超濾裝置在火電廠鍋爐補給水處理系統中的應用

吳雪茹 魚鳳萍

（寧夏電投西夏熱電有限公司 寧夏回族自治區銀川市 750027）

寧夏電投西夏熱電二期2×350MW 擴建項目，鍋爐設計為超臨界直流鍋爐，鍋爐水質要求高于一期系統，因此鍋爐補給水系統根據實際水源、二期項目鍋爐補給水的水質、水量等要求，依托一期現有條件進行了整體增容擴建，在原有的多介質過濾器、反滲透裝置、離子交換器三級水處理的基礎上，新增了超濾裝置。其中超濾裝置作為鍋爐補給水系統的一級水處理設備，主要去除水中的膠體，保證反滲透裝置安全穩定運行，為生產成品水提供品質保障。本文主要對鍋爐補給水系統中增容改造后的主要處理設備——超濾裝置進行應用分析。

寧夏電投西夏熱電有限公司規劃總容量為1100MW，一期容量2×200MW，于2008年投產；二期容量2×350MW，于2018年投產。本項目供熱部分主要是給銀川市民用供熱，其中一期供熱面積895萬m2、二期供熱面積1642 萬m2，近兩年，通過低壓缸切缸改造、電鍋爐等技術改造，總供熱面積已增加至3300 多萬m2，為地方民生和環保做出了突出貢獻。本項目一期設計2×670t/h 鍋爐，二期設計2×1100t/h 鍋爐，項目設計主水源為達力（銀川）污水處理有限公司第三污水處理廠的中水。一、二期熱網補給水量81～162.1m3/h，一、二期機組正常運行水汽損失約為86 m3/h。

1 超濾工作原理及特點

1.1 超濾裝置工作原理

超濾裝置又稱超過濾（簡稱UF），是一種與膜孔徑相關的篩分過程，它的驅動力是膜兩側的壓力，將超濾膜作為過濾介質。超濾膜表面密布有許多細小的微孔，在一定壓力下，當原液流過其表面時，由于水及小分子物質的孔徑小于微孔孔徑，因此水及小分子物質穿過微孔成為透過液，其他大于微孔孔徑的物質則停留在膜的進側液成為濃溶液，因此達到對原液的凈化、分離和濃縮的目的。

1.2 超濾技術特點

傳統的水處理工藝具有運行周期短，成本高，操作復雜等的缺點，而且在處理過程產生廢酸堿對環境造成較大的污染，因此火電廠的安全性、經濟性、環保性在傳統的水處理工藝中實現有一定的難度。與傳統分離方法相比，超濾技術具有設備占地面積小，處理水量大，處理后水質優良，操作簡單、運行成本低廉，環保等特點，主要表現在：

（1）濾過程在常溫下可完成，對原液中的成分無破壞，適合處理熱敏感的物質。

（2）濾過程節能環保，能耗低，在處理過程中無需加熱，無需添加化學試劑、無污染，且原液中的物質不會發生相變化。

（3）濾技術分離效率高，能夠有效回收稀溶液中微量成分，濃縮低濃度溶液。

（4）超濾過程中膜分離的動力僅來自壓力，因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易于控制和維護。

（5）超濾法存在一定的局限性，干粉制劑不能直接得到。對于蛋白質溶液，一般只能得到10～50%的濃度。

1.3 增加二期項目后化水處理系統設計

圖1：化水處理系統示意圖

機組正常運行時，機組的補水主要是鍋爐補水和熱網補水，其中機組補水為除鹽水，熱網補水采用反滲透出水。根據進水水質特點和補水量測算，為保證反滲透進水SDI 要求，采用浸沒式超濾裝置代替多介質過濾器，鍋爐補給水系統新增4 套105m3/h 浸沒式超濾裝置和1 套出力為70m3/h 的反滲透系統。供暖期間，在熱網正常運行的情況下，超濾、反滲透設一套備用，同時系統滿足4 套超濾以及反滲透設備同時運行的能力，滿足機組以及熱網最大補水量的要求。

1.4 工藝流程

二期擴建鍋爐補給水系統改造預留了一期2 號和3 號多介質過濾器，增加了4 套超濾裝置，改造后工藝流程為：循環排污水（地下水）→生水箱→超濾給水泵→自清洗過濾器→浸沒式超濾裝置→清水箱→清水泵→保安過濾器→高壓水泵→反滲透→除碳器→淡水箱→淡水泵→逆流再生陽離子交換器→逆流再生陰離子交換器→混床→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。如圖1 所示。

2 超濾工藝分析

2.1 自清洗過濾器

本套系統在超濾進水前，增加濾網式自清洗過濾器，它可以將原水中體積較大的物質如顆粒性雜志和懸浮物截留去除，使得超濾膜絲不被劃傷或造成破損，保證了超濾進水的安全。在處理系統中每套超濾裝置前配置一臺自清洗過濾器，每臺過濾器設備出力為105m3/h，過濾精度為100μ。該出力同時滿足后續超濾用水和過濾器反洗自用水量之和的要求。

濾網式自清洗過濾器為精確過濾，水中體積較大的顆粒性雜質被截留，在清洗過程中運行壓差或時間控制系統自動進行反洗，使原有性能恢復；在反洗過程中水不斷流，仍然使系統的連續性得到保證。

2.2 超濾步序

新增加的四套超濾裝置并列運行，超濾裝置啟動時，自動進入產水流程，每次產水結束后進行一次反洗，當反洗次數達到設定次數時，在產水流程結束后直接進入維護清洗流程。化學清洗是恢復膜通量的有效手段。維護性化學清洗流程分為酸清洗和堿清洗，清洗頻率根據水質，或具體運行情況來確定，通常每運行40 個周期進行一次氧化劑清洗，每一個月進行一次檸檬酸清洗。

2.3 超濾給水泵控制

超濾給水泵采用變頻控制，兩用一備，一臺超濾給水泵對應兩臺超濾裝置。根據超濾裝置運行數量增加或減少投運的超濾給水泵頻率，在投運超濾裝置前，根據投運超濾裝置數量先選擇需要投運的超濾給水泵，并設置其中一臺為備用泵，再點擊超濾啟動。在運行過程中投運的超濾水泵出現故障，備用超濾給水泵啟動。當一套超濾裝置運行時，投運一臺超濾給水泵，頻率設置為25Hz，當二套超濾裝置運行時，投運一臺超濾給水泵，頻率設置為45Hz，當三套超濾裝置運行時，投運兩臺超濾給水泵，并將后投入的給水泵頻率設置為25Hz，當四套超濾裝置運行時，投運兩臺超濾給水泵，并將后投入的給水泵頻率設置為45Hz。

2.4 超濾產水泵控制

超濾產水泵采用變頻控制，一臺超濾對應一臺產水泵，運行過程中根據生產需求調整超濾產水泵的頻率，頻率最大可設置為40Hz，對應的產水量可達到105t/h。在產水流程中，超濾產水泵受超濾膜池液位連鎖控制，當超濾膜池液位低于L 時，超濾產水泵自動停運。

3 控制系統應用說明

本項目一期鍋爐補給水控制系統采用羅克韋爾公司的RSlogix系列PLC 控制系統，因此從系統兼容及設備維護便利的角度考慮,二期繼續采用羅克韋爾公司的RSlogix 系列PLC 產品。

3.1 PLC系統硬件配置

根據現場擴建設備I/O 點數和控制要求，配置PLC 控制系統的硬件，在原系統電子間配置三面遠程I/O 柜，通過羅克韋爾ControlNet 網絡接入原PLC 控制系統中。超濾裝置順序控制邏輯在原PLC系統控制器中設計編寫，硬件配置上考慮到后期設備的增加，預留了15%的I/O 余量，超濾裝置閥門狀態反饋和指令均通過開關量輸入輸出模塊采集至PLC 控制系統，超濾給水泵采用變頻控制，通過模擬量模塊采集控制給水泵頻率。

3.2 PLC系統軟件配置

在RSlogix5000 編程軟件中設計編寫超濾裝置順序控制邏輯，超濾裝置分為制水和維護清洗兩個順控邏輯步序，維護清洗分為酸清洗和堿清洗步序。在IFIX 監控組態軟件中設計制作超濾裝置監控操作畫面，點擊每套超濾裝置的名稱“#號超濾”彈出該超濾裝置的順控操作畫面如圖2 所示，上部顯示超濾裝置名稱，左側顯示順控步序（制水或維護清洗），每個步序的時間可以點擊時間窗口設置，當順控進行到該步序時該步序變成紅色右側上部顯示操作按鈕，右側下部顯示順控每個步序執行時間，當順控啟動后，每一步設置時間在此進行倒計時。

4 超濾運行的常見問題

4.1 自清洗過濾器的運行維護

水源突然惡化對超濾運行影響極大，因此需保證自清洗過濾設備的良好運行狀態。實際運行過程中當自清洗過濾器壓差過大，自動、手動反洗都無法降低壓差時，應及時聯系檢修對自清洗顧慮器進行拆卸清洗，防止對膜組件不可挽回的損傷。

4.2 超濾膜組件的運行維護

（1）超濾膜組件的質量好壞直接影響水處理系統的安全、穩定、經濟運行，在高強度的清洗條件中膜組件需具有優良的機械穩定性和化學穩定性，才能保證斷絲率在高強度的反洗和曝氣沖刷中極小，壓力損失小并且清洗方便。

（2）當超濾膜絲由于操作或保存的因素而意外造成的干燥失水，會導致膜孔塌陷、閉塞，這種損失不可恢復且無法修復，使得膜完全報廢，所以在實際運行過程中，當超濾維護清洗后，膜池處于排空狀態，操作人員要及時注水，防止膜絲長時間暴露于空氣中。

（3）當超濾裝置不可避免的需要停運時，需對膜及系統進行停運保護，同時對超濾組件進行充分清洗，這可以保障設備長期穩定的運行。

4.3 超濾自動化運行過程中的問題及處理

（1）超濾設備的自動化水平高，系統及程序設計要科學、嚴謹。超濾運行及反沖洗交替運行時間需合理設置，每個步驟需要的控制時間根據水質進行靈活調整，投運步驟的閉鎖條件需根據設備運行狀態進行設定，進而設備的自動投入率可得到提高。

（2）液位L 的設置。在調試過程中，L 的設置應高于膜絲的實際安裝高度。在超濾產水流程的下降過濾步序，若超濾膜池液位低于膜絲高度，膜絲暴露在空氣中使得產水泵進氣，產水量下降造成程序無法進行，影響正常運行。

（3）維護清洗后啟動制水流程，常出現超濾產水泵出現產水量不足的現象。經分析得知是超濾產水泵進氣所導致，因此每次對超濾維護清洗后都需對產水泵進行排氣。

（4）根據本項目特點，二期項目設計階段從節水方面進行了論證分析，根據現場實際，同時設計了城市中水（循環水排水）做為備用水源（實際未應用）。如果下階段，公司啟用城市中水做為備用水源，就需要在處理工藝中增加預處理設備，城市中水先通過預處理設備進行預處理，使水質達到超濾設備要求的入口水質，然后再通過超濾裝置進行處理。

5 小結

在本項目二期擴建工作中，鍋爐補給水處理系統于2016年先期進行了安裝、調試、試運行。系統運行以來，超濾裝置正常穩定，出口水質滿足設計要求，控制系統自動化程度高、易于操作和掌握。超濾裝置可以對大量水進行處理且處理后的水質優良，它具有占地面積小、操作簡單、運行成本低等優點，給火電廠鍋爐補給水處理工藝路線提供了很好的支持。