钠床＋反渗透(RO)工艺在余热锅炉补给水处理中的应用
摘 要：本文通过工艺、运行、成本等方面，结合天可华余热发电项目二期化水系统的实际运行结果，论述了离子交换法+反渗透工艺技术在余热低压锅炉补给水处理系统中应用的可行性、可靠性以及经济性。
关键词：反渗透;钠床;锅炉补给水
一、前言
由于锅炉补给水处理的工艺是根据不同的原水水质和出水水质要求而设计的，针对各地不同的原水水质特点而设计补给水处理方案才是最经济最有效的方案，同时也是出水水质长期稳定达到要求的可靠保证。随着现代工业的发展，补给水处理的方式也由传统单一的化学水处理向着多样化处理方式转变，比如反渗透技术、电渗析技术、电除盐技术、连续除离子技术等。
本文主要通过工艺、运行、成本等方面，介绍离子交换法(钠床)和反渗透技术相结合工艺在小型余热电厂锅炉补给水处理系统中的应用。
二、发电厂锅炉补给水水处理技术现状
传统的电厂用水制备工艺主要利用混凝、澄清、过滤来去除悬浮物，利用离子交换技术来去除水中各种盐离子，其主要工艺流程如下图：
传统工艺存在的主要问题一是预处理系统的效率不高，流程长，效果不稳定;二是离子交换树脂需酸碱再生，大量耗用酸碱，大量排放酸碱废水，污染环境。近些年，新的水处理技术发展势头很快，其中膜法水处理技术凭借其独特的优势得到了迅速的推广应用，在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来在国内应用成功、发展快、普及广的膜分离技术。在目前国内的大型锅炉补给水、各种工业纯水、饮用水、电子、制药、食品等行业反渗透膜的应用都形成了一定的规模，今后反渗透有潜力的应用领域还包括发电厂冷却循环水的排污水处理、大型海水淡化、苦咸水淡化等。
目前，随着国内一些新建电厂的相继建成并投产，反渗透水处理技术也广泛应用于电力生产锅炉补给水的净化处理中，从而替代或与传统离子交换除盐水处理技术联合应用，大大提高了锅炉补给水的制水经济性，减少了各种废酸、碱液的排放，降低了环境污染。
三、钠床+反渗透(RO)工艺在鄂尔多斯天可华余热发电项目中的应用
1.项目概况
鄂尔多斯天可华余热发电项目位于鄂尔多斯市鄂托克旗棋盘井工业园，由鄂尔多斯天可华节能发展有限公司投资，对鄂尔多斯冶金集团硅铁炉群进行余热发电利用技术改造。本文仅就该余热发电项目的化学水处理系统进行讨论。
2.进水水质及产水要求
该电站化学水系统主要水源为经预处理后的黄河水，由冶金总厂总供水管接引至1#及2#余热电站。
(1)原水水质
3.工艺流程
锅炉补给水处理系统选用钠离子交换器+反渗透为核心，系统设置双介质机械过滤器，活性炭过滤器作水质预处理，加氨装置加氨做后续水质调节。主要工艺流程如下：
供水系统原水→原水箱→原水泵→双介质过滤器→活性炭过滤器→钠离子树脂交换器→滤芯式保安过滤器→高压泵→一级反渗透装置→除盐水箱→除盐水泵→加氨装置加氨处理→真空除氧器→锅炉
4.工艺系统描述
(1)预处理系统
本项目原水为经冶金厂集中预处理后的黄河水，水杂质大，因此须先经过双介质、活性炭过滤器过滤才可进入“钠床+反渗透”系统。
多介质过滤器是反渗透系统的重要预处理装置,它的机械截留的原理来滤除原水中的细小颗粒、悬浮物、胶体、有机物等杂质，可通过加药装置在过滤器前端加入絮凝药剂，后形成大颗粒的矾花，进一步提高过滤效果，该步工艺可明显降低后续反各工艺阶段的进水浊度(检测表明出水浊度<2mg/L，Fe<0.3mg/L(以Fe表示))，可保证其出水SDI(污染指数)<3，减少对后续反渗透膜的污堵。
所以反洗周期及反洗时间根据运行浊度而定，当出水大于2mg/L或进出口压差大于0.01Mpa，过滤器需进行反洗。考虑现场无气源，故多介质过滤器的反洗为逆流水反洗，每次时间设定为20～25min。
将活性炭过滤器放在机械过滤器的后面，从而保证活性炭过滤器的进水浊度满足要求，提高活性炭的吸附效果。活性炭过滤器的主要作用是吸附水中残余的游离氯和有机物，可降低进水COD含量，残余氯是强氧化剂，会对反渗透膜造成损害,通过活性炭可以很好的去除水中的余氯，经活性炭过滤后，出水余氯<0.2mg/L，满足工艺需求。
活性炭的反洗与多介质相同，每次反洗时间为15～20min。
(2)钠床+反渗透系统
钠离子交换器是用于去除水中钙、镁离子，组成水中硬度的钙、镁离子与软化器中的离子交换树脂进行交换，水中的钙、镁离子被钠离子交换，使水中不易形成碳酸盐垢及硫酸盐垢，从而获得软化水。本项目为无顶压逆流再生固定床，再生时间小反洗3～5min/次，小正洗5～10min/次，正洗水耗3～6m3/m3，大反洗10天左右进行一次。
反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物，具有连续运行、操作简便、运行费用低等优点。根据工艺及水质的需要设计计算，本反渗透系统设置为一级反渗透。前端钠床产水进入该反渗透装置，在压力作用下，大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备;水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管排出。
反渗透系统包括5μm滤芯式保安过滤器、高压泵、反渗透装置、反渗透清洗系统等。本工程中，采用陶氏公司的BW30-400型复合膜，单根膜脱盐率大于99.6%。
在进入反渗透系统前还设置阻垢剂加药装置，其作用是在经过预处理后的原水进入反渗透系统之前,加入高效率的专用阻垢剂,以防止反渗透浓水侧产生结垢。
(3)后处理系统
经“钠床+RO”处理后产出的水进除盐水箱，根据锅炉用水情况，进入主厂房热力系统前还需要设置加氨系统，保证出水的pH值控制为符合补给水要求的8.5～9.2之间。
4.可行性、稳定性及经济性分析
(1)可行性
根据本工程锅炉补给水量需求，设计整个系统最大出力为每小时制水30t。余热锅炉工作压力1.40MPa，属于低压锅炉范畴，参照《低压锅炉水质标准》，出水主控参数为硬度、二氧化硅、电导率等三项，对比水质标准，表2中的实际值符合标准要求，满足余热锅炉工况要求，完全可适用于该余热发电化学水系统。
(2)稳定性
该套系统调试并投入运行10个月，系统出水水质稳定，设备故障率低，主要的泵等设备虽采用人工
手动启停，但从操作人员反馈的使用情况来看，该套系统装置易于操作，化水车间新近员工经过适当的上岗培训，即可上手运行操作。同时本系统中各设备单元均设置为一备一用，正常的反洗、再生及检修，均不影响系统的连续运行。
(3)经济性
本系统采用“钠床+RO”，相较于该余热发电项目一期化水系统而言，没有采用“RO+混床”，也没有采用“UF+RO+EDI”工艺，主要基于：当地酸碱等物料不便于采购，且存储、配制等还需有酸碱储罐及溶解稀释等设备，且废酸、碱液等排放污染较大，而本系统树脂再生用的工业盐从再生频率及用量、采购及储存等综合考虑，费用较为节省;化水系统均为手动操作较多，采用本系统较混床更易于操作;而使用“UF+RO+EDI”的全膜法前期一次性投资较大(参考其他工程投资情况)，且本系统进水水质含盐量为300mg/L以下，运行过程中虽有工业盐等物料消耗，但从能耗及操作维护等因素分析，在实现相同功效的基础上，使用本工艺低成本运行便可实现锅炉补给水处理要求。
5.结束语
“钠床+反渗透”处理技术作为低压余热锅炉补给水处理工艺，在天可华余热发项目中具有较高的应用价值，由于其建设投资小，同时对当地原水水质有较好的适应性，因此该工艺作为低压余热锅炉补给水处理工艺的一种，对其他的此类项目有一定的参考意义。
参考文献：
[1] 朱治平，李宇春，曾经.火力发电厂锅炉补给水处理设计[M].北京:中国电力出版社，2009.
[2] 李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京:中国电力出版社，2008.
[3] 洪国军.离子交换法和反渗透技术在电厂锅炉补给水处理中的应用探讨[J].设计技术.2008,3:24～28.
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