反滲透技術在電站鍋爐水處理中的工程應用

佟得吉

（中國特種設備檢測研究院，北京 100029）

近年來，我國工業發展速度較快，加大了電力需求，除了風能、太陽能等可再生能源應用開發以外，煤炭等資源是電能開發的主要能源，構建了較多電廠[1]。煤炭資源能量較大，可以滿足大部分地區用電需求，所以我國以煤炭資源作為電能開發的主要資源[2]。然而，這種開發方式需要借助鍋爐燃燒，對鍋爐水質要求較高，如何處理電站鍋爐水成為重點研究問題，本文將對此展開研究。

一、反滲透處理工藝

反滲透技術是一種借助過濾器、水箱、水泵等裝置對原水進行高效處理的綜合技術，多用于水質改善處理。本文將選取此項技術作為鍋爐水質處理核心技術，如圖1所示。

向生水箱中注入原水，開啟生水泵，添加絮凝劑，經過多介質過濾器處理，利用阻垢劑阻止鍋爐水生成水垢，將經過處理后的鍋爐投放到保安過濾器中，開啟高壓泵，經過清洗處理，除碳，鍋爐水流至中間水箱，開啟中間水泵，借助混床，連接再生裝置和除鹽水箱，開啟除鹽水泵，生成用戶用水[3]。在此過程中，利用羅茨風機去除空氣罐中雜質，構建再生裝置，此裝置將作為混床及多介質過濾器輔助器具，完成鍋爐水質處理。

圖1 反滲透處理工藝流程圖

二、基于反滲透技術的系統設計

本文將利用反滲透處理工藝，將多器具集中起來，構建一套鍋爐水質處理系統，以此消除鍋爐水中雜質，經過一系列處理，得到用戶用水，達到提高水資源利用率的目的。

（一）系統組成及原理

本系統由多介質過濾器、添加混凝劑裝置、添加阻垢劑控制機制、保安過濾器、反滲透裝置、反滲透化學清洗機制、除二氧化碳器具、混床裝置、再生裝置九部分組成。

系統工作原理：利用混凝劑及多介質過濾器去除鍋爐水中雜質，通過添加阻垢劑控制鍋爐水狀態，避免水中生成水垢，經過保安過濾器及反滲透化學清洗機制清洗濾除，去除鍋爐水中碳，在混床裝置、再生裝置作用下，濾除水中鹽，得到水質干凈的用戶用水。

（二）系統詳細設計

1.多介質過濾器

該裝置主要用于去除原水中顆粒性雜質，例如膠體、懸浮物等[4]。其中，無煙煤和石英砂是過濾器的核心成分，具有良好的濾除顆粒性雜質的作用。經過此裝置處理后的原水渾濁度有所降低，出水SDI低于3，符合反滲透進水處理要求。

2.添加混凝劑裝置

聚合氯化鋁是此裝置的核心部分，不僅沉降速度快、工作效率高，而且不容易受到其他因素影響，具有較好的穩定性。在水質處理應用中，能夠有效吸附顆粒物質，濾除懸浮物[5]。

3.添加阻垢劑控制機制

系統下達壓力驅動命令后，反滲透脫鹽裝置將純水與溶解性鹽分離開來，在水中形成物質分割界限，便于鹽水分離。濃水端容易形成水垢，所以向其中添加阻垢劑，延緩易結垢時間，為后續處理贏得更多時間，在物質結垢前去除鹽，得到純凈用水。

4.保安過濾器

該裝置又稱精濾器，利用此裝置再次濾除原水中的懸浮物、膠體、顆粒等雜質，為反滲透膜與高壓泵等裝置提供安全運行環境，降低外界因素干擾，延長使用壽命[6]。

5.反滲透裝置

本系統選取BW30-400/CPA3反滲透膜構建反滲透裝置，在PLC控制下驅動運行。在實際應用中，為了便于操作，添加自動控制閥，用來操控反滲透裝置啟停。運行期間，裝置自動產水沖洗，無需使用時，將其浸泡于淡水中，保養滲透膜。

6.反滲透化學清洗機制

為了延長滲透裝置使用壽命，本系統添加了清洗機制，定期清洗反滲透裝置。該機制由五部分組成，包括管件、儀表、過濾器、清洗水泵、清洗水箱[7]。

7.除二氧化碳器具

按照水質處理要求，水中二氧化碳含量不得高于5mg/L。由于反滲透膜在氣體濾除方面性能較低，為了達到水質氣體處理標準，本系統利用二氧化碳專屬濾除器加以處理，以此降低陰離子交換樹脂負荷，使其達到預期處理目標。

8.混床裝置

該裝置在系統中起到陰離子與陽離子交換作用，通過設置水質硬度，借助混床處理，控制水質陰離子與陽離子分布狀態，從而達到控制水質電導率的目的，生成硬度達標的用水。

9.再生裝置

再生裝置是對原水濃度及流量進行調節的輔助裝置，利用酸霧吸收器、酸堿噴射器、酸堿儲蓄罐等裝置控制再生液，使得濃度及流量在某一區間范圍內恒定。

三、系統在電站鍋爐水處理中的應用研究

本文將水質處理系統應用到華能長春熱電廠鍋爐水處理工程中進行探究，通過觀察水處理效果，驗證系統開發方案的可靠性。

（一）工程簡介

華能長春熱電廠鍋爐水處理工程是對電站鍋爐水雜質及水垢等進行處理，得到達標用水的水質處理工程。此工程水處理500m3/日，水質要求較高，傳統的水質處理方式無法滿足。本文將應用反滲透系統，通過污垢濾除等一系列處理，凈化水源，使得水質各項指標達到標準。

（二）預處理

取PH為6.9～7.1的鍋爐水原水，控制水溫范圍在20～25℃。利用多介質過濾器和絮凝劑加藥裝置組建預處理裝置。利用此裝置對鍋爐水采取預處理，濾除顆粒狀雜質，經過多次連續沖洗，降低水濁度。

本次實踐應用實驗，對系統預處理裝置進行測試，經過60天的測試觀察，裝置過濾強度滿足處理需求，反洗強度為14L/（s·m2）。對于氣體的反洗，強度達到了17L/（s·m2），膨脹高度大約為50%，具有較高過濾性能。

（三）電站鍋爐水處理

將經過預處理后的反滲透系統搭建于電站鍋爐水處理環境中，設置反滲透膜元件通量為22.4L/（s·m2），出水與進水壓差為0.1MPa，阻垢劑添加量為4mg/L，運行水質處理系統5天，對電站鍋爐水進行處理，結果如表1所示。

通過觀察表1中的數據可知，在反滲透系統控制下，鍋爐水脫鹽率在97.5%以上，滿足鍋爐水處理要求。

（四）工程效益分析

本文設計的鍋爐水處理系統成本為3.52元/m3。其中，折舊費1.90元 /m3，藥劑費0.22元 /m3，人工費0.41元/m3，電費0.99元/m3。在整個工程水質處理中，系統損耗電量費用和設備折舊費用較高，減少了藥劑使用量，按照日處理鍋爐水500m3計算，日耗費用1760元。而傳統鍋爐水處理裝置日耗費用在2000元以上，并且污水處理超標情況頻繁出現，不利于環境保護。所以，無論是費用消耗，還是環境保護，本文設計的反滲透系統優勢更大一些，符合電站鍋爐水處理要求。

四、總結

本文圍繞電站鍋爐水質處理問題展開研究，基于反滲透工藝原理，構建反滲透水質處理系統。以華能長春熱電廠鍋爐水處理工程為例，經過預處理后投入使用。應用結果表明，鍋爐水脫鹽率在97.5%以上，可以有效去除鍋爐水中的雜質，生成用戶用水。與傳統鍋爐水處理裝置相比，反滲透系統裝置成本更低，對提高企業經濟效益有所幫助。

表1 反滲透系統鍋爐水處理數據統計表