摘要：结合某热电联产项目，论述了以反渗透装置为主体的锅炉补给水处理系统的设计思路，并根据工程设计过程中的理论分析和实践验证，从合理设计系统管路、优化加药点布置、控制水中二氧化碳含量、完善深度除盐系统等角度提出了一些设计的关注点和优化点。
关键词：反渗透；锅炉补给水；水处理；设计优化
随着环境保护和资源节约意识的逐渐强化以及工业水处理技术的快速发展，各种膜处理技术正逐步结合或取代离子交换除盐技术，为现代高参数发电机组提供更为高品质、稳定可靠的补给水来源。其中尤以反渗透（RO）技术的应用最为迅猛。本文结合某热电联产项目，论述以反渗透装置为主体的锅炉补给水处理系统的设计及其优化。
1 以反渗透为主体的锅炉补给水处理系统的确立
该热电联产项目装机容量为２×３５０MW燃煤发电机组，锅炉补给水处理系统原水采用长江水，锅炉补水量６８５m３／h，考虑到锅炉补给水系统的自用
水量，水处理系统容量为７５３m３／h。反渗透技术是利用半透膜选择性地透水而不透盐的特性，通过施加一个超过渗透压的外压，实现水的脱盐。它对胶体、小分子物质和离子态物质具有良好的截留能力，故而是替代一级复床除盐的一个较好选择，尤其对于海水、苦咸水、中水等水源来说，更是实现其预脱盐的重要手段之一。与常规离子交换设备相比，反渗透装置的布置更为集约，占地面积更小，节省酸碱消耗，对水中如TOC、硅、二价盐类等杂质的去除效果更好。
以TOC的去除为例，通过对多家电厂的水质进行调查发现，由于工业化污染严重，电厂原水中有机物含量普遍较高，有机物的组成较为复杂，且随季节变化波动明显。经过预处理和除盐处理后，离子交换处理系统的新制除盐水TOC普遍都超过了２００μg／L，显然已经无法满足１８.２MPa以上机组锅炉的补给水要求，而采用了膜处理装置除盐的系统，其新制除盐水TOC均小于２００μg／L。
本工程为超临界直流炉，原水TOC含量达６０３０μg／L，对离子交换系统的压力很大。加之本项目锅炉补给水处理量为７５３m３／h，若完全采用离子交换处理，系统将十分庞大，特别是大流量的离子交换设备由于直径太大，如果运行管理不善，很容易出现偏流和布水集水装置损坏等问题，影响出水水质。因此，根据工程的实际情况，综合考虑运行管理、维护、用地、劳动安全与卫生等因素，选择以二级反渗透替代一级复床，以混凝澄清后的清水经超滤装置后作为其进水，构成锅炉补给水处理系统脱盐的主体设备。
2 反渗透系统设计及优化
２.1 合理设计系统管路
合理设计反渗透系统管路，其根本目的在于保障膜系统元件的安全，提高产水品质，延长膜元件使用寿命，从而提高电厂的经济效益。具体来说，需要从以下几个方面着手：
（１）需要防止水锤、背压过高、失水进气等原因造成膜元件的损坏。这就要求在设计进水母管和支管时合理选择管径和壁厚，依据中阻力配水原则，实现均匀配水。对于采用母管制的反渗透系统，应尽量选取较大管径的进水管，并选用相同型号的泵，以稳定进水流速。出水管路宜尽量选取较低的水流速度，以稳定产水的水流状态。每套反渗透装置出水管上均应设置止回阀或自动关断阀，防止突然启停时水锤或过高背压的冲击。抬高浓水、淡水、冲洗、化学清洗等管道接口的高度，达到利于排气、破坏虹吸、防止淡水侧背压过高以及防止膜元件失水等目的。相应地，反渗透进出水、冲洗、化学清洗等管道的母管也应抬高至反渗透框架以上，理顺管道走向，减少弯头数量。反渗透产水箱宜从上部进水，以稳定反渗透产水液位，防止液压波动对反渗透设备造成不良影响。
（２）合理选择材料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆管道优先选用耐腐蚀的不锈钢材料，避免使用碳钢材料，以免铁的腐蚀产物进入膜装置，加速膜的老化。如需考虑成本问题，可以将保安过滤器之前的进水母管以及产水管道更换成耐腐蚀且内衬层不易老化脱落的衬塑管道。本工程中，反渗透系统管径大于DN３００的进出水母管都采用了钢衬塑管，中间连接管道采用S３０４０８不锈钢管，既避免了管道腐蚀和内衬层老化脱落的危害，又控制了成本。
（３）优化设计化学清洗管路。超滤和反渗透装置均应设置专门的固定清洗装置，定期对膜元件进行化学清洗。一般两者共用一套化学清洗装置，而两者所用的化学清洗药剂又有所不同。超滤的化学清洗药剂中往往含有酸、碱、强氧化性杀生剂、洗涤剂等成分，而反渗透膜一般是不能与高浓度氧化剂进行接触的，尤其是PA膜。目前许多膜生产厂家设计两者共用一根清洗母管，如果管道死角过多，或是管道没有冲洗干净，超滤化学清洗药剂中的强氧化剂就很有可能进入反渗透装置中，对反渗透膜造成不可逆转的伤害甚至报废。所以，超滤与反渗透的化学清洗管路还是分开设置为宜。另外，反渗透在进行化学清洗时，由于产水侧和浓水侧压力的不同，其化学清洗液回流管路也应区分开，单独设置产水侧化学清洗液回流管，防止浓水侧的化学清洗液因压力过高窜入产水侧，造成膜的损坏。
２.２ 优化加药点布置
反渗透系统通常需要加入杀菌剂、阻垢剂、酸、碱、还原剂等多种药剂，合理布置加药点的位置，对于保证药剂投加的效果具有重要意义。如阻垢剂的投加不能过迟，否则阻垢剂还未分散均匀便已进入反渗透装置，阻垢效果不好。又如杀菌剂的加药点应尽量靠近预处理系统的前端，以保证有足够的杀菌时间，还原剂的加药点则应满足药剂在进入反渗透装置前能混合均匀并反应完全，一般加在活性炭过滤器或保安过滤器的入口前。
２.３ 控制水中二氧化碳含量
由于二氧化碳是非极性分子，可以透过反渗透膜进入淡水侧，所以反渗透膜基本不能脱除水中溶解的二氧化碳气体,导致一级反渗透产水的pH下降。一级反渗透产水中含有的二氧化碳经二级反渗透处理后仍然无法脱除,降低了二级反渗透的脱盐率。不仅如此,二级反渗透产水中含有的二氧化碳在进入后续的深度除盐装置时会消耗其除盐能力,影响最终的产品水水质和产水量。因此,必须采取有效措施控制反渗透产水中的二氧化碳含量,通常采取的办法是设置除碳器或加碱处理。
2.4 完善深度除盐系统
虽然反渗透装置的脱盐率一般可以达到96%~99%,但是对于锅炉补给水来说,其产水水质往往还不能达标,还需要进一步的深度除盐。根据反渗透产水含盐量及设计水量的不同,可以选择离子交换除盐或EDI电除盐装置。虽然EDI装置产水水质较高且运行稳定，但受投资成本和处理能力的制约，目前EDI装置的应用受到一定的限制，因此，本工程主要考虑以混床作为反渗透后的深度除盐设备。
此外，由于反渗透出水剩余成分中最主要的是Na＋和Cl－，而强碱阴树脂和强酸阳树脂离子对这两种离子的选择性又相对较弱，是最容易漏出的离子，因此，提高混床的运行和再生水平，对于提高产水水质亦具有积极意义。合理选择阴阳树脂的粒度和密度，既要保证再生时阴阳树脂能够顺利分层，又要避免再生置换后阴阳树脂混合不均匀。同时选用纯度较高的再生药剂，提高树脂的再生度，以减少交叉污染。
3 结语
本工程选取反渗透作为锅炉补给水处理系统的主体设备，采用超滤作为其预处理系统的主要装置、混床为其后续深度除盐工艺，从理论上是切实可行的，可以满足锅炉对补给水水质和水量的要求。通过一系列优化设计，可以保障水处理设备的安全和稳定运行，提高锅炉补给水处理系统的经济性和可靠性。对于某些具体的问题来说，还需要根据实际情况，通过进一步的深入研究和技术经济比较来确定。
参考文献：
［1］GB／T１２１４５—２００８火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准［S］.
［2］周柏青，陈志和．热力发电厂水处理［M］．北京：中国电力出版社，２００８.
［3］李玉磊，霍书活，丁业，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）：５６～５７.
论文作者:周艳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/9
标签：反渗透论文; 系统论文; 装置论文; 锅炉论文; 水处理论文; 化学论文; 离子交换论文; 《防护工程》2018年第21期论文;