反滲透和EDI應用于鍋爐補給水處理系統的設計

朱加生，張江生

（中電環保股份有限公司，江蘇南京 211102）

反滲透和EDI應用于鍋爐補給水處理系統的設計

朱加生，張江生

（中電環保股份有限公司，江蘇南京 211102）

本文介紹了全膜法中反滲透和EDI處理技術在某超超臨界機組鍋爐補給水處理系統中的應用，詳細討論了反滲透和EDI的技術特點、運行方式、控制參數和注意事項。運行結果表明，該工藝系統出水水質穩定優良，電導率＜0.10μs/cm，完全能滿足超超臨界機組鍋爐補給水水質的要求。

反滲透；EDI；補給水；電導率；脫鹽率

離子交換除鹽技術比較成熟，工程經驗比較豐富，在傳統的鍋爐補給水處理系統中應用廣泛，但其存在設備占地面積大、運行維護操作頻繁、消耗酸堿并排放廢水等問題。目前，電廠原水來源日趨復雜，水質日益惡化，現代高參數大容量火力發電機組的建設和投運，對鍋爐水質也提出了更為嚴苛的要求，傳統的離子交換除鹽對水質變化適應能力較差，存在局限性[1-5]。隨著環境保護和資源節約意識的逐漸強化，各種膜處理技術正逐步結合或取代離子交換除鹽技術，為現代高參數發電機組提供更為高品質、穩定可靠的補給水來源。其中超濾、反滲透、EDI系統在新建電廠鍋爐補給水處理中應用較廣泛。反滲透水處理技術具有脫鹽率高、占地面積小、自動化程度高，易操作等特點[6]，EDI因在水處理過程中不需酸、堿，操作方便，出水水質好和性能穩定等突出的優點，在許多電廠中多有應用。

本文以某電廠三期工程擬建設2×1 050MW級超超臨界燃煤發電機組為例，就全膜法中的反滲透與EDI技術在超超臨界機組鍋爐補給水中的應用作初步分析和探討。該機組是在已有一期、二期機組擴建端場地上進行的擴建工程，產水160m3/h。

1 工藝設計

1.1 進出水水質

原水水源采用循環水排污水，循環水補水為長江水，由凈水站預處理后送至循環水系統。長江水水質報告見表1，循環水水質表見表2，出水水質標準見表3。

表1 長江水水質指標

表3 出水水質標準

1.2 工藝流程

某電廠三期工程擬建設2×1 050MW級超超臨界燃煤發電機組鍋爐補給水處理系統采用全膜法水處理工藝，設計為2套系統，每套系統產水能力為80m3/h。處理系統為：超濾水箱→超濾水泵→一級保安過濾器→一級高壓泵→一級反滲透→一級淡水箱→一級淡水泵→二級保安過濾器→二級高壓泵→二級反滲透→二級淡水箱→二級淡水泵→EDI保安過濾器→EDI裝置→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房用水點。

經過預處理去除懸浮物、細小顆粒、膠體和微生物等物質后，進入超濾單元進一步去除水中的大分子有機物、膠體、蛋白質、部分菌類等，出水水質達到反滲透進水水質要求（SDI≤5，濁度＜1NTU）。出水進入超濾水箱后，經過5μm的一級保安過濾器，主要防止大顆粒物隨加速水流沖擊反滲透膜，再由一級高壓泵提至一級反滲透單元，進一級反滲透前加入還原劑和阻垢劑，保持反滲透單元運行的穩定及減少膜污染、膜堵塞。一級反滲透出水經過二級保安過濾器，由二級高壓泵提至二級反滲透單元，在進入二級反滲透前加堿調節pH至8.3左右，降低出水的電導率。二級反滲透的出水進入電除鹽EDI裝置，進一步降低含鹽量，出水電導率可降低至0.1μs/cm。

2 主要處理單元

2.1 反滲透系統

本工程反滲透系統分為兩級反滲透系統，包括一、二級保安過濾器、一、二級高壓泵和反滲透膜組件，一級反滲透裝置設置2個系列，每列產水量99t/h，系統脫鹽率一年內≥99%，三年內≥97%，回收率≥75%。二級反滲透設置2個系列，每列產水量89t/h，系統脫鹽率一年內≥95%，三年內≥90%，回收率≥90%。反滲透膜均按一級兩段排列，膜元件采用美國DOW的8英寸低壓抗污染復合膜。

為了保護高壓泵和反滲透膜，在高壓泵前后分別設置低壓開關和高壓開關，并在高壓泵出口設置電動慢開閥門，防止高壓水直接沖擊膜元件。

為防止余氯破壞反滲透的性能，入口的余氯含量一般控制＜0.1mg/L，使用10%NaHSO3溶液作為還原劑，通過安裝ORP表控制加藥量。為防止結垢堵塞膜孔，加入2～4mg/L的10%的阻垢劑溶液。

為去除CO2，提高反滲透脫鹽率，在二級反滲透入口設置堿液投加系統，控制進水pH在8.3左右，將CO2轉化為HCO3-通過二級反滲透去除。同時pH＞8時，硅酸電離為硅酸根SiO32-，阻止了硅在膜表面的沉積。

2.2 EDI系統

EDI系統主要包括EDI裝置以及EDI保安過濾器。離子交換樹脂的再生在EDI裝置中不再需要酸堿[7-9]。EDI裝置中的離子交換樹脂充夾在陰陽離子交換膜之間形成EDI單元。濃水室的形成是在EDI組件中用網狀物將一定數量的EDI單元間隔開。又把陰陽電極設置在單元組兩端。通過淡水室水流中的陰陽離子在直流電的推動下分別穿過陰陽離子交換膜進入到濃水室從而在淡水室中去除。通過濃水室的水將離子帶出系統，成為濃水。本工程EDI設備以反滲透（RO）產水作為EDI給水。RO純水電導率一般是40-2μS/cm(25℃)。EDI純水電阻率可以高達18MΩ·cm(25℃)，根據系統配置設置以及去離子水用途，EDI純水適用于制備電阻率要求在1～18.2MΩ·cm(25℃)的純水[10]。

本工程中EDI元件選用原裝進口Electropure產品，裝置共2套，正常工況下2套設備同時運行。單套EDI裝置的出水為80m3/h，產水回收率≥90%，EDI系統及輔助系統為全自動運行，裝置按濃水直流型系統設計，單個EDI模塊出水采用不大于5t/h的模塊。為防止濃水竄入產品水，EDI裝置的設計避免濃水壓力大于淡水壓力。通過安裝濃水排放控制閥，調節EDI的回收率。設計中設有斷流時自動斷電的保護措施。

3 運行效果

3.1 反滲透系統相關參數隨時間的變化

反滲透運行期間運行參數變化情況如圖1所示。

圖1 反滲透進水、產水量和回收率隨時間的變化

由圖1可知，運行3個月反滲透的回收率較穩定，一直在75%左右波動，反滲透的進水水量比較穩定在130t/h左右，平均產水量為99t/h。總體來說，反滲透系統運行正常。

3.2 EDI系統相關參數隨時間的變化

EDI運行期間運行參數變化情況如圖2所示。

圖2 EDI出水電導率、脫鹽率隨時間的變化

該系統自運行以來，設備運行良好，出水水質較穩定，由圖2可知，運行3個月EDI的脫鹽率較穩定，一直在99%以上，電導率＜0.1μS/cm。可滿足超超臨界機組鍋爐補給水的水質要求。

4 結語

自投產以來，反滲透+EDI在超超臨界機組中的應用中運行穩定，電導率＜0.10μS/cm，該水質已達到鍋爐補給水的水質要求。相比傳統的離子交換工藝，有系統簡單、無酸堿廢液排放、連續制水能力強的優點，越來越廣泛的應用于超超臨界機組中。

[1]彭巧玲,曹順安,鄭觀文.超濾和反滲透技術在電廠中水回用中的應用[J].應用化工,2017(1):199-202.

[2]鄧君.反滲透技術在鍋爐補給水處理中的運用探析[J].中國高新技術企業,2016(4):35-36.

[3]仲惟雷,周艾蕾,康燕,等.反滲透技術在電廠大型水處理項目中的應用[J].工業水處理,2014(9):90-92.

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[6]曾杭成,熊婧慧,呂海烽.鍋爐補給水處理系統工藝設計及運行[J].工業水處理,2014(4):90-92.

[7]何健康,鄭彩平.全膜水處理技術在鍋爐補給水處理系統中的應用[J].熱力發電,2013(7):142-143,146.

[8]李長海,張雅瀟,黨小建.全膜法水處理技術在超臨界機組中的應用[J].水處理技術,2013(4):116-119.

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[10]許本輝.電廠鍋爐補給水系統全膜水處理技術應用研究[J].科技情報開發與經濟,2004(1):169-171.

Disign of the Boiler Feed Water Treatment System by Reverse-osmosis and Electrodeionization

Zhu Jia-sheng,Zhang Jiang-sheng
(CEC Environmental Protection CO.,Ltd,Jiangsu Nanjing 211102)

The application of reverse-osmosis and electrodeionization processing technology in an ultra supercritical boiler feed water treatment system is introduced.The technical characteristics,the operation mode,control parameters and precautions of reverse-osmosis and electrodeionization are discussed in detail.The running result shows that the effluent quality of the process system is stable and good,the conductivity is less than 0.10μs/cm,which can fully meet the requirement of water supply quality of boiler in ultra supercritical unit.

Reverse-osmosis;Electrodeionization;Feed water;Conductivity;Desalination rate

TM621.2 文獻標志碼：A

2096-0387（2017）06-0006-04

南京高端人才團隊引進計劃“抗污染反滲透膜產業化”（寧人才辦〔2016〕2號）的階段性研究成果。

朱加生（1967—），男，浙江富陽人，博士，工程師、技術總監，研究方向：工業水處理、反滲透膜研制、膜法水處理應用等。