱內注入2 500 L反滲透產水，在清洗水箱內配制2500L質量分數為1.0%的氫氧化鈉和質量分數為5.0%的氯化鈉混合溶液，最佳溫度為30～35℃。

2)配完相應的清洗藥劑后，采用清洗水泵至清洗水箱的回水管進行循環攪拌，將清洗藥劑混合均勻。

3)攪拌均勻后，開啟EDI組件上相應的清洗閥門，然后開啟清洗水泵，在要求的清洗流量下進行EDI組件的循環清洗與浸泡，其流量一般為正常制水時的一半，循環清洗時間為60min，浸泡時間為30 min。

4)清洗結束后排空清洗水箱和清洗泵。

5)沖洗。

(8)再生。

1)沖洗結束后，啟動EDI裝置升壓泵，進水水質一定要滿足模塊進水要求，原則上要求小流量進行再生，即淡水流量一般為正常流量的一半(每個模塊正常產水流量為3.4 m3/h)。為了保證生產制水和模塊的安全，以略大于正常流量進行再生，再生花費時間較長。

2)設定濃水進口壓力，使濃水進口壓力比淡水進水壓力小0.03～0.06MPa，淡水壓力必須大于濃水壓力，這一點非常重要，只有這樣才能確保淡水通過膜進入濃水室，如果沒有這個壓差，濃水室的壓力比淡水室高，若濃水進入淡水室，產水水質就會下降。

3)設定濃水排放流量，以得到需要的系統回收率，濃水排放流量取決于回收率、產品水流量和極水流量。而所需的回收率取決于進水成分(即進水水質)，已知回收率、產品水流量和極水流量，就可以確定濃水排放流量。

4)將極水出口流量調節為640 L/h。

5)啟動整流器(設定手動)。

①逐步增加電流、電壓。電流對于模塊的運行來說遠比電壓重要，將整流器設為限流，整流器使模塊維持一定的電流，根據需要調整電壓，每個模塊的額定最大電壓為360 V，最大電流為4.5 A。

②啟動加鹽泵，調整濃水電導率，濃水電導率的大小影響模塊電流的大小。

③當產水水質達到要求時，可增加淡水流量至設定值。為了保證一定的回收率，需要調節濃水排放量，流量改變之后，確定濃水和淡水的壓差符合要求并根據需要進行調節，再生流量數據見表2。

表2 再生流量數據(2010年)

4 進水硬度對EDI模塊的影響

限制進水硬度對于防止EDI模塊結垢而言是必要的。在EDI模塊中有一個穩定的OH－再生流量，能維持濃水一側的陰離子膜有一個較高的pH值，從而易形成鈣鎂碳酸鹽或氫氧化物的水垢。EDI模塊進水中CaCO3的質量濃度要求在1.0 mg/L以下，盡量使進水中CaCO3的質量濃度小于0.1mg/L，若進水中CaCO3的質量濃度大于0.1 mg/L，需要周期性清洗較頻繁且膜的物理和化學性能下降快。清洗周期與硬度的關系如圖2所示。

圖2 清洗周期與硬度的關系

5 結論與建議

(1)再生時整流器調整為手動模式，輸出電壓從零緩慢開始。調節電壓的同時觀察電流及產水電阻率，待產水電阻率達到5.00 MΩ·cm之前，一點點調節電壓，濃水電導正常情況下維持在200～300 μS/cm。華能河南中原燃氣發電有限公司EDI模塊結垢嚴重，當把電壓和濃水電導率調低后，電阻上升趨勢較快，為了保證出水水質，華能河南中原燃氣發電有限公司進行低電流、低濃水電導率運行，產水電阻率達到15.00 MΩ·cm后，慢慢加大電流和濃水電導率。

(2)華能河南中原燃氣發電有限公司對EDI模塊進行化學清洗，后經數天調整，現已恢復正常，#1，#2EDI產水電阻率分別恢復到18.26MΩ·cm和17.30 MΩ·cm，但產水量達到不到設計值25 t/h的指標要求，作者判斷可能是離子交換膜損壞(如熱損壞和機械損壞等)。華能河南中原燃氣發電有限公司再生時間達60～75 h出水電阻率才能達到15.00 MΩ·cm，后經60～80 h才能達到最大值。

(3)再生時淡水壓力必須比濃水壓力大0.03～0.06 MPa，將極水出口流量調節為640 L/h。剛開始時，低電流、低濃水電導率、低流量調節出水電阻率，待電阻率達到15.00 MΩ·cm后，先加大電流和濃水電導率，再慢慢調節。

(4)應保證EDI模塊進水水質，尤其是進水中CaCO3質量濃度最好小于0.1 mg/L，硅的質量濃度必須控制在 0.5 mg/L以下，當原水全硅超過10.0 mg/L時，必須對原水進行混凝除硅，pH值應控制在8.0 ～9.0，除去進水中 CO2，pH 值 ＞9.0 時在EDI模塊濃水室一側易形成Ca，Mg鹽類水垢。

［1］鞏耀武，管柄軍.火力發電廠化學水處理實用技術［M］.北京:中國電力出版社，2006.