膜法水处理技术在小型热电厂除盐水改造中的应用

黄群

中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，福建省 福州市 350003

摘要：结合福建地区几个小型热电厂锅炉补给水处理系统运行的特点，分析其存在的问题并提出改造方案。

关键词：热电厂；锅炉补给水处理系统；超滤；反渗透

1 引言

随着我国经济的快速发展，以及对环保要求的日益提高，工业企业对供热的需求也日益增加，热电厂也随之不断扩建以适应经济发展的需要。早期由于锅炉补给水处理系统的建设规模未必考虑到这些变化，且主要设备大都服役年限已久，存在出力不足、出水水质不佳、不符合环保要求等问题，这些将影响机组的安全、经济运行，并影响电厂对外供热的稳定性和可靠性。另一方面，国家对电厂建设的节水减排提出了更高的要求^[1]，因而有必要对锅炉补给水处理系统进行改造。

2 现有锅炉补给水处理工艺

由于小型热电厂锅炉对水质要求不高，相应地对锅炉补给水的水质要求也不高。如福建某热电厂锅炉采用高温超高压循环流化床锅炉，单台最大连续蒸发量150t/h，主蒸汽压力12.8MPa，根据GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》规定，锅炉补给水质量标准如表1所示。

表1 补给水质量标准

福建地区的原水水质又是属于“好”的，如上述的热电厂原水的水质分析报告如表2所示。

表2 某电厂原水水质全分析报告

福建地区地表水具有含盐量少的特点，而离子交换设备具有一次投资少、耗水量少等优点，因此福建早期的小型热电厂锅炉补给水处理系统大都采用一级除盐加混床系统，其工艺流程为：地表水经混凝、澄清、过滤后→清水箱→清水泵→活性炭过滤器→强酸阳离子交换器→除碳器→中间水箱→中间水泵→强酸阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。

一级除盐加混床系统的离子交换树脂再生剂采用氢氧化钠和盐酸。

3 现有锅炉补给水处理系统的特点和存在的问题

1）处理水量大，补水率高。以福建某热电厂为例，1台17MW和1台20MW供热机组和2台150t/h锅炉的热电厂锅炉补给水量约250t/h，补水率高达80%。因此，原水水质对系统的影响很大，尤其是福建地区地表水硅含量相对较高，容易导致补给水硅含量超标。如高温超高压机组补给水的二氧化硅标准为20μg/L，表2所示原水的非活性硅含量为8.93mg/L。如果锅炉补给水处理系统按90%的硅去除率计算，其出水二氧化硅含量为89.3μg/L，大于规定的20μg/L，因此用一级除盐+混床的处理工艺（胶体硅去除率约90%）无法满足要求。

2）废水产生量多且水质差。单纯的一级除盐加混床系统正常运行时产生大量的再生酸碱废水，如处理水量为250t/h的锅炉补给水处理系统的再生废水量，以自用水率10%计，约为25t/h。该废水除部分用于渣仓搅拌机调湿、输煤系统除尘及灰库调湿等外，其余大部分都回用于脱硫吸收塔。由于再生废水氯离子含量高（某电厂正常运行时氯离子高达2000多mg/L），一方面严重腐蚀输水管道和设备，另一方面若直接回用至脱硫吸收塔，浆液中的氯离子将快速上涨，使脱硫吸收塔浆液产生大量黑泡，严重时还会引起浆液中毒，产生的脱硫废水量也大，脱硫废水亦无法有效消耗。如若实现“零排放”，也将使投资大幅度提高。

3）酸碱消耗量大，且使用受限，树脂处置难度大。离子交换树脂再生需要消耗大量盐酸和氢氧化钠，采购、运输盐酸等化学药品存在审批、安全等方面的诸多限制。树脂运行一段时间，理化性能达到报废标准需进行更换，更换下来的树脂属于危废品，处置难度和处理费用均较高。

4）自动化水平程度较低，树脂再生操作频繁复杂，需要人工监视操作，人力投入较多^[2]。

4 锅炉补给水处理系统改造

针对福建地区地表水水质特征、供热机组特性及现有锅炉补给水处理系统存在的问题，设计采用超滤+一级反渗透对锅炉补给水处理系统进行改造，其具体工艺流程为（带下划线部分为新增设备）：

地表水经混凝、澄清、过滤后→清水箱→清水泵→活性炭过滤器→叠片式过滤器→超滤膜装置→超滤水箱→一级反渗透给水泵→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透高压泵→一级反渗透膜装置→反渗透水箱→反渗透淡水泵→阳床和混床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。

为提高原水的回收率，增设一套反渗透浓水回收装置，浓水回收工艺流程如下：

反渗透膜装置产生浓水→浓水回收水箱→浓水反渗透给水泵→浓水反渗透保安过滤器→浓水反渗透高压泵→浓水反渗透膜装置→反渗透水箱。

改造后的锅炉补给水处理系统预脱盐采用反渗透膜处理设备，其对胶体硅的去除率达100%，可以满足机组对二氧化硅的要求；且反渗透出水的含盐量很低，混床运行周期也在7-14天以上，再生频率低，所需要的酸碱量较一级除盐+混床的方案少很多。再生废水产生量少，不足处理水量的1%，该部分废水与反渗透浓排水等其他废水掺混后基本不影响废水的性质。此外，该方案无需拆除原有设备，由于福建地区地表水含盐量低，正常运行时反渗透产水可以直接进入混床，而当原水水质恶化时，再投入一级除盐设备。这样切换运行的方式不仅可以很好的适应原水水质的波动，而且还可以充分利用原有设备。锅炉补给水处理系统经改造后，服役年限久、故障率高的设备也可以逐步退出系统，待所有离子交换设备退出后，还可更换自动化程度高的电除盐装置。

5 结语

随着电厂节水减排的要求越来越严格，热电厂原有一级除盐+混床的系统已无法满足要求，福建地区越来越多的电厂提出了锅炉补给水处理系统改造的需求。而采用增设超滤+反渗透的方案不仅合理地保留了原有的离子交换系统，也有效地节约了地表水的取用，大大减少酸碱的消耗，废水得到充分的再利用，减少了废水的排放，是一个合理的锅炉补给水改造系统。

参考文献

[1]李玉磊，霍书浩等。锅炉补给水处理系统的扩建方案与优化设计[J]。广州化工，2009，37（4）：56。

[2]朱民，陈百恒等。锅炉补给水处理膜法和离子交换法的技术经济比较[J]。工业用水与废水，2014，45（5）：44。