生物質(zhì)電廠(chǎng)除鹽水處理方法

0 前言

生物質(zhì)發(fā)電起源于20世紀70年代，自90年代以后在國外得到大力發(fā)展。近幾年，國內生物質(zhì)發(fā)電迅速發(fā)展，單臺30MW發(fā)電機組需要除鹽水約10m3/h，其超高壓高溫鍋爐要求補給水質(zhì)量標準為電導率≤0．2μS/cm，二氧化硅≤20μg/L。對于傳統的離子交換除鹽系統，全膜法水處理以占地面積小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢，特別適用于小出力的除鹽系統。全膜法水處理中的超濾、反滲透和EDI（連續電除鹽裝置）在國內大型火電機組中已有成熟的應用。

1 全膜法系統介紹

全膜法工藝流程見(jiàn)圖1。

 如圖1所示，超濾可去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)，降低濁度，滿(mǎn)足反滲透進(jìn)水條件；反滲透能選擇性地去除98％以上的無(wú)機離子，但達不到超高壓鍋爐用水要求；脫氣膜去除水中的二氧化碳，減輕后續EDI裝置的負擔，EDI裝置將傳統的電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)結合起來(lái)，進(jìn)行深度除鹽，出水達到鍋爐用水標準。電廠(chǎng)使用的超濾、反滲透、脫氣膜以及EDI裝置參數見(jiàn)表1。

表１　應用膜的種類(lèi)及參數

 超濾和反滲透是以壓力為驅動(dòng)力，促使膜截留物質(zhì)，為物理分離過(guò)程，超濾為低壓驅動(dòng)，反滲透為高壓驅動(dòng)。脫氣膜在電廠(chǎng)水處理領(lǐng)域運用較少，它是利用擴散的原理將水中的氣體去除，脫氣膜內裝有大量的中空纖維，水分子不能通過(guò)中空纖維上的小孔，而氣體分子能通過(guò)。工作時(shí)，水流在一定的壓力下從中空纖維的里面通過(guò)，而中空纖維的外面在真空泵的作用下將氣體不斷地抽走，形成一定的負壓，水中的氣體不斷向外溢出，去除水中氣體。脫氣膜能去除約85％的二氧化碳，當進(jìn)水二氧化碳低于15mg/L時(shí)，出水二氧化碳可以小于2mg/L。EDI裝置是利用兩端電極高壓使水中帶電離子移動(dòng)，并配合離子交換樹(shù)脂及選擇性樹(shù)脂膜以加速離子移動(dòng)去除，生產(chǎn)出合格除鹽水。

2 全膜法系統設計思路

電廠(chǎng)鍋爐補給水通常要求較高的水質(zhì)，除鹽系統可以選擇傳統的陰、陽(yáng)離子交換器和混合離子交換器工藝，或者選用超濾、反滲透和EDI工藝。傳統離子交換除鹽系統應用相當廣泛，但仍然有不足：占地面積大，廠(chǎng)房投資較高；樹(shù)脂再生時(shí)消耗大量酸堿，并排放大量酸堿廢水，污染環(huán)境。近年來(lái)，膜在水處理領(lǐng)域運用越來(lái)越多，成本也逐漸降低，因此在生物質(zhì)電廠(chǎng)除鹽系統中優(yōu)先選用全膜法。

在本單元承接的這批生物質(zhì)電廠(chǎng)設計了系統出水10m3/h的超濾、反滲透、脫氣膜和EDI設備，同時(shí)選配了相應的水泵、水箱、化學(xué)加藥和清洗裝置。原水經(jīng)過(guò)混凝、澄清和過(guò)濾去除大部分懸浮物、膠體等物質(zhì)，再在蒸汽加熱器里將溫度升至25℃后進(jìn)入化學(xué)除鹽系統，化學(xué)除鹽系統主要設備參數見(jiàn)表2。

表２　化學(xué)除鹽系統主要設備參數

 因本批設計興建的生物質(zhì)電廠(chǎng)有20多個(gè)，設計中選擇了兩種設備布置方式（見(jiàn)圖2），一種是按照工藝流程布置（見(jiàn)圖2a），主體設備、超濾、反滲透等裝置均布置在化水車(chē)間內，除鹽水箱容積較大布置在室外，該布置方式緊湊，占地面積小，約450m2，前期電廠(chǎng)采用該布置方案，后續設計中進(jìn)一步優(yōu)化后占地面積可達400m2，該優(yōu)化過(guò)程是合理調整設備的間距以及相應廠(chǎng)房的大小，達到降低投資造價(jià)的理念，后期建設的電廠(chǎng)主要采用優(yōu)化后的布置。另一種布置方式是按設備功能布置（見(jiàn)圖2b），主體設備在化水車(chē)間，水箱均布置在室外，水泵全部布置在泵房。該布置方式操作空間大，較美觀(guān)，但占地面積大，約520m2。

 為了節約用地和投資成本，選擇按工藝流程布置，如果不考慮用地和成本因素，建議按照設備功能布置。本批次設計中大部分電廠(chǎng)按工藝流程布置，小部分電廠(chǎng)按設備功能布置。

3 全膜法系統流程對比

根據進(jìn)水水質(zhì)設計了3種工藝流程，當進(jìn)水含鹽量分別為低、中、高時(shí)，分別設置單級反滲透、單級反滲透＋脫氣膜、兩級反滲透，見(jiàn)表3。在工藝流程的選擇上，按照水源水質(zhì)和投資經(jīng)濟性?xún)蓚�(gè)主要因素來(lái)進(jìn)行選擇。

表3　3 種工藝系統流程

 表3中3種工藝流程的區別在于超濾和EDI之間的設備設置不同，當只選用單級反滲透時(shí)，可以簡(jiǎn)化工藝流程，節省占地投資；當選用單級反滲透＋脫氣膜時(shí)，省去設置二級反滲透時(shí)相應水泵和水箱，投資造價(jià)低于兩級反滲透；相對前兩種工藝，采用兩級反滲透工藝流程最復雜，價(jià)格最高，大型電廠(chǎng)量大，對水質(zhì)要求也高，采用兩級反滲透可以提高反滲透出水水質(zhì)，是國內大型電廠(chǎng)一直使用的成熟工藝流程。

3種工藝流程在各生物質(zhì)電廠(chǎng)均有設計應用，在本批次已調試和運行的20多個(gè)電廠(chǎng)中，出水水質(zhì)能達《火力發(fā)電汽動(dòng)力設備水汽質(zhì)量》（GB/T 12145—2008）中電導率≤0．2μS/cm和氧化硅≤0．2μg/L的要求。從目前運行情況來(lái)看，真空泵經(jīng)常過(guò)載，脫氣膜運行不是很穩定，脫氣膜的效果不是很明顯，是否設置脫氣膜裝置有待商榷。按照反滲透一年99％脫鹽率和三年97％脫鹽率設計，建議當進(jìn)水電導率高于300μS/cm時(shí)，設置兩級反滲透；當進(jìn)水電導率低于300μS/cm時(shí)，設置單級反滲透。

4 全膜法處理水水質(zhì)要求

部分電廠(chǎng)調試期間各膜設備主要進(jìn)出水水質(zhì)要求見(jiàn)表4。

表4 膜設備主要進(jìn)出水水質(zhì)要求

 除鹽預處理系統為一體化凈水器，集混凝、澄清和過(guò)濾為一體，設備運行時(shí)投加混凝劑（聚丙烯酰胺）和助凝劑，使出水濁度＜5NTU，運行過(guò)程中要注意混凝劑投加量（一般為10～30mg/L），防止投加過(guò)多，造成對后續超濾的影響；超濾運行的過(guò)程中需定期反洗和投加鹽酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉等化學(xué)藥劑進(jìn)行加強反洗，使超濾出水濁度＜0．2NTU，SDI＜3，滿(mǎn)足反滲透進(jìn)水條件；反滲透進(jìn)水投加還原劑和阻垢劑均為1～5mg/L，其中還原劑消除氧化劑對反滲透膜的影響，阻垢劑減輕膜結垢的傾向；未設置脫氣膜的單級反滲透裝置，在進(jìn)水處投加堿，以減少二氧化碳的生成，減輕后續EDI設備除鹽的負擔；現場(chǎng)調試時(shí)的單級反滲透出水電導率在5μS/cm左右，滿(mǎn)足EDI進(jìn)水要求，EDI的操作電流建議設置在4A左右，若電流低，電離的H＋、OH－少，再生效果會(huì )變差，若電流過(guò)高，則會(huì )影響EDI的壽命和經(jīng)濟性。

5 問(wèn)題分析與解決措施

（1）調試期間不具備蒸汽使用條件，生水加熱器無(wú)法投入運行，生水加熱器可將高溫蒸汽與生水混合以提高水溫，達到膜系統的最佳水溫25℃。冬天水溫較低，對膜的通量造成影響，如果在設計出力10m3/h下運行，會(huì )加快膜通量的衰減。當水溫從25℃下降到5℃時(shí)，在同樣操作條件下，水量會(huì )衰減到正常水量的50％以下，嚴重影響制水量，如果在額定出力下運行，需要增加膜的壓差，造成膜快速污染和影響膜的壽命。為了保證膜的長(cháng)期穩定運行，在調試期間當水溫低于15℃且生水加熱器未投運時(shí)，建議系統略低于設計出力下運行，如選擇8m3/h或更低，保證反滲透膜壓差低于0．1MPa。

（2）部分電廠(chǎng)設備調試期間，控制系統不具備運行條件，采用手動(dòng)操作，未做連鎖和各種保護，易誤操作對設備造成損壞�？刂葡到y是影響工藝系統穩定運行的重要因素之一，如各設備進(jìn)水水質(zhì)要求設定值、壓差設定值、各保護設定值，保證設備處于安全狀態(tài)，在未投入程控的前提下，調試運行易產(chǎn)生誤操作，對設備造成損害，而且無(wú)運行數據可查。

工藝設備安裝完成后，而控制系統未安裝完成或未投入運行時(shí)，為了及時(shí)調試制出合格水，工作人員可就地啟動(dòng)設備，調試制水。超濾、反滲透和EDI運行期間，當進(jìn)水未能滿(mǎn)足表4進(jìn)水要求或膜壓差超過(guò)其運行允許值時(shí)，工作人員未能及時(shí)發(fā)現并停止設備運行，會(huì )影響膜的壽命。超濾啟動(dòng)后，需要間隔30～45min對超濾反洗和定時(shí)化學(xué)加強洗，在未投入控制系統的前提下，需要人為計時(shí)操作，按運行流程手動(dòng)開(kāi)啟相應閥門(mén)，化學(xué)加強洗的同時(shí)需要依次開(kāi)啟超濾加酸、加堿、加次氯酸鈉計量泵，反滲透需要與還原劑和阻垢劑計量泵做控制連鎖，同步啟停。水箱和水池必須同相應水泵做控制連鎖，低液位時(shí)不能啟泵，高液位時(shí)不能進(jìn)水。建議正式運行前，必須投入控制系統。

（3）部分電廠(chǎng)加藥系統不完善，未投加或投加不準確，易對水質(zhì)產(chǎn)生影響，縮短設備的壽命。一體化凈水器根據系統進(jìn)水調節加藥量，加藥量在10～30mg/L之間，若不加藥，出水濁度達不到超濾進(jìn)水條件，若加藥量過(guò)高，易造成超濾膜壓差上升快，出水SDI偏高，達不到反滲透進(jìn)水條件。超濾要定時(shí)投加一定濃度的酸、堿、次氯酸鈉進(jìn)行化學(xué)加強洗，避免膜污染。要嚴格按照膜廠(chǎng)家推薦的加藥方式和投加量來(lái)運行，以免影響膜的使用壽命。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

6 結語(yǔ)

針對水源水質(zhì)的不同，設計了3種膜法除鹽工藝流程，2種布置方式，同時(shí)應用于各生物質(zhì)電廠(chǎng)。生物質(zhì)電廠(chǎng)采用全膜法處理工藝，系統運行穩定，出水電導率≤0．2μS/cm，二氧化硅≤20μg/L，完全滿(mǎn)足鍋爐用水要求。建議全膜法不采用脫氣膜設備，當進(jìn)水電導率≤300μS/cm時(shí)，設置單級反滲透，當進(jìn)水電導率＞300μS/cm時(shí)設置兩級反滲透。全膜法處理工藝自動(dòng)化程度高，維護方便，占地面積小，在生物質(zhì)電廠(chǎng)10m3/h的除鹽系統中有著(zhù)廣泛的應用前景。