試論電廠除鹽水系統設計的優化

潘冠旭+黃盼+劉海蛟

摘 要：核電廠除鹽水系統設計主要采用的是膜處理工藝和滲透-離子交換樹脂工藝兩種。但在實際的設計與應用中，兩種工藝均存在一定的缺陷。筆者就自身工作經驗，對兩種工藝的優化設計進行分析，從成本技術以及能耗兩個方面進行分析。

關鍵詞：核電廠 全膜法 滲透技術 優化

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0115-02

某核電廠在三期鍋爐補給水和四期鍋爐補給水上分別采用全膜工藝和滲透-離子交換樹脂工藝。隨著科技的發展，電廠全膜鹽水處理法已經趨于成熟，反滲透元件的比例也在不斷增加，保證了除鹽水出水水質。但在相關技術上，還需要進一步優化，我們將兩種工藝的優化過程分析如下。

1 全膜法和滲透-離子交換樹脂法簡介

1.1 兩種方案的概念及使用

全膜法主要應用于某廠的三期鍋爐補給水處理過程中，處理鹽水體積為228 m3/h，以電化學除鹽為主要工藝技術，經過一級滲透和二級滲透兩個過程。在設計上，全膜法充分考慮了滲透濃水和EDI濃水的回收再利用問題，提高了發電水利用率。由于該廠在用水上選擇的是自然水，近年來環境的破壞已經嚴重影響了水質，因此在核電廠水處理過程中，要增加砂濾池來降低反滲透技術造成的膜污染。反滲透-離子交換樹脂工藝是該廠的四期工程鍋爐鹽水處理過程，處理鹽水體積為228 m3/h。工藝流程與全膜法基本保持一致，經過一級反滲透和超濾過程。超濾反洗水回收至預處理沉淀池使系統的回收率得以提高，在同一鹽水處理體積下，對兩種方案的優缺點進行比較，促進核電廠除鹽水系統的優化。

1.2 兩種方法的比較與優化

將兩種方案按上文順序分別命名為方案1和方案2。在成本支出上，方案1的預處理水量更大，設備費用高于方案2，并且產生一定的輔汽加熱費用。而方案2的主要費用體現在水處理過程中的藥劑量，水處理量越大時，藥劑成本越大，并且當廢水需要再處理時，方案2的成本就會遠高于方案1。其中，在人力成本上、運行維修成本上，兩種方案的差別不大，通常方案1的費用略高。分別對兩種方案的成本結構進行分析發現，方案1的主要成本依然在傳統的人工費用、設備維護費用以及電費上，其中電費約占整體費用的40%，系統的自動化程度不高。而方案2的成本主要集中于藥劑和再生廢水的處理，且處理時間較長。總之，兩種方案各具優勢，目前全膜法的應用較為廣泛，這與其簡單的處理方式有關，但兩種方法均存在優化空間。

2 電廠除鹽水系統設計優化

我們主要針對兩種方案的優勢和劣勢來分析鹽水系統的設計，致力于提高系統的EDI回收率。對方案2而言，主要是降低藥劑成本，改善藥劑作用，增加輔助設備都是可行的方法。另外滲透技術對于水溫有一定要求，還要合理調節水溫度來降低單位面積的反滲透能力。對于方案1，在基礎建設上要注重監工，盡量將成本降到最低，來實現電廠的可持續發電，具體的優化過程如下文分析。

2.1 水溫

水溫的合理性將決定滲透膜的性能，溫度過高，處理產量提高，但處理質量將受到影響。水溫過低，反滲透能力降低，同樣影響除鹽過程。根據要求，在除鹽過程中水溫也保持在20 ℃，需要輔汽系統來維持溫度。但對電廠而言，還要考慮到成本問題，輔汽的成本通常較高，增設輔汽裝置將大大提高成本，因此最佳辦法是維持低溫狀況并設計膜系統，提高系統的反滲透能力。尤其是對于一級滲透和二級滲透，可以在溫度5 ℃下操作，對溫度和環境的要求均不高，因此不僅提高了效率，也從整體上降低了成本。全膜法以低壓膜為主要材料，不僅可以在低溫環境下工作，同時可以將壓力控制在一定范圍內，對于系統運行成本和維護成本的降低都具有積極作用。

2.2 能耗節約

利用全膜法后，電費的比例較大，尤其是反滲透增壓泵的使用大大提高了電費。因此要采用一定的方法來降低反滲透膜的壓力，進水壓力減少是控制電量消耗的主要方式之一。將方案1的一級滲透膜和二級滲透膜分別改換為陶氏FILMTECTM XFRLE-400/34i膜元件和陶氏FILMTECTM HRLE-440i膜元件，結果表明，能耗明顯降低。但是在除鹽水水質上，低壓膜的處理效果并不理想，脫鹽率較低。改進后的二級滲透膜具有除硅離子功能，且降低了鹽水的EDI指數，依然可以滿足目前核電廠的用水水質需求。

2.3 排列比

在傳統的反滲透膜設計中，筆者認為提高回收率必須要增加系統級內段數，因此將反滲透系統設計為3段。但只要提高一級反滲透系統的水質處理能力，完全可以采用二段式滲透膜處理方案，并且在除鹽過程中可以逐漸提高回收率，保證循環水處理過程。這就要求對上述兩種工藝的排列比進行優化，但由于反滲透系統受到很多因素的影響，比如溫度的波動。因此水泵的選擇只能大體上滿足管道曲線的設計需求。另外，從節能優化上，通過調整進水泵的頻率可有效解決。此次我們采取了原水泵變頻的方式，結果每噸位的鹽水處理就可以節約能耗0.2～0.3 kW·h/m3 ，可見適當降低水壓有助于節約能耗。

2.4 低壓膜產水水質

優化后的系統EDI工作參數和離子交換床明顯優于未優化的設備，通過我們計算出的EDI指數就可以說明。反滲透膜具有一定的生命周期，一般為5年，而改進后的滲透膜在工作年限內的除鹽能力明顯提高。地下滲透膜的出水水質也較之前有所提高。而對于方案2的優化雖然沒有在除鹽能力上有所改變，但在成本控制上起到了較好的效果，因此是值得推薦的方案。

3 結語

從我國核電廠的運行現狀看，除鹽水技術對企業來說是十分重要的。目前的除鹽水系統中，主要采取全膜法和滲透-離子交換樹脂法來處理鹽水，但傳統的技術在成本上、能耗上和除鹽效果上均存在一定的弊端。筆者將兩種方案進行了對比，發現兩種方式各有優勢和劣勢，并提倡通過一系列措施來對兩種方案進行優化。優化方式包括滲透膜的更換，低壓滲透膜對于除鹽效果具有十分理想的效果。另外，還包括對加熱位置的優化。通過相關工藝處理后，除鹽成本明顯降低。綜合兩種方法，全膜法的應用更為廣泛，因此應通過工藝設計和管理來進一步優化全膜除鹽法，提高除鹽效率，并降低成本。

參考文獻

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