膜法水处理技术在火电厂中的应用

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：知识是头上的花环，而财产是颈上的枷锁。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了膜法水处理技术在火电厂中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

采用膜分离技术来制取电厂锅炉补给水、处理电厂循环冷却水及废水，具有效率高、占地小、操作简单、安全环保的优点，尤其是缓解了传统的离子交换技术所带来的环保问题。在废水处理及回用方面具有良好的社会效益和经济效益。本文就膜技术在电厂的应用进行了简单的介绍，希望对膜技术在电厂水处理工艺中的推广使用具有一定的借鉴作用。
火力发电就是利用热能转变为机械能进行发电。火力发电厂的生产过程，是一个能量转化过程，它是利用燃料(煤、石油或天然气等)所蕴藏的化学能，通过燃烧变成热能传给锅炉中的水，使水转变为具有一定压力和温度的蒸汽，导入汽轮机；在汽轮机中，蒸汽膨胀做功，将热能转变为机械能，推动汽轮机转子旋转；汽轮机转子带动发电机转子一起高速旋转，将机械能转变为电能送至电网。在上述能量转化过程中，水是能量转换的唯一工质。所以，在火力发电厂的生产过程中，水担负着传递能量的重要作用。
另外，在火电厂中，水还是普遍采用的冷却介质：水在火力发电厂的生产过程中，也担负着冷却介质的作用。将汽轮机的乏汽冷凝成水循环做功；将被加热的润滑油冷却到常温下循环使用等。所以，水、汽质量对机组的安全经济运行起着重要的作用。
可见，电厂是一个用水大户，为了保证电厂的安全经济运行，就必须对水进行净化处理。
在火电厂中，膜法水处理技术的应用主要表现在以下这几个方面：锅炉补给水的制取、循环冷却水的处理、废水的处理及回用等，应用越来越普遍。下面就上述这三个方面分别进行说明。
1.膜处理制取锅炉补给水
所谓锅炉补给水是指天然水经净化处理用来补充发电厂汽水损失的水。如果锅炉补给水水质不良，会引起热力设备的结垢、腐蚀和积盐现象发生，甚至导致锅炉爆炸恶性事故发生，所以必须将补给水进行必要的净化处理，以除去其中的悬浮物、胶体和溶解性杂质(盐分和溶解气体)，达到相应的水质标准，方可使用。
目前传统的锅炉补给水制取的工艺主要是利用离子交换技术。离子交换除盐水处理技术的使用已经非常成熟，其基本工艺流程如图1所示。

在上述水处理工艺中，预处理部分的主要功能是除去水中的悬浮物和胶体。采用混凝、沉淀、澄清、过滤的基本工艺。澄清设备以机械搅拌加速澄清池为主，过滤设备以砂滤、多介质过滤及活性炭过滤为主。
一般设备数量多，占用的生产场地大，建造和运行维护工作量大。除盐部分的核心物质是阴阳离子交换树脂，相对应的离子交换设备有阴床、阳床和混床。树脂失效后需要用酸、碱进行再生。一般阳树脂用31%左右的工业HCl再生，阴树脂用NaOH溶液进行再生，再生过程需要消耗大量的酸碱，同时产生大量的酸碱废液。某电厂每年锅炉补给水处理用于再生的酸碱费用占化学车间全年生产维护费用的1/3以上。由此看来，锅炉补给水的制取采用离子交换技术，不但运行成本高，而且会对环境造成污染。鉴于上述原因分析，现在好多电厂利用膜处理技术，来制取锅炉补给水。膜处理技术在电厂锅炉补给水制取中常用的工艺流程有如下几种。
1.1膜处理结合离子交换处理制取锅炉补给水
膜处理结合离子交换技术制取锅炉补给水的基本工艺流程如图2所示。

这种水处理工艺一般适用于老系统改造或原水水质比较差的电厂。如果原水水质较好，可以省去混凝、沉淀、澄清处理环节，预处理直接采用超滤结合化学处理也能满足反渗透进水要求。
采用上述工艺流程，过滤采用超滤(微滤)将水中残留的细小悬浮物、胶体、病毒、细菌、黏土、蛋白质等杂质除去；在离子交换系统前设置反渗透装置，除盐率可以达到99%以上。这样就可以大大的减轻后续离子交换除盐设备的工作负担，使其运行周期大大延长，从而减少树脂失效再生用酸、碱的量。内蒙某电厂在除盐系统中添加了反渗透装置，使得一级除盐系统出水电导率由以前的3～5us/cm降至1～2us/cm之间，混床除盐水的电导率降至0.08～0.17us/cm之间，二氧化硅的含量也大大降低。离子交换除盐设备的的运行周期由原来的24h左右提高到20天～25天，周期制水量由原来的2000t提高到45000t左右，混床的运行周期可延长达三个月之久。由于运行制水周期的延长，大大节约了再生自用水量和酸、碱用量，年自用水量节约费用可达十几万元之多。同时，除盐水质量明显提高，使得热力设备结垢少，氯离子含量少，氯离子的穿透点腐蚀少，从而使热力设备使用寿命延长，这样安全和经济效益就显而易见了。
1.2全膜法处理制取锅炉补给水
电厂常用的全膜法水处理工艺基本流程如图3所示。

全膜法水处理工艺，即现在所谓的“UF+RO+EDI"组成的全膜法水处理工艺(IMT)。这种水处理技术开始是在一些小型电厂使用，因为其锅炉对水质要求不是很高。随着膜处理技术的日趋成熟以及越来越多的厂家对膜处理技术节能环保的优点的认可，现在600MW超临界机组直流锅炉补给水的处理也在应用全膜法技术。江阴某发电股份有限公司4台600MW锅炉补给水的处理就是一个很好的实例。所制取的产品水水质均能符合超临界直流锅炉对水质要求。
上述锅炉补给水处理工艺，反渗透系统一般采用二级。对于垃圾发电厂用城市中水制取补给水及海滨电厂利用海水淡化制取锅炉补给水同样试用。
2.对循环冷却水进行膜处理，节能减排
目前由于水资源的短缺，节能减排是每个电厂在生产过程中必须考虑的问题。循环冷却水的主要作用是冷却汽轮机做完工的乏汽，其用量在电厂中所占的比例是最大的，可以达到70%～90%。在循环水系统存在着这样的基本的水量平衡关系。
补充水量=蒸发损失量+风吹、泄漏损失量+排污损失量。
在循环使用过程中，由于蒸发浓缩，水中的含盐量会越来越高，从而引起结垢、腐蚀甚至污堵等问题，也影响凝汽器的冷却效率。所以就必须根据运行要求排放掉一部分盐分高的循环水，即所谓的排污，同时补充进相应量的新鲜水，以维持系统水量平衡并同时起到防垢、防腐、提高凝汽器换热效率的作用。
为了减少排污水的量且同时维持循环水系统无垢运行，有些电厂采用对部分循环水进行沉淀软化、过滤或对部分补充水进行弱酸离子交换处理。这些方法都存在着前面提到的相关问题。尤其是弱酸离子交换树脂，成本较高。鉴于此，现在一些电厂已经或正在使用膜处理技术对循环水进行除盐处理，实现零排污，成效值得推广。
2.1对部分循环水进行膜处理，实现零排污
循环水零排污膜处理系统工艺示意图如图4所示。

上述系统的软化处理可根据情况选用化学软化；过滤部分可采用微滤或超滤技术，除盐部分可采用反渗透技术。采用上述系统，只是产生水处理设备自用排污水量，整个循环系统本身运行无需再进行排污操作，故称为“零排污"。
由于循环水水质具有以下特点：
(1)含盐量高。
(2)水质安定性差。
(3)对反渗透膜有污染的组分种类多、浓度高。
(4)水温随发电负荷变化大，不利于水处理系统的运行。所以循环水系统排污水水质复杂，处理难度极大：既要努力地降低水的过饱和度，防止在继续浓缩分离阶段结垢；又要尽量地减少各种有机杂质和胶体杂质，使污染指数(SDI)满足反渗透的要求，减轻对反渗透膜的污染。
根据其水质特点及水量特点，常用的循环水排污水处理的系统包括预处理部分和反渗透部分。某火电厂循环冷却塔排污水反渗透脱盐处理系统工艺流程示意图如图5所示。

该系统中，多介质过滤器的作用是除去水中大颗粒悬浮物，活性炭过滤器的作用是除去水中的有机物、余氯等有害于膜原件的杂志，保安过滤器的作用是进一步除去水中的细小颗粒杂质，为提高反渗透进水质量提供必要的保证。反渗透系统主要作用是除去水中离子态杂质。一般设计成两段或三段。另外还有加药系统、清洗系统及压缩空气系统。
2.2纳滤处理循环冷却水排污水
采用纳滤技术也可以有效的去除循环冷却排污水中的含盐量和总硬度。纳滤需要的工作压力比反渗透低。其处理循环冷却排污水的工艺流程如图6所示。

上述工艺中，经过多级过滤的纳滤进水要达到SDI4的要求。经过纳滤处理以后水中总溶解性固体和总硬度的去除率可以达到90%以上，含盐量的去除率可以达到80%以上，能够满足工业用水和循环补充水的水质要求。
采用纳滤处理工艺的时候要特别注意防止氯离子对设备带来腐蚀。因为纳滤膜对一价离子去除率不高。一般可以根据循环水原水中氯离子的含量从凝汽器管材的耐蚀性能和纳滤膜的材质选择上来采取防腐措施。
3.膜处理技术在电厂废水处理及回用中的应用
在20世纪80年代以前，国内的火力发电厂大都没有考虑节水的问题。用水不合理、浪费严重是当时火力发电厂的普遍现象。
20世纪80年代以后，在火力发电厂的设计中开始考虑节水的要求，首先解决冲灰水回用的问题。进入20世纪90年代后，由于水资源费和排污费的日益增长，火力发电厂废水回用的市场被激活，废水资源化的进程逐渐加快，火力发电厂开始进行多种废水的综合利用。火力发电厂由于其生产的特点，其废水的来源比较复杂，主要有灰场渣场排水、化学车间酸碱废水、机炉车间的生产废水、输煤系统喷淋除尘废水、生活污水等。
为了更好地达到废水资源的综合利用，相应的废水处理工艺也发生了很大的变化。
为了节能减排，更好地利用水资源，某电厂在其原有的废水水处理系统上进行改造，增加超滤和反渗透膜处理系统，使得原来的废水经处理后回用作为生产用水，大大提高了水资源的利用率。其废水处理及回用水处理流程如图7所示。

在图7中，该电厂废水经过上述系统的净化处理，超滤进水水质可达到浊度≤20.0NTU，余氯控制在0.3～0.5mg/L；超滤系统出水水质可达到SDI15≤2.5，浊度≤0.2NTU；反渗透系统出水水质可达到脱盐率≥98%。超滤膜元件型号为SFR2860，单套出力为140m3/h；反渗透膜元件型号为BW30-365FR，出力可达到120m3/h，排列方式为18∶10。
通过采用上述水处理系统和工艺，该厂生产废水全部处理回用，分别作为循环水补充水、锅炉补给水、烟气脱硫工艺用水等。该电厂在2010年度1月～11月期间，废水回收利用量达到近3000000t，原来设计的深井水水源几乎不用，节能减排效果十分明显。
除了上述膜处理技术在电厂应用效果较好以外，近年来MBR(膜生物反应器)在废水处理及回用方面用的也越来越多。尤其是用城市中水作为电厂锅炉补给水水源的的电厂及垃圾发电厂。主要原因是MBR对水质的适应性较强。
4.结语
综上所属，由于膜处理技术低耗、高效的优越性，结合国家节能减排环保的要求，微滤、超滤、纳滤、反渗透及MBR等膜处理技术在电厂锅炉补给水的制取和废水回收利用方面的应用越来越得到市场的认可，也给企业带来了比较好的经济效益和社会效益，应用前景十分广阔。所以，我们要继续研究和推广膜处理技术在电厂的应用。