超滤装置在火电厂锅炉补给水处理系统中的应用

电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering
自动化控制Automatic Control
超滤装置在火电厂锅炉补给水处理系统中的应用
吴雪茹鱼凤萍
(宁夏电投西夏热电有限公司宁夏回族自治区银川市750027 )
摘要：本文针对超滤装置在宁夏电投西夏热电有限公司锅炉补给水系统中的应用情况，从技术特点、在锅炉补给水中的作用、系统 控制策略、应用效果、常见问题分析处理等方面进行了分析说明，同类项目可借鉴。

关键词：超滤装置；补给水处理系统；P L C 系统
宁夏电投西夏热电二期2X 350M W 扩建项目，锅炉设计为超临 界直流锅炉，锅炉水质要求高于一期系统，因此锅炉补给水系统根 据实际水源、二期项目锅炉补给水的水质、水量等要求，依托一期 现有条件进行了整体增容扩建，在原有的多介质过滤器、反渗透装 置、离子交换器三级水处理的基础上，新增了超滤装置。

其中超滤 装置作为锅炉补给水系统的一级水处理设备，主要去除水中的胶体， 保证反渗透装置安全稳定运行，为生产成品水提供品质保障。

本文 主要对锅炉补给水系统中增容改造后的主要处理设备一一超滤装置 进行应用分析。

宁夏电投西夏热电有限公司规划总容量为1100M W ，一期容量 2X 200M W ，于2008年投产；二期容量2X 350M W ，于2018年投产。

本项目供热部分主要是给银川市民用供热，其中一期供热面积895 万m 2、二期供热面积1642万m 2,近两年，通过低压缸切缸改造、 电锅炉等技术改造，总供热面积己增加至3300多万m 2,为地方民 生和环保做出了突出贡献。

本项目一期设计2x 670t /h 锅炉，二期设 计2x l l 〇〇t /h 锅炉，项目设计主水源为达力（银川）污水处理有限 公司第三污水处理厂的中水。

一、二期热网补给水量81〜162.1m 3/h ， 一、二期机组正常运行水汽损失约为86 m 3/h 。

1超滤工作原理及特点 1.1超滤装置工作原理
超滤装置又称超过滤（简称U F )，是一种与膜孔径相关的筛 分过程，它的驱动力是膜两侧的压力，将超滤膜作为过滤介质。

超 滤膜表面密布有许多细小的微孔，在一定压力下，当原液流过其表 面时，由于水及小分子物质的孔径小于微孔孔径，因此水及小分子 物质穿过微孔成为透过液，其他大于微孔孔径的物质则停留在膜的 进侧液成为浓溶液，因此达到对原液的净化、分离和浓缩的目的。

1.2超滤技术特点
传统的水处理工艺具有运行周期短，成本高，操作复杂等的缺 点，而且在处理过程产生废酸碱对环境造成较大的污染，因此火电 厂的安全性、经济性、环保性在传统的水处理工艺中实现有一定的
难度。

与传统分离方法相比，超滤技术具有设备占地面积小，处理
水量大，处理后水质优良，操作简单、运行成本低廉，环保等特点，
主要表现在：
(1) 滤过程在常温下可完成，对原液中的成分无破坏，适合
处理热敏感的物质。

(2) 滤过程节能环保，能耗低，在处理过程中无需加热，无
需添加化学试剂、无污染，且原液中的物质不会发生相变化。

(3) 滤技术分离效率高，能够有效回收稀溶液中微量成分， 浓缩低浓度溶液。

(4) 超滤过程中膜分离的动力仅来自压力，因此分离装置简单、
流程短、操作简便、易于控制和维护。

(5) 超滤法存在一定的局限性，干粉制剂不能直接得到。

对 于蛋白质溶液，一般只能得到10〜50%的浓度。

1. 3增加二期项目后化水处理系统设计机组正常运行时，机组的补水主要是锅炉补水和热网补水，其
循环水播水#
地下水—
1:木筘~
a 滤装h p 淸水箱p 反渗
丨、—131 丨
阳床
淡水箝P
......m
m
除站水钔<
二期< 除&水箱*
-0—至主厂房―
图1:化水处理系统示意图
图2:超滤装置制水流程操作画面超滤装置维护清洗流程操作画面中机组补水为除盐水，热网补水采用反渗透出水。

根据进水水质特 点和补水量测算，为保证反渗透进水S D I 要求，采用浸没式超滤装 置代替多介质过滤器，锅炉补给水系统新增4套105m V h 浸没式超 滤装置和1套出力为70m V h 的反渗透系统。

供暖期间，在热网正 常运行的情况下，超滤、反渗透设一套备用，同时系统满足4套超 滤以及反渗透设备同时运行的能力，满足机组以及热网最大补水量 的要求。

1.4工艺流程
二期扩建锅炉补给水系统改造预留了一期2号和3号多介质过
滤器，增加了4套超滤装置，改造后工艺流程为：循环排污水（地
下水）—生水箱—超滤给水泵—自清洗过滤器—浸没式超滤装置-
清水箱—清水泵—保安过滤器一►高压水泵—反渗透-除碳器—淡水
箱—淡水泵—逆流再生阳离子交换器—逆流再生阴离子交换器—混
床~^除盐水箱~^除盐水栗~►主房。

如图1所不。

2超滤工艺分析2.1自清洗过滤器
本套系统在超滤进水前，增加滤网式自清洗过滤器，它可以
将原水中体积较大的物质如颗粒性杂志和悬浮物截留去除，使得超
滤膜丝不被划伤或造成破损，保证了超滤进水的安全。

在处理系统 中每套超滤装置前配置一台自清洗过滤器，每台过滤器设备出力为
105m 3/h ,过滤精度为10〇n 。

该出力同时满足后续超滤用水和过滤
器反洗自用水量之和的要求。

105
自动化控制Automatic Control
电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering
滤网式自清洗过滤器为精确过滤，水中体积较大的颗粒性杂质 被截留，在清洗过程中运行压差或时间控制系统自动进行反洗，使 原有性能恢复；在反洗过程中水不断流，仍然使系统的连续性得到 保证。

2. 2超滤步序
新增加的四套超滤装置并列运行，超滤装置启动时，自动进入 产水流程，每次产水结束后进行一次反洗，当反洗次数达到设定次 数时，在产水流程结束后直接进入维护清洗流程。

化学清洗是恢复 膜通量的有效手段。

维护性化学清洗流程分为酸清洗和碱清洗，清 洗频率根据水质，或具体运行情况来确定，通常每运行40个周期 进行一次氧化剂清洗，每一个月进行一次柠檬酸清洗。

2. 3超滤给水泵控制
超滤给水泵采用变频控制，两用一备，一台超滤给水泵对应两 台超滤装置。

根据超滤装置运行数量增加或减少投运的超滤给水泵 频率，在投运超滤装置前，根据投运超滤装置数量先选择需要投运 的超滤给水泵，并设置其中一台为备用泵，再点击超滤启动。

在运 行过程中投运的超滤水泵出现故障，备用超滤给水泵启动。

当一套 超滤装置运行时，投运一台超滤给水泵，频率设置为25H z，当二 套超滤装置运行时，投运一台超滤给水泵，频率设置为45H z,当三套超滤装置运行时，投运两台超滤给水泵，并将后投入的给水泵 频率设置为25H z，当四套超滤装置运行时，投运两台超滤给水泵，并将后投入的给水泵频率设置为45H z。

2.4超滤产水泵控制
超滤产水泵采用变频控制，一台超滤对应一台产水泵，运行 过程中根据生产需求调整超滤产水泵的频率，频率最大可设置为 40H z，对应的产水量可达到105t/h。

在产水流程中，超滤产水泵受 超滤膜池液位连锁控制，当超滤膜池液位低于L时，超滤产水泵自 动停运。

3控制系统应用说明
本项目一期锅炉补给水控制系统采用罗克韦尔公司的RSlogix 系列P L C控制系统，因此从系统兼容及设备维护便利的角度考虑，二期继续采用罗克韦尔公司的R S l o g i x系列P L C产品。

3. 1P L C系统硬件配置
根据现场扩建设备I/O点数和控制要求，配置P L C控制系 统的硬件，在原系统电子间配置三面远程I/O柜，通过罗克韦尔 C o n t r o l N e t网络接入原P L C控制系统中。

超滤装置顺序控制逻辑在 原P L C系统控制器中设计编写，硬件配置上考虑到后期设备的增加，预留了 15%的I/O余量，超滤装置阀门状态反馈和指令均通过开关 量输入输出模块采集至P L C控制系统，超滤给水泵采用变频控制，通过模拟量模块采集控制给水泵频率。

3. 2 P L C系统软件配置
在R S l o g i x5000编程软件中设计编写超滤装置顺序控制逻辑，超滤装置分为制水和维护清洗两个顺控逻辑步序，维护清洗分为酸 清洗和碱清洗步序。

在I F I X监控组态软件中设计制作超滤装置监 控操作画面，点击每套超滤装置的名称“#号超滤”弹出该超滤装 置的顺控操作画面如图2所示，上部显示超滤装置名称，左侧显示 顺控步序（制水或维护清洗），每个步序的时间可以点击时间窗口 设置，当顺控进行到该步序时该步序变成红色右侧上部显示操作按 钮，右侧下部显示顺控每个步序执行时间，当顺控启动后，每一步 设置时间在此进行倒计时。

4超滤运行的常见问题
4.1自清洗过滤器的运行维护
水源突然恶化对超滤运行影响极大，因此需保证自清洗过滤设备的良好运行状态。

实际运行过程中当自清洗过滤器压差过大，自
动、手动反洗都无法降低压差时，应及时联系检修对自清洗顾虑器
进行拆卸清洗，防止对膜组件不可挽回的损伤。

4.2超滤膜组件的运行维护
(1) 超滤膜组件的质量好坏直接影响水处理系统的安全、稳定、经济运行，在高强度的清洗条件中膜组件需具有优良的机械稳定性
和化学稳定性，才能保证断丝率在高强度的反洗和曝气冲刷中极小，
压力损失小并且清洗方便。

(2)当超滤膜丝由于操作或保存的因素而意外造成的干燥失 水，会导致膜孔塌陷、闭塞，这种损失不可恢复且无法修复，使得
膜完全报废，所以在实际运行过程中，当超滤维护清洗后，膜池处
于排空状态，操作人员要及时注水，防止膜丝长时间暴露于空气中。

(3)当超滤装置不可避免的需要停运时，需对膜及系统进行 停运保护，同时对超滤组件进行充分清洗，这可以保障设备长期稳
定的运行。

4.3超滤自动化运行过程中的问题及处理
(1) 超滤设备的自动化水平高，系统及程序设计要科学、严谨。

超滤运行及反冲洗交替运行时间需合理设置，每个步骤需要的控制
时间根据水质进行灵活调整，投运步骤的闭锁条件需根据设备运行
状态进行设定，进而设备的自动投入率可得到提高。

(2)液位L的设置。

在调试过程中，L的设置应高于膜丝的 实际安装高度。

在超滤产水流程的下降过滤步序，若超滤膜池液位
低于膜丝高度，膜丝暴露在空气中使得产水泵进气，产水量下降造
成程序无法进行，影响正常运行。

(3)维护清洗后启动制水流程，常出现超滤产水泵出现产水 量不足的现象。

经分析得知是超滤产水泵进气所导致，因此每次对
超滤维护清洗后都需对产水泵进行排气。

(4)根据本项目特点，二期项目设计阶段从节水方面进行了 论证分析，根据现场实际，同时设计了城市中水（循环水排水）做
为备用水源（实际未应用）。

如果下阶段，公司启用城市中水做为
备用水源，就需要在处理工艺中增加预处理设备，城市中水先通过
预处理设备进行预处理，使水质达到超滤设备要求的入口水质，然
后再通过超滤装置进行处理。

5小结
在本项目二期扩建工作中，锅炉补给水处理系统于2016年先
期进行了安装、调试、试运行。

系统运行以来，超滤装置正常稳定，
出口水质满足设计要求，控制系统自动化程度高、易于操作和掌握。

超滤装置可以对大量水进行处理且处理后的水质优良，它具有占地
面积小、操作简单、运行成本低等优点，给火电厂锅炉补给水处理
工艺路线提供了很好的支持。

参考文献
[1] 宁夏电投西夏热电二期2 x 350M W热电联产项目初设报告[R].
西北电力设计院，2015.
[2] 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M].
浙江大学出版社，2000.
[3] 曹鹏飞.电厂化学水处理系统的改造与实现[D].华东理工大
学，2012.
作者简介
吴雪茹（ 1992-)，女，宁夏回族自治区银川市人。

大学本科学历，
助理工程师。

研究方向为发电厂运行。

鱼凤萍（ 1968-)女，宁夏回族自治区中卫市人。

大学本科学历，
高级工程师。

研究方向为电力工程管理。

106。