0 前言

生物質(zhì)發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代，自90年代以后在國外得到大力發(fā)展。近幾年，國內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)為電導(dǎo)率≤0．2μS/cm，二氧化硅≤20μg/L。對于傳統(tǒng)的離子交換除鹽系統(tǒng)，全膜法水處理以占地面積小、自動化程度高等優(yōu)勢，特別適用于小出力的除鹽系統(tǒng)。全膜法水處理中的超濾、反滲透和EDI（連續(xù)電除鹽裝置）在國內(nèi)大型火電機組中已有成熟的應(yīng)用。

1 全膜法系統(tǒng)介紹

全膜法工藝流程見圖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，滿足反滲透進水條件；反滲透能選擇性地去除98％以上的無機離子，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(xù)EDI裝置的負擔(dān)，EDI裝置將傳統(tǒng)的電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)結(jié)合起來，進行深度除鹽，出水達到鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)。電廠使用的超濾、反滲透、脫氣膜以及EDI裝置參數(shù)見表1。

表１　應(yīng)用膜的種類及參數(shù)

 超濾和反滲透是以壓力為驅(qū)動力，促使膜截留物質(zhì)，為物理分離過程，超濾為低壓驅(qū)動，反滲透為高壓驅(qū)動。脫氣膜在電廠水處理領(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(nèi)裝有大量的中空纖維，水分子不能通過中空纖維上的小孔，而氣體分子能通過。工作時，水流在一定的壓力下從中空纖維的里面通過，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(dāng)進水二氧化碳低于15mg/L時，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，并配合離子交換樹脂及選擇性樹脂膜以加速離子移動去除，生產(chǎn)出合格除鹽水。

2 全膜法系統(tǒng)設(shè)計思路

電廠鍋爐補給水通常要求較高的水質(zhì)，除鹽系統(tǒng)可以選擇傳統(tǒng)的陰、陽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(tǒng)離子交換除鹽系統(tǒng)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但仍然有不足：占地面積大，廠房投資較高；樹脂再生時消耗大量酸堿，并排放大量酸堿廢水，污染環(huán)境。近年來，膜在水處理領(lǐng)域運用越來越多，成本也逐漸降低，因此在生物質(zhì)電廠除鹽系統(tǒng)中優(yōu)先選用全膜法。

在本單元承接的這批生物質(zhì)電廠設(shè)計了系統(tǒng)出水10m3/h的超濾、反滲透、脫氣膜和EDI設(shè)備，同時選配了相應(yīng)的水泵、水箱、化學(xué)加藥和清洗裝置。原水經(jīng)過混凝、澄清和過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℃后進入化學(xué)除鹽系統(tǒng)，化學(xué)除鹽系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表2。

表２　化學(xué)除鹽系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

 因本批設(shè)計興建的生物質(zhì)電廠有20多個，設(shè)計中選擇了兩種設(shè)備布置方式（見圖2），一種是按照工藝流程布置（見圖2a），主體設(shè)備、超濾、反滲透等裝置均布置在化水車間內(nèi)，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，前期電廠采用該布置方案，后續(xù)設(shè)計中進一步優(yōu)化后占地面積可達400m2，該優(yōu)化過程是合理調(diào)整設(shè)備的間距以及相應(yīng)廠房的大小，達到降低投資造價的理念，后期建設(shè)的電廠主要采用優(yōu)化后的布置。另一種布置方式是按設(shè)備功能布置（見圖2b），主體設(shè)備在化水車間，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，但占地面積大，約520m2。

 為了節(jié)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(shè)備功能布置。本批次設(shè)計中大部分電廠按工藝流程布置，小部分電廠按設(shè)備功能布置。

3 全膜法系統(tǒng)流程對比

根據(jù)進水水質(zhì)設(shè)計了3種工藝流程，當(dāng)進水含鹽量分別為低、中、高時，分別設(shè)置單級反滲透、單級反滲透＋脫氣膜、兩級反滲透，見表3。在工藝流程的選擇上，按照水源水質(zhì)和投資經(jīng)濟性兩個主要因素來進行選擇。

表3　3 種工藝系統(tǒng)流程

 表3中3種工藝流程的區(qū)別在于超濾和EDI之間的設(shè)備設(shè)置不同，當(dāng)只選用單級反滲透時，可以簡化工藝流程，節(jié)省占地投資；當(dāng)選用單級反滲透＋脫氣膜時，省去設(shè)置二級反滲透時相應(yīng)水泵和水箱，投資造價低于兩級反滲透；相對前兩種工藝，采用兩級反滲透工藝流程最復(fù)雜，價格最高，大型電廠量大，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(nèi)大型電廠一直使用的成熟工藝流程。

3種工藝流程在各生物質(zhì)電廠均有設(shè)計應(yīng)用，在本批次已調(diào)試和運行的20多個電廠中，出水水質(zhì)能達《火力發(fā)電汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》（GB/T 12145—2008）中電導(dǎo)率≤0．2μS/cm和氧化硅≤0．2μg/L的要求。從目前運行情況來看，真空泵經(jīng)常過載，脫氣膜運行不是很穩(wěn)定，脫氣膜的效果不是很明顯，是否設(shè)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(shè)計，建議當(dāng)進水電導(dǎo)率高于300μS/cm時，設(shè)置兩級反滲透；當(dāng)進水電導(dǎo)率低于300μS/cm時，設(shè)置單級反滲透。

4 全膜法處理水水質(zhì)要求

部分電廠調(diào)試期間各膜設(shè)備主要進出水水質(zhì)要求見表4。

表4 膜設(shè)備主要進出水水質(zhì)要求

 除鹽預(yù)處理系統(tǒng)為一體化凈水器，集混凝、澄清和過濾為一體，設(shè)備運行時投加混凝劑（聚丙烯酰胺）和助凝劑，使出水濁度＜5NTU，運行過程中要注意混凝劑投加量（一般為10～30mg/L），防止投加過多，造成對后續(xù)超濾的影響；超濾運行的過程中需定期反洗和投加鹽酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉等化學(xué)藥劑進行加強反洗，使超濾出水濁度＜0．2NTU，SDI＜3，滿足反滲透進水條件；反滲透進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(jié)垢的傾向；未設(shè)置脫氣膜的單級反滲透裝置，在進水處投加堿，以減少二氧化碳的生成，減輕后續(xù)EDI設(shè)備除鹽的負擔(dān)；現(xiàn)場調(diào)試時的單級反滲透出水電導(dǎo)率在5μS/cm左右，滿足EDI進水要求，EDI的操作電流建議設(shè)置在4A左右，若電流低，電離的H＋、OH－少，再生效果會變差，若電流過高，則會影響EDI的壽命和經(jīng)濟性。

5 問題分析與解決措施

（1）調(diào)試期間不具備蒸汽使用條件，生水加熱器無法投入運行，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(tǒng)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(shè)計出力10m3/h下運行，會加快膜通量的衰減。當(dāng)水溫從25℃下降到5℃時，在同樣操作條件下，水量會衰減到正常水量的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。為了保證膜的長期穩(wěn)定運行，在調(diào)試期間當(dāng)水溫低于15℃且生水加熱器未投運時，建議系統(tǒng)略低于設(shè)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）部分電廠設(shè)備調(diào)試期間，控制系統(tǒng)不具備運行條件，采用手動操作，未做連鎖和各種保護，易誤操作對設(shè)備造成損壞�？刂葡到y(tǒng)是影響工藝系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素之一，如各設(shè)備進水水質(zhì)要求設(shè)定值、壓差設(shè)定值、各保護設(shè)定值，保證設(shè)備處于安全狀態(tài)，在未投入程控的前提下，調(diào)試運行易產(chǎn)生誤操作，對設(shè)備造成損害，而且無運行數(shù)據(jù)可查。

工藝設(shè)備安裝完成后，而控制系統(tǒng)未安裝完成或未投入運行時，為了及時調(diào)試制出合格水，工作人員可就地啟動設(shè)備，調(diào)試制水。超濾、反滲透和EDI運行期間，當(dāng)進水未能滿足表4進水要求或膜壓差超過其運行允許值時，工作人員未能及時發(fā)現(xiàn)并停止設(shè)備運行，會影響膜的壽命。超濾啟動后，需要間隔30～45min對超濾反洗和定時化學(xué)加強洗，在未投入控制系統(tǒng)的前提下，需要人為計時操作，按運行流程手動開啟相應(yīng)閥門，化學(xué)加強洗的同時需要依次開啟超濾加酸、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(yīng)水泵做控制連鎖，低液位時不能啟泵，高液位時不能進水。建議正式運行前，必須投入控制系統(tǒng)。

（3）部分電廠加藥系統(tǒng)不完善，未投加或投加不準(zhǔn)確，易對水質(zhì)產(chǎn)生影響，縮短設(shè)備的壽命。一體化凈水器根據(jù)系統(tǒng)進水調(diào)節(jié)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水條件，若加藥量過高，易造成超濾膜壓差上升快，出水SDI偏高，達不到反滲透進水條件。超濾要定時投加一定濃度的酸、堿、次氯酸鈉進行化學(xué)加強洗，避免膜污染。要嚴格按照膜廠家推薦的加藥方式和投加量來運行，以免影響膜的使用壽命。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

6 結(jié)語

針對水源水質(zhì)的不同，設(shè)計了3種膜法除鹽工藝流程，2種布置方式，同時應(yīng)用于各生物質(zhì)電廠。生物質(zhì)電廠采用全膜法處理工藝，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水電導(dǎo)率≤0．2μS/cm，二氧化硅≤20μg/L，完全滿足鍋爐用水要求。建議全膜法不采用脫氣膜設(shè)備，當(dāng)進水電導(dǎo)率≤300μS/cm時，設(shè)置單級反滲透，當(dāng)進水電導(dǎo)率＞300μS/cm時設(shè)置兩級反滲透。全膜法處理工藝自動化程度高，維護方便，占地面積小，在生物質(zhì)電廠10m3/h的除鹽系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。