反渗透在电厂锅炉给付水处理中的应用

反渗透在电厂锅炉给付水处理中的应用

越南第一个发电厂，拥有2600mw亚临界蒸汽输送装置，位于越南茶荣省茶荣市。靠近南海，在两条支流通往大海的海上交汇处形成平原。该区域平原淡水资源比较缺乏,内部有很多河流和水渠,形成了错综复杂的地表水河道网络。一般每年的10月至次年3月,地表水水源经常会周期性受到海水倒灌的侵扰,地表水受到海水的盐度影响,该电厂锅炉补给水水源呈现出周期性的恶化,海水倒灌期间高含盐量对后续离子交换除盐造成很大的影响。为了解决沿海及内陆类似电厂的锅炉补给水水源受海水倒灌影响期间除盐系统的运行困难及压力,反渗透预脱盐装置是首选设备。1水体中氯离子含量越南某电厂运行用淡水水源取自距离厂址西北方的LaBang坝上游约500m的河流位置,水源受海水倒灌较严重,水质很不稳定,海水倒灌期间河水含盐量显著增加。在每年4月下旬至10月上旬丰水季节,溶解固形物最低为608mg·L-1,水中氯离子质量浓度为260.56mg·L-1;而在每年枯水季节尤其是12月下旬开始至次年2月水中氯离子质量浓度最高可达3580.45mg·L-1,溶解固形物高达6355mg·L-1。运行用淡水水质分析结果见表1。2锅炉补给水处理系统根据水源水质特点和亚临界燃煤机组对水质的要求,本工程锅炉补给水处理系统设置反渗透膜装置为化学除盐系统的预脱盐设施,以应对水源的高含盐量特性,减少再生药剂消耗。采用离子交换器系统作为主脱盐工艺,保证系统出水质量。系统流程为:经混凝、澄清后的清水→清水泵→细砂过滤器→活性炭过滤器→清水箱→反渗透给水泵→5μm保安过滤器→反渗透高压泵→反渗透装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。本工程锅炉补给水处理系统出力为110m3·h-1,反渗透系统的出力按正常出力的130%~150%设计,一级除盐+混床自用水率取8%。该电厂(2×600MW)各项汽水损失及锅炉补给水量如表2所示。工程设置2套反渗透装置,每套出力85m3·h-1,反渗透的水回收率取75%,总脱盐率不低于96.5%(3年内),设计温度为25℃,设计膜组件采用一级二段(12:6),膜元件总数为216支。2列反渗透系统采用单元制,每列包括1台保安过滤器、1台高压泵和1套反渗透装置。反渗透膜采用美国陶氏DOW公司的BW30-365FR的抗污染膜。该膜片为复合结构,由聚酯材料增强无纺布、聚砜材料多孔中间支撑层和聚酰胺材料超薄分离层组成。反渗透抗污染复合膜的有效膜面积比较大、产水量很高。该膜的通道比较宽,低压运行工况,抗污染能力很强;膜表面比较光滑,不容易被污堵,是一种大面积、高生产率的膜组件。反渗透抗污染复合膜在水通量、脱盐率、脱出有机物和抗生物降解方面具有极高的性能表现,适应较宽的运行和清洗pH范围,具有极高的抗压密化能力,最高使用温度可达45℃,能够承受pH为1~12的无机酸碱强力清洗,极其耐磨损,在非常恶劣的使用条件下,表现出比较稳定长久的无故障运行性能。本工程锅炉补给水处理系统水源的COD偏高,最大12mg·L-1。预处理采用细砂过滤器和活性炭过滤器,可以有效去除悬浮物等杂质和有机物,使得反渗透装置进水达到要求SDI<5。反渗透装置的膜采用抗污染复合膜,具有光洁度高、抗污染能力强的优点,可以很好的去除进水的COD。而且地表水的有机物含量相对比较高,该膜可以去除有机物,并且具有高脱盐率的优点。本工程水源常年取水水温比较高,BW30-365FR膜的耐高温性能比较好,可以很好的应对尤其是夏季期间的进水水温工况。3段间增压泵ros每套反渗透装置采用一级两段排列,并在每套反渗透装置一、二段间增设段间增压泵,即在对第一段膜组件的浓水进行增加后再进入第二段反渗透膜组件进行脱盐处理。反渗透段间增压泵为反渗透第二段提供压力,在咸潮期间启用。该段间增压泵可以克服咸潮期间增加的渗透压,增加第二段水通量,保证一、二段水通量平衡,使得两段反渗透膜组件都能得到充分利用。其工艺流程如下:反渗透给水泵→5μm保安过滤器→反渗透高压泵(变频泵)→一级反渗透装置一段→反渗透段间增压泵→一级反渗透装置二段→反渗透水箱。设置段间增压泵的主要原因是为了平衡一、二段膜元件的产水量。现就反渗透装置是否设置段间增压泵的2种情况对膜元件产水量的影响,使用美国DOW公司的ROSA软件对反渗透系统做了详细计算。3.1级ro片段的通量及比降反渗透装置未增加段间增压泵时,一段及二段运行压力及产水量情况计算结果见表3。从表3中可以看出,一段的产水流量为72.41m3·h-1,给水压力为2.175MPa,平均通量为29.66L·m-2·h-1;二段产水流量为12.58m3·h-1;给水压力为2.073MPa;平均通量为10.31L·m-2·h-1。从表3数据可以看出,第二段膜通量较之一段膜的水通量小很多,说明二段的膜元件没有发挥全部的作用,水通量比较低;表明反渗透一段浓水含盐量很高,进入二段的进水净驱动力很低,使得二段的膜通量很低,造成了二段膜的浪费。造成二段膜通量降低的主要原因是,二段膜的进水是一段膜产生的浓水,浓水含盐量较之进入反渗透一段膜的进水增大很多,进入二段RO的TDS质量浓度高达17668.03mg·L-1(一段RO进水的TDS质量浓度为6355mg·L-1),所以二段膜表面的渗透压增大。一级一段RO膜的浓水压力减去膜的渗透压,再减去膜表面的阻力,即进入一级RO二段进水的净驱动力。当浓水含盐量增大,渗透压升高,二段膜的水通量会比较低,将会造成二段膜未充分利用,从而造成系统的不经济运行。3.2分段及片段ro设置反渗透段间增压泵的压力,即调整第二段膜堆进水压力的原则是使得第一段和第二段的产水流量大约为75%:25%~70%:30%;使得一段和二段膜的平均通量达到相对平衡。本工程将反渗透段间增压泵的压力调整为0.9MPa时,一段及二段运行压力及产水量情况计算结果如表4所示。由表4可以看出,一段RO平均膜通量为23.89L·m-2·h-1,二段RO平均膜通量为21.86L·m-2·h-1,膜的平均通量相对比较平衡,可以最大限度的利用所有的膜元件,使得每一支膜元件尽量在最大水通量的工况下运行。由表3和表4可以看出,未添加段间增压泵和添加0.9MPa的段间增压泵2种运行情况下,添加段间增压泵不仅没有引起电耗和能耗的增加,反而使得系统能耗由1.02kWh·m-3下降为1.00kWh·m-3,有效降低了系统的能耗,而且二段膜通量与一段膜通量相比较达到了相对平衡,充分提高了反渗透系统膜的利用效率。4反渗透装置段间增压泵的设置对于受海水倒灌影响比较严重的地表水,可以使用反渗透装置作为预脱盐处理,后续除盐系统采用一级除盐加混床。反渗透预脱盐装置如采用一级二段组件,两段之间推荐设置段间增加泵,可以提高反渗透系统