江西分宜电厂锅炉补给水处理系统技术经济比较专题报告

江西分宜电厂锅炉补给水处理系统技术经济比较专题报告

宋震方

中国电建集团江西省电力设计院有限公司 江西省 南昌市 330096

【内容摘要】 根据超超临界机组水汽品质要求，针对本工程水源水质特点，就锅炉补给水处理系统预处理系统和除盐系统分别进行技术经济比较，最终推荐 “超滤+反渗透+一级除盐+混合离子交换器”方案作为本工程锅炉补给水处理系统最优方案。

本工程2×660MW机组设计采用高纯水作为补给水，并对锅炉水在正常运行时采用OT处理方式，炉水的缓冲性较小，其水、汽品质受微量杂质的影响较大，成为影响腐蚀的要素之一。在OT处理方式下，要求保证给水的电导率0.15s/cm，否则将会影响碳钢表面磁性氧化铁保护膜的形成，并使氧化还原电位下降。电导率反映了水汽中杂质含量的多少，这些杂质一个主要来源是随补给水带入的，特别是易在汽轮机叶片上沉积、腐蚀的NaCl、硅酸化合物、TOC等物质。因而，控制锅炉补给水的品质，采用合适的水处理系统是需要认真分析和研究的。

1 水源及水质

本工程采用江西袁河水，该水质为典型南方地表水，具有低含盐量、低硬度、二氧化硅含量高的特点。

对于直流炉而言，给水中的硅酸化合物在蒸汽中的溶解度很大，给水中所含的硅酸化合物几乎能全部被蒸汽带到汽轮机中，因此，水处理系统若不能有效地去除硅，将直接导致蒸汽的含硅量不合格，进而导致汽轮机中沉积硅垢。本工程现有水质报告中原水全硅含量最大达到12.08mg/L，活性硅含量达到8.56mg/L，占阴离子含量分别为8.9%和6.4%，因此硅的去除是本工程锅炉补给水处理系统应当重点考虑的问题。

有机物的污染对水处理系统的选择乃至于机组的安全运行都有重大的影响，我国“火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量”（GB/T12145-2008）要求给水的TOC 200g/L，有机物的污染也是不容忽视的问题，且除盐系统中有机物的去除仅能利用阴树脂吸附和反渗透进行处理，因此，合理选择除盐系统处理工艺，对提高TOC的去除率具有重要意义。

下面将对预处理系统及除盐系统的选择分别进行描述。

2 预处理系统的选择

预处理系统主要用于截留净化后水中的悬浮物、胶体、有机物，降低浊度和SDI值，使其满足后续除盐系统的进水水质要求。

2.1 预处理系统的选择

本工程预处理系统按以下2种方式考虑：

方案一(超滤系统)：澄清后来水纤维过滤器清水箱自清洗过滤器超滤装置（UF）超滤水箱超滤水泵除盐系统。

方案二(常规过滤系统)：澄清后来水纤维过滤器细砂过滤活性炭过滤过滤水箱过滤水泵除盐系统。

方案一为膜处理方案，方案二为传统的预处理方案。

2.2 预处理方案技术经济比较

3.2.1 超滤处理系统(方案一)

超滤(UF)是一种受压力驱动的膜处理工艺，可以有效的分离0.001～0.05m的分子和大分子。超滤膜可以过滤截留掉各种病原体、胶体物质、大分子有机物和悬浮颗粒，即可基本去除所有非溶解物质。超滤膜呈真空毛细管状，管壁密布微孔，原液通过一定的压力，靠膜的筛分，使溶液及小分子溶质透过膜，而原液被浓缩，达到将非溶解性物质从水中分离的目的。

（1）UF技术除胶体硅的可行性

胶体颗粒的直径在0.0010.1m之间，本工程预处理的重点是去除胶体硅以及保证反渗透膜的安全运行，而胶体硅的粒径通常小于0.1m，并常常与铁、铝等离子结合。根据超滤膜的特性，其过滤精度达到0.01m，理论上来说可以去除99%以上的胶体硅和全部的细菌、病毒、藻类、悬浮固体等。通过对国内外使用UF系统的资料查阅和调查，胶体硅的去除率高达90%，且处理后的水质稳定，SDI值保持在1以下，因此，UF是一种高效去除胶体硅及其它非溶解性物质的技术。

（2）UF技术对有机物的去除

有机物的种类繁多，分子的大小也不统一，超滤膜的特性决定了它只能去除大分子有机物，而对溶解性的有机物却不能去除。UF膜对TOC的去除率为025%，使用混凝剂可以使TOC的去除率达到25%50%。但超滤膜具有抗氧化性强的特点，瞬时余氯的耐受浓度可达100ppm，因此，采用UF系统做水质预处理时，可对原水进行氯化处理以去除部分有机物。

2.2.2 常规过滤系统 (方案二)

由于原水的浊度较低，方案二采用细砂过滤+活性炭过滤的精过滤方法。根据相关数据表明接触混凝、过滤，非活性硅的去除率约60%，还需要控制好凝聚剂种类、加药量、pH值、进水浊度、反应时间、运行流速。由于低浊度水絮凝处理过程中，难以形成大颗粒絮凝物，则无法有效的网捕胶体颗粒及SiO2和有机物等，势必增加药量，将影响后续传统过滤负荷。则本工程为进一步消除有机物等的影响，本方案采用活性碳过滤器。

2.2.3 技术经济比较

（1）对原水水质适应性：

地表水往往受环境、气候、季节等的影响较大，水质有一定的波动，尤其是水中有机物和胶体物质。UF系统对原水水质的适应性较好，可不受水质波动的影响，而水源水质的波动却常常使常规系统无法正常运行,特别是低浊度的水源，由于低浊度水的混凝澄清效果不理想，水质波动对加药量和澄清效果影响较大，将直接影响有机物和胶体的去除，故对目前的水质，UF更加经济、简单，且能完全保证反渗透进水水质要求。

（2）出水水质

超滤系统的出水水质大大优于常规系统的出水水质。

（3）对除盐系统的影响

无论采用何种除盐系统，预处理的好坏都会直接影响除盐系统的出水水质。从出水水质可看出，UF技术能有效的去除胶体物质和大分子有机物等污染物的影响，使后续除盐系统安全、有效的运行。而常规处理，由于其对轻质胶体及有机物的处理能力较差，对后续除盐系统的影响较大，甚至使除盐系统无法正常运行。以RO除盐系统为例，由于RO膜的特性，它既脱除了盐类，又滤除了胶体和有机物，因而膜很快被污染，污染后的膜由于无法反洗和用氧化剂清洗，膜的寿命会很快衰竭。实践表明，采用UF做为RO的前级处理，可使产水量提高1525%，膜寿命提高50%，化学清洗的次数可以降到每年一次。所以，将SDI值降低到2以下（越低越好），将使RO膜获得巨大的经济效益。

（4）占地面积

UF系统模块化的设计使得其体积小，便于施工安装和管理，而常规系统设备庞大、数量多，占地面积大，二者占地面积的系数分别为： 0.64（方案一）和1（方案二）。

（5）运行控制

UF系统因膜表面的孔隙大小是主要的控制因素，故其运行控制较“方案二”要简单的多，对于本工程这样的水源，在UF前不需做复杂的预处理，运行控制更加简单，可实现整套系统的全自动运行。而“方案二”的运行控制却要复杂、困难的多，尤其是受水源季节性等影响因素多，运行更加不稳定。同时，“方案二”通常设备庞大、复杂，不易控制，全自动控制实现困难。

（6）系统投资

2.2.3 结论

通过上述的分析和比较，UF虽然在综合年费用上稍微较高，但UF在技术上、运行管理上以及控制水平上都较常规系统有较大的优越性，而且能保证后续RO系统能安全稳定的运行，延长反渗透膜的寿命。对于本工程水质条件，UF技术有更大的安全性和适应性，因此，预处理系统选择方案一：即UF系统。

3 除盐系统的选择

3.1 目前采用的除盐技术简介

3.1.1 反渗透系统

反渗透（RO）也是靠压力和膜来进行物质分离的，与UF膜相比，其膜孔径在0.00020.001m，因此，反渗透的主要对象是分离溶液中的离子范围。反渗透可以去除水中的离子等一切杂质，尤其是用一般的方法不易去除的胶体物、有机物、铁离子、二氧化硅等。它是用足够的压力使溶液中的溶剂（水）通过反渗透膜而分离出来，因此渗透压的大小是控制的主要因素。不同的物质有不同的渗透压，只要对进水施加大于渗透压的压力，就可以用反渗透的方法达到物质分离的目的。

3.1.2 离子交换系统

离子交换除盐原理是利用阴、阳树脂作为载体的(OH)-和H+离子交换基团分别与水中的阴离子和阳离子发生交换反应，去除水中的盐分制取纯水。这种工艺是目前广泛采用也是最为成熟的除盐方法。如原水含盐量低，经计算系统运行周期不小于12h，都可以采用此种工艺。而且混床是无数阴阳离子交换反应，所以混床出水水质一般较好。但是离子交换再生将消耗大量酸碱以及产生大量酸碱废水，处理困难和对环境不太友好。离子交换系统由于其出水稳定，运行维护简单，设备可靠性高，一直都是水处理系统设计的首选。但由于二级除盐系统TOC去除率约为90%，高TOC水质情况下，系统出水无法满足高参数机组要求。

3.2 除盐系统技术经济比较

3.2.1 系统方案选择

本工程锅炉补给水处理除盐系统拟定二个方案如下：

方案一：超滤水泵→保安过滤器→反渗透高压泵→反渗透装置→淡水箱→淡水泵→强酸阳离子交换器→强碱阴离子交换器混合离子交换器除盐水箱除盐水泵主厂房用水点

方案二：超滤水箱→超滤水泵→一级保安过滤器→一级反渗透高压泵→一级反渗透装置→一级淡水箱→一级淡水泵→二级反渗透高压泵→二级反渗透装置→二级淡水箱→二级淡水泵→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房用水点

本专题拟对锅炉补给水处理系统设计按以上2个方案进行技术经济比较，以获得最佳设计方案。系统出力按64t/h设计。

3.2.2 各方案主要配置

方案一的主要设备如下：

方案二的主要设备如下：

表4-2

注：由于除盐系统回收率不一致，会导致经济比较中预处理系统费用差别，故将超滤出力列入除盐系统比较

3.2.3 除盐系统技术经济比较

以下对方案进行技术经济比较：

(1) 占地面积和厂房体积：采用了设计优化后，两个方案的占地面积基本相当，由于膜系统采用单元模块化设计，设备净空要求低。因而厂房体积略小。

本工程两个方案占地面积相当，但方案一采用离子交换系统，虽然对车间布置做了优化，但离子交换设备间梁下弦标高要求高，所以厂房体积比方案二稍大。

(2) 运行操作和控制：两个方案均为膜系统与离子交换系统方案，其优点主要为技术成熟、普及较高，再生过程维护繁琐。

(3) 出水水质：由于两个方案末级均采用混床方案，两个方案出水水质均能满足该机组要求。

(4) 环保效益：方案二采用二级反渗透代替离子交换进一步除盐，减少了酸碱废水排放，对环境的保护有利。

(5) 安装费用：方案二采用单元模块化设计，可使系统管道、附件、阀门等大大减少，方案一设备连接点多，管道数量、管道形式、阀门数量也相应较多。安装费用相对较高，安装周期相对较长。

(6) 系统投资分析

表3-4

3.2.3 结论

以上二种方案由于深度除盐采用混合离子交换器方案，故两种方案出水水质均能满足超超临界机组对水质要求，方案一运行操作步骤较复杂，但是技术成熟可靠，有成熟的运行经验和操作规程，方案二采用二级反渗透代替一级除盐，酸碱废水量进一步减少，环保效益高，但方案二投资及综合年运行费用比方案一高，故本工程锅炉补给水除盐系统推荐采用方案一：一级反渗透+一级除盐+混合离子交换器工艺。

4 总 结

经过以上论述，本工程锅炉补给水处理系统推荐采用超滤+一级除盐+混合离子交换器工艺，该工艺技术成熟可靠，能较彻底的解决本工程水质的硅、有机物等污染物的问题，提高机组水汽循环的品质和安全性。